CN107918717A - 一种可视化桥梁变形监测系统 - Google Patents

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谭冬梅
陈武
金超
吴浩
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Abstract

本发明属于桥梁技术领域，公开了一种可视化桥梁变形监测系统，包括：桥梁变形数据获取模块，实时获取桥梁各监测点的变形数据；监测服务器，所述监测服务器中设置有桥梁三维模型，所述监测服务器与所述变形数据获取模块相连，获取所述变形数据，并用其驱动所述桥梁三维模型进行三维位置变化；输出显示模块，与所述监测服务器相连，获取并输出显示桥梁的三维模型信息。本发明提供一种可视化桥梁变形监测系统，通过建立桥梁变形监测数据与桥梁三维模型之间的关联，实时展示三维桥梁模型的变形，从而直观的获取桥梁变形情况。

Description

一种可视化桥梁变形监测系统
技术领域
本发明涉及桥梁技术领域，特别涉及一种可视化桥梁变形监测系统。
背景技术
桥梁所处的环境极其复杂，其安全状况受到车载、风载、水流以及地质条件等因素的影响，由于这些环境荷载多变，因此为了保证桥梁的安全运行，需要对桥墩沉降、桥梁变形等进行实时的监控和及时的维护。
目前，桥梁安全监测系统面向多用户，无论是技术人员，还是桥梁维护的管理者和决策者，都需要及时了解桥梁实时变形状态。传统的管理信息系统仅仅采用文字，表格，直方图，饼图的形式来展示桥梁监测信息，运作起来不直观、不全面具有相当大的局限性。仅仅采用二维GIS系统则采用二维的图形来表达桥梁监测的平面情况，不能体现构造物的空间几何关系，可视性较差，具有很大的片面性和局限性。
发明内容
本发明提供一种可视化桥梁变形监测系统，解决现有技术中桥梁变形监测信息不直观，可视性差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可视化桥梁变形监测系统，包括：
桥梁变形数据获取模块，实时获取桥梁各监测点的变形数据；
监测服务器，所述监测服务器中设置有桥梁三维模型，所述监测服务器与所述变形数据获取模块相连，获取所述变形数据，并用其驱动所述桥梁三维模型进行三维位置变化；
输出显示模块，与所述监测服务器相连，获取并输出显示桥梁的三维模型信息。
进一步地，所述变形数据包括：桥梁各变形监测点的实时位移。
进一步地，所述桥梁三维模型包括：静态模型和动态模型；
所述静态模型为桥梁监测初始状态的三维模型；
所述动态模型为基于所述静态模型数据构建的可变形的三维动态模型；
其中，所述动态模型基于所述各变形监测点的实时位移，确定变形路径，实时驱动三维动态模型中对应桥梁构件产生三维位置变化。
进一步地，所述监测服务器中设置二维矢量图展示模块；
所述二维矢量图展示模块包括：桥面下游处的正面监测布点图以及全桥俯视监测布点图。
进一步地，所述监测布点图上各监测点图例通过不同的填充色反应监测点的工作状态；
所述工作状态包括：离线、在线、一级变形、二级变形以及三级变形；
其中，所述一级变形、二级变形以及三级变形依据变形幅度设定的阈值进行区分。
一种可视化桥梁变形监测方法，其特征在于，包括：
建立桥梁三维模型，并将桥梁监测点与所述桥梁三维模型的各构件相关联；
基于各桥梁监测点获取的三维位移，确定变形路径，驱动所述三维模型的各构件进行三维位置变化；
输出进行三维位置变化后的桥梁三维模型。
进一步地，所述建立桥梁三维模型包括：
采用3DS Max软件建立桥梁的二维矢量图和三维模型，并建立相应测点的图例；
对桥梁三维模型的材质进行设置，使用标准材质对模型的各个部分进行材质的添加，然后按需要设置合理的灯光和阴影参数；
桥梁三维模型的渲染与烘焙，采用3DS Max中的高级光照渲染，然后采用3DS Max中的Render To Texture命令进行烘焙，使MAX中物体的光影以贴图的方式带到虚拟现实平台VRP中；
