基于三维建模仿真的大型桥梁结构健康监测方法

摘要

本发明公开了一种基于三维建模仿真的大型桥梁结构健康监测方法，包括步骤：在桥梁上安装传感器和采集中心站，对桥梁进行实时测点监控，将监测数据传输到信息控制室，存入服务器数据库；在GIS平台上建立桥梁的三维模型，模拟并显示桥梁的结构、各测点及实时监控信息；结合实时监控信息，根据预先设定的评估标准，对桥梁的结构进行健康状况评估，对评估结果进行仿真显示，模拟桥梁结构的健康状况；对桥梁上的传感器和采集中心站进行定位，调整传感器和采集中心站的采集参数，实时反馈控制现场传感器和采集中心站的运行。本发明能对传感器和采集设备进行三维空间显示，通过精确定位实现对硬件设备的采集控制，并模拟显示桥梁当前的健康状况。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种基于三维建模仿真的大型 桥梁结构健康监测方法。

背景技术

大型桥梁结构的健康监测系统，服务于桥梁的安全运营状态监控 和养护管理，其设计和构建是一个集各种先进传感技术、计算机技术、 信息技术以及结构力学分析计算、结构状态评估理论于一体的综合系 统工程。如何构建一个用户与桥梁结构健康监测系统友好的交互平 台，是一个亟待解决的问题。通过该系统平台实现将各种数据实时按 需求向用户展示，并且接受用户对系统的控制与输入，所要表现的内 容包括：传感器在大桥中所处的位置、传感器所接收到的数据内容、 大桥的结构健康状态信息。

目前的大型桥梁结构的健康监测系统一般采用二维的方式显示 桥梁图纸信息，并在上面显示传感器的位置、及监测到的数据信息。 这种方式中测点空间位置不明确、缺乏几何空间特性、用户使用上可 操作较差，经常是能看到测点数据，但不能查明数据反映三维结构上 哪个部位的物理变化，也由于不能对测点和采集设备进行精确定位， 不能实现对现场硬件的控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于 三维建模仿真的大型桥梁结构健康监测方法，能够对各类传感器和采 集设备进行三维空间显示，通过精确定位实现对这些硬件设备的采集 控制，并模拟显示桥梁当前的健康状况。

本发明提供的基于三维建模仿真的大型桥梁结构健康监测方 法，包括以下步骤：A、在桥梁上安装不同的传感器和采集中心站， 对桥梁进行实时测点监控，并将监测数据传输到信息控制室，存 入服务器数据库；B、在三维仿真地理信息系统GIS平台上建立桥 梁的三维模型，模拟并显示桥梁的结构、各测点及各测点的实时 监控信息；C、结合各测点的实时监控信息，根据预先设定的评估 标准，对桥梁的结构进行健康状况评估，在三维仿真GIS平台上 对评估结果进行仿真显示，模拟桥梁结构的健康状况；D、在三维 仿真GIS平台上，对桥梁上的传感器和采集中心站进行定位，调 整传感器和采集中心站的采集参数，实时反馈控制现场的传感器 和采集中心站的运行。

在上述技术方案中，步骤B中所述建立桥梁的三维模型的过 程如下：利用CAD软件构建桥梁的三维实体，利用3DMax软件 建模渲染后导入GIS平台，分别构建不同桥梁构件的模型，在GIS 平台上调整各桥梁构件的空间位置。

在上述技术方案中，所述桥梁构件包括主塔、主缆、箱梁、 悬索、桥墩和锚锭。

在上述技术方案中，所述测点包括全球定位系统GPS、温度 测点、应力测点、梁端位移测点和线形液位测点。

在上述技术方案中，所述三维仿真GIS平台通过不同的形状 符号和颜色显示不同测点。

在上述技术方案中，所述形状包括立方、锥形、圆柱、钻石 形和球形。

在上述技术方案中，所述三维仿真GIS平台显示监测测点的 方式包括：通过截面显示、通过界面显示、通过平台自带的只读 电子表格显示、及通过所述只读电子表格导出的EXCEL显示。

在上述技术方案中，所述传感器和采集中心站将监测数据通 过有线或者无线的方式传输到信息控制室。

在上述技术方案中，所述传感器包括温度传感器、应力传感 器和光纤传感器。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明能够对各类传感器和采集设备进行三维空间显示， 通过精确定位实现对这些硬件设备的采集控制，并模拟显示桥梁当前 的健康状况。

(2)本发明能够更直观有效的展现桥梁全体风貌、监测测点位 置布设、实时监测到的数据信息。

(3)GIS作为采集、存贮、管理、分析和显示与地理分布有关 数据的有效工具，能同时管理空间信息和属性数据，将GIS技术引入 到桥梁结构监测中，能够实现集中管理各种与桥梁有关的信息，提高 系统的功能、改善系统与用户之间的交互。

附图说明

图1是本发明实施例中大型桥梁结构健康监测系统的结构示意 图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供的基于三维建模仿真的大型桥 梁结构健康监测方法，包括以下步骤：

A、在桥梁上安装不同的传感器(例如温度传感器、应力传感器 和光纤传感器等)和采集中心站，对桥梁进行实时测点监控，并通过 有线或者无线的方式将监测数据传输到信息控制室，存入服务器数据 库；监控测点包括GPS、温度测点、应力测点、梁端位移测点和线形 液位测点。