将3DS Max中建立好的场景模型导出到VRP—Builder编辑器中进行后期的处理，利用VRP提供给3DS Max建模软件的VRP—for—Max插件，把场景中的模型导出至VRP-Builder中；
其中，在建立模型之前把场景的尺寸与桥梁的真实情况保持一致，单位合理并做到统一；同时要把几何模型在视窗中的世界坐标和相对坐标都设置好，设置好几何模型的中心坐标。
进一步地，所述方法还包括：
根据桥梁各个监测点数据的分类定级，以不同的颜色表示桥梁各监测点的监测状态和变形状态。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的可视化桥梁变形监测系统，基于桥梁数据在监测服务器中建立一个三维模型，并实现桥梁监测点与三维模型的各构件之间关联；通过实施获取各监测点的三维位移数据，驱动三维模型的各构件进行三维位移，从而实现桥梁变形监测的可视化表达，更为直观的反应桥梁的运行状态。进一步，还可以通过建立二维矢量图，实时反映各监测点的分布，结合三维模型实现更为全面的桥梁各构件的工作状态。
附图说明
图1为本发明实施例提供的可视化桥梁变形监测系统结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种可视化桥梁变形监测系统，解决现有技术中桥梁变形监测信息不直观，可视性差的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
针对以上传统方法的冗杂性、可视性差等缺陷，本发明以桥梁监测北斗数据存储资源池为基础，实现对桥梁安全状况的实时监控。也就是说，本桥梁监测系统是通过三维模型的可视化形态将桥梁的变形数据信息，通过三维桥梁模型的变形的方式表现出来，实现直观的监测。下面通过具体实施方案说明。
参见图1，一种可视化桥梁变形监测系统，包括：
桥梁变形数据获取模块，实时获取桥梁各监测点的变形数据；
监测服务器，所述监测服务器中设置有桥梁三维模型，所述监测服务器与所述变形数据获取模块相连，获取所述变形数据，并用其驱动所述桥梁三维模型进行三维位置变化；
输出显示模块，与所述监测服务器相连，获取并输出显示桥梁的三维模型信息。
具体来说，桥梁变形数据获取模块用于获取桥梁变形监测数据。一般而言，通过在桥梁上布设监测点，通过监测装置获取各监测点处的变形数据信息；也可以直接引用现成的桥梁监测信息。
本实施例中，桥梁监测点的桥梁变形监测数据包括：桥梁各变形监测点的实时位移。也就检测点处的三维位移，即分别在X\Y\Z轴方向的位移。直接反应监测点所处的桥梁构件的三维位移。
监测服务器获取所述桥梁构件的三维位移，用于驱动桥梁三维模型的对应构件进行三维位移，模拟桥梁真实的位移状况，从而整体上改变三维模型的形态变化，实现可视化的监测。
为了更为全面的呈现桥梁的变形情况，所述桥梁三维模型包括：静态模型和动态模型；也就是桥梁的监测初始状态的静态模型，以及基于桥梁初始状态数据建立的动态模型。
所述动态模型为基于所述静态模型数据构建的可变形的三维动态模型；所述动态模型基于所述各变形监测点的实时位移，确定变形路径，实时驱动三维动态模型中对应桥梁构件产生三维位置变化。
从而可以通过，呈现静态模型和实时变化的动态模型，更为直观的展示桥梁变形信息。
在还原桥梁变形过程中，可通过桥梁结构部件目录树，将部份桥梁结构部件从当前演示模型中移除，减少桥梁演示模型展示内容。除了加载北斗监测点正常北斗监测桥梁变形数据外，可提取每个北斗监测点位移极值、以及关键点动态幅值来驱动桥梁结构部件发生三维位置的变化。
进一步地，所述监测服务器中设置二维矢量图展示模块；所述二维矢量图展示模块包括：桥面下游处的正面监测布点图以及全桥俯视监测布点图。
一般而言，监测区域各监测点采用统一的图例进行描述，根据监测点状态如在线，离线，采用不同颜色填充北斗监测点图例，来反映北斗监测点的工作状态。
具体而言，在桥梁二维矢量展示图中，灰色代表北斗监测点离线；绿色代表北斗监测点在线；红色代表北斗监测点所处断面发生变形一级预警；橙色代表北斗监测点所处断面发生变形二级预警；黄色代表北斗监测点所处断面发生变形三级预警。根据实际情况设定判断阈值分别实现不同等级的预警判断。
除展示全桥二维矢量图以外，分别将各个监测点图例与其相应的监测数据进行关联，从而当选中某个北斗监测点图例时，还可实时查看该监测点X/Y/Z三个方向的实时动态解算信息，如采用红线表示X方向，蓝线表示Y方式，青绿线表示Z方向。用户只需通过点击相应的监测点即可理解到该点各个方向位移的实时变化过程。
同样的，三维模型的各个构件也可以通过设置填充色直观的表现其变形幅度。
本实施例中的三维虚拟现实展示，采用第一人物视角来观察桥梁三维模型。展示系统除了桥梁三维模型外，展示系统还提供北斗监测点模型、静态全景天空、动态水体呈现功能，营造一个贴近桥梁的真实环境。
桥梁安全监测项目三维虚拟展示系统启动后，系统提供四种视图模式：漫游模式、环绕模式、路径模式、固定模式。图像的移动依靠键盘W/S/A/D键实现，以便用户细致观察桥梁各测点的具体的监测情况。
一般而言，可视化桥梁变形监测系统，采用HTML5技术标准实现桥梁的二维矢量展示以及三维虚拟现实展示。该模块以VR-PLATFORM三维互动仿真平台为中心，主要由显示设备、I/O设备以及3Dmax软件设备组成，展示系统无须其它插件支持，通过浏览器，即可加载3DMax建模的桥梁三维模型。实现便捷获取变形监侧信息。
通过浏览器提供人机交互的接口，进行前后台数据的交换；后台采用ASP.NET、JSP、AJAX以及最新的JAVASCRIPT技术成果，通过ADO.NET和JDBC数据库访问接口与数据库系统进行数据交换，从而实现多用户的实时访问，用户只需登入浏览器便可以对桥梁的监测数据进行实时的访问。
本实施例不仅可以进行二维矢量模块和三维虚拟模块的随意切换，还可以实现这两个模块之间的联动。同一系统环境下，在三维模型中点击测点可查看实时的二维过程线及测点位置的断面图；点击二维图形中测点或者断面即可在三维模型中精确定位。该系统不仅可以再二维矢量环境下查询桥梁的三维实体信息，也可以在三维模块下利用强大的数据管理、信息查询和分析工具。二维矢量和三维虚拟的结合能够直观全面地展示桥梁的监测状态与变形情况，为用户提供一个可视化的监测环境。
本实施例还提供一种基于上述系统的方法。
一种可视化桥梁变形监测方法，包括：
建立桥梁三维模型，并将桥梁监测点与所述桥梁三维模型的各构件相关联；
基于各桥梁监测点获取的三维位移，确定变形路径，驱动所述三维模型的各构件进行三维位置变化；
输出进行三维位置变化后的桥梁三维模型。
其中，所述建立桥梁三维模型包括：
采用3DS Max软件建立桥梁的二维矢量图和三维模型，并建立相应测点的图例；
对桥梁三维模型的材质进行设置，使用标准材质对模型的各个部分进行材质的添加，然后按需要设置合理的灯光和阴影参数；
桥梁三维模型的渲染与烘焙，采用3DS Max中的高级光照渲染，然后采用3DS Max中的Render To Texture命令进行烘焙，使MAX中物体的光影以贴图的方式带到虚拟现实平台VRP中；
将3DS Max中建立好的场景模型导出到VRP—Builder编辑器中进行后期的处理，利用VRP提供给3DS Max建模软件的VRP—for—Max插件，把场景中的模型导出至VRP-Builder中；
其中，在建立模型之前把场景的尺寸与桥梁的真实情况保持一致，单位合理并做到统一；同时要把几何模型在视窗中的世界坐标和相对坐标都设置好，设置好几何模型的中心坐标。
桥梁测点变形状态的实现。
首先构造一个可变形、结构上与静态模型高度重合的动态模型；然后建立VR和数据库之间的直接连接以实现桥梁模型和数据库之间的连接，两者之间的连接可以是实时更新互动的；最后通过提取每个北斗监测点各个方向的实时的位移确定变形路径，从而驱动动态模型实现桥梁测点的实时变形。