B、在三维仿真地理信息系统GIS平台上建立桥梁的三维模型： 利用CAD软件构建桥梁的三维实体，利用3DMax软件建模渲染后 导入GIS平台，分别构建不同桥梁构件的模型，在GIS平台上调整 各桥梁构件(例如主塔、主缆、箱梁、悬索、桥墩和锚锭等)的空间 位置，模拟并显示桥梁的结构、各测点及各测点的实时监控信息。

C、结合各测点的实时监控信息，根据预先设定的评估标准，对 桥梁的结构进行健康状况评估，在三维仿真GIS平台上对评估结果进 行仿真显示，模拟桥梁结构的健康状况。三维仿真GIS平台通过不同 的形状符号(例如立方、锥形、圆柱、钻石形和球形等)和颜色显示 不同测点，显示监测测点的方式包括：通过截面显示、通过界面显示、 通过平台自带的只读电子表格显示、及通过所述只读电子表格导出的 EXCEL显示等。

D、在三维仿真GIS平台上，对桥梁上的传感器和采集中心站进 行定位，调整传感器和采集中心站的采集参数，实时反馈控制现场的 传感器和采集中心站的运行。

本发明实施例的原理详细阐述如下：

GIS(Geographic Information System，地理信息系统)作为一种 集空间数据收集、处理、存储、分析、表达的技术系统，具有强大的 三维表现能力和空间分析能力，能够实现空间属性数据的互查询、空 间相关的分析能力，精确而细致地模型表达。本发明实施例将三维 GIS技术引入到大型桥梁结构的健康监测中，可以很好的解决传统二 维方式的不足，实现了监测点在仿真软件内的空间属性的互查询，不 同构件的可视化操作，属性浏览功能以及用不同形式(曲线、表格等) 表现实时的监测数据，并能精确的定位传感器和采集设备，从而控制 采集设备的信号采集。

本发明实施例通过外部建模，直接导入显示模块SceneControl 中和提供坐标，以坐标点的形式直接内部建模两种建模方式，构建三 维GIS桥梁模型。根据软件系统的架构，采用C/S两层数据传输模式。 服务器端主要存储构件和测点的归属关系，测点所监测的信息数据， 并负责转发控制信息，客户端存储桥梁构件和测点的三维模型，测点 的属性信息等。采用Microsoft Visual Studio 2008平台调用ArcGIS  Engine函数进行二次开发，完成了测点和采集设备的空间属性的互查 询，采集策略的控制，不同构件的可视化操作，属性浏览功能以及用 不同形式(曲线，表格等)表现实时的监测数据，并在后台实现对桥 梁结构的健康状况评估，通过三维模型进行状态模拟。

本发明实施例利用GIS技术建立大桥空间模型，完全展现桥梁全 貌。将大型桥梁分不同构件用三维形式进行表达，有利于增强系统的 直观性和可操作性，方便用户快速建立起对整座桥梁的整体印象。桥 梁三维模型的是利用CAD构建三维实体，利用3DMax软件建模渲 染后导入GIS平台，模型分不同的桥梁构件分别构建，例如主塔，主 缆，箱梁，悬索，桥墩，锚锭等。最后在GIS平台下微调其相关空间 位置。可实现三维场景的视图操作：平移、漫游、定位等功能。

本发明实施例中的立体监控测点主要有GPS(Global Positioning  System，全球定位系统)、温度测点、应力测点、梁端位移测点、线 形液位测点等。系统中利用不同的形状符号和颜色对不同测点加以区 分，形状分为：Cube(立方)，Cone(锥形)，Cylinder(圆柱)，Diamond (钻石形)，Sphere(球形)。利用空间属性信息互查询功能，可以直 观地由图上鼠标点击查询属性信息，或者通过属性表格预览选择某行 记录图上给与相应表示。

本发明实施例提供4种方式来数据显示。参见图1所示，采集和 传输子模块的主要功能是获取监测数据数据，其通过不同的传感器， 例如温度传感器、应力传感器、光纤传感器等，将数据通过有线或者 无线的方式传输到信息控制室，然后读入到服务器数据库中。系统根 据不同测点的编号和数据库中的编号一一对应，达到不同测点监测信 息的实时显示。根据不同类型的监测测点，系统给出了四种不同的显 示形式：截面显示、界面显示、平台自带的只读电子表格显示、只读 电子表格导出的EXCEL显示等。

本发明实施例通过现场监测到的数据，根据预先设定的评估标准 对桥梁结构进行健康状况评估，通过三维空间和不同颜色对评估结果 进行仿真显示，模拟桥梁结构的健康状况。现场布设的不同传感器和 采集中心站用来采集不同的信号，对这些传感器和采集站点需要采用 不同的采集策略，而且随着时间的推移和桥梁结构健康状况的演变， 这些策略需要进行调整。通过三维仿真软件实现了精确的查找到每一 个传感器，然后对传感器进行采集策略的调整，并能控制现场采集站 点的运行。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不 脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于 本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些 改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技 术人员公知的现有技术。