根据桥梁各个监测点数据的分类定级，以不同的颜色表示桥梁各监测点的监测状态和变形状态。
进一步地，所述方法还包括：
根据桥梁各个监测点数据的分类定级，以不同的颜色表示桥梁各监测点的监测状态和变形状态。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的可视化桥梁变形监测系统，基于桥梁数据在监测服务器中建立一个三维模型，并实现桥梁监测点与三维模型的各构件之间关联；通过实施获取各监测点的三维位移数据，驱动三维模型的各构件进行三维位移，从而实现桥梁变形监测的可视化表达，更为直观的反应桥梁的运行状态。进一步，还可以通过建立二维矢量图，实时反映各监测点的分布，结合三维模型实现更为全面的桥梁各构件的工作状态。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种可视化桥梁变形监测系统，其特征在于，包括：
桥梁变形数据获取模块，实时获取桥梁各监测点的变形数据；
监测服务器，所述监测服务器中设置有桥梁三维模型，所述监测服务器与所述变形数据获取模块相连，获取所述变形数据，并用其驱动所述桥梁三维模型进行三维位置变化；
输出显示模块，与所述监测服务器相连，获取并输出显示桥梁的三维模型信息。
2.如权利要求1所述的可视化桥梁变形监测系统，其特征在于，所述变形数据包括：桥梁各变形监测点的实时位移。
3.如权利要求2所述的可视化桥梁变形监测系统，其特征在于，所述桥梁三维模型包括：静态模型和动态模型；
所述静态模型为桥梁监测初始状态的三维模型；
所述动态模型为基于所述静态模型数据构建的可变形的三维动态模型；
其中，所述动态模型基于所述各变形监测点的实时位移，确定变形路径，实时驱动三维动态模型中对应桥梁构件产生三维位置变化。
4.如权利要求3所述的可视化桥梁变形监测系统，其特征在于，所述监测服务器中设置二维矢量图展示模块；
所述二维矢量图展示模块包括：桥面下游处的正面监测布点图以及全桥俯视监测布点图。
5.如权利要求4所述的可视化桥梁变形监测系统，其特征在于，所述监测布点图上各监测点图例通过不同的填充色反应监测点的工作状态；
所述工作状态包括：离线、在线、一级变形、二级变形以及三级变形；
其中，所述一级变形、二级变形以及三级变形依据变形幅度设定的阈值进行区分。
6.一种可视化桥梁变形监测方法，其特征在于，包括：
建立桥梁三维模型，并将桥梁监测点与所述桥梁三维模型的各构件相关联；
基于各桥梁监测点获取的三维位移，确定变形路径，驱动所述三维模型的各构件进行三维位置变化；
输出进行三维位置变化后的桥梁三维模型。
7.如权利要求6所述的可视化桥梁变形监测方法，其特征在于，所述建立桥梁三维模型包括：
采用3DS Max软件建立桥梁的二维矢量图和三维模型，并建立相应测点的图例；
对桥梁三维模型的材质进行设置，使用标准材质对模型的各个部分进行材质的添加，然后按需要设置合理的灯光和阴影参数；
桥梁三维模型的渲染与烘焙，采用3DS Max中的高级光照渲染，然后采用3DS Max中的Render To Texture命令进行烘焙，使MAX中物体的光影以贴图的方式带到虚拟现实平台VRP中；
将3DS Max中建立好的场景模型导出到VRP—Builder编辑器中进行后期的处理，利用VRP提供给3DS Max建模软件的VRP—for—Max插件，把场景中的模型导出至VRP-Builder中；
其中，在建立模型之前把场景的尺寸与桥梁的真实情况保持一致，单位合理并做到统一；同时要把几何模型在视窗中的世界坐标和相对坐标都设置好，设置好几何模型的中心坐标。
8.如权利要求7所述的可视化桥梁变形监测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据桥梁各个监测点数据的分类定级，以不同的颜色表示桥梁各监测点的监测状态和变形状态。
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