GIS組件在群樁基礎可視化監(jiān)控系統(tǒng)中的應用*

薛 濤 唐 勇 王江明

1 概述

隨著我國新建橋梁規(guī)模的不斷刷新,其安全問題也越來越突出。為確保大橋在施工期和運營期的安全,許多大橋都投入了大量資金建立復雜的安全監(jiān)測系統(tǒng),以便隨時掌握其工作性態(tài)。由于監(jiān)測系統(tǒng)涉及范圍廣、監(jiān)測項目多、數(shù)據(jù)量也異常龐大,采用單測點或相鄰測點的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)已不能滿足要求,這就需要一個不僅具有強大的數(shù)據(jù)處理能力,而且要能夠使監(jiān)測信息可視化,并能給管理者進行多測點分析提供幫助的監(jiān)測系統(tǒng)。要滿足上述要求,通過一般的繪圖方式直接實現(xiàn),不僅工作量大,而且直觀性不好。引入地理信息系統(tǒng)(GIS)[1,2]是一個很好的解決方案。通過比選,ESRI公司的Mapobjects(簡稱MO)組件不僅具有強大的圖形信息可視化查詢功能,而且還支持多種數(shù)據(jù)庫,同時具有常用的統(tǒng)計功能,能夠實現(xiàn)強大的數(shù)據(jù)管理功能。借助MO以及數(shù)據(jù)庫編程技術開發(fā)的可視化監(jiān)控系統(tǒng)很好地融合了數(shù)據(jù)庫、圖庫管理功能[3],從而滿足了復雜安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的需求。

2 系統(tǒng)設計

2.1 設計準備工作

準備工作主要包括以下三個方面:

1)開發(fā)環(huán)境的選擇?？紤]到涉及大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫編程需要一個功能強大的完全面向對象,并且對數(shù)據(jù)庫開發(fā)有著強大支持,且能夠快捷、高效開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用程序的語言,文中選擇對數(shù)據(jù)庫開發(fā)有著很大優(yōu)勢的DotNet環(huán)境下的C#語言[4]。

2)MO的數(shù)據(jù)圖層文件準備。MO可以使用的數(shù)據(jù)文件格式有Shapefile,Coverage,SDE,VPF,SteetMap和各種CAD文件,這里選擇常用的Shapefile文件格式[5]。Shapefile文件可通過ARCGIS軟件的轉換工具將包含監(jiān)測測點的橋梁結構CAD圖轉換為以地理信息數(shù)據(jù)存儲的Shapefile文件,并向對應的DBF數(shù)據(jù)庫添加各種非地理信息字段,如測點編號、樁號、傳感器類型、渲染偏移量等。由于監(jiān)測網(wǎng)是分斷面的三維監(jiān)測網(wǎng),而MO只能顯示二維地理信息,因此分斷面制作包含監(jiān)測點信息的Shapefile文件,即一個斷面一個圖層,從而可以實現(xiàn)三維監(jiān)測網(wǎng)點的可視化。

3)關聯(lián)數(shù)據(jù)庫設計。為了提高存儲效率,方便讀寫操作,采用ACCESS數(shù)據(jù)庫存儲各種實測的物理量,并且與DBF數(shù)據(jù)庫建立關聯(lián)。關聯(lián)數(shù)據(jù)庫的表設計必須要與DBF數(shù)據(jù)庫一致,即要有相同屬性和屬性值的關聯(lián)字段,并且一張表對應一個DBF數(shù)據(jù)庫。MDB數(shù)據(jù)表設計視圖見表1。

表1 MDB數(shù)據(jù)表設計視圖

2.2 功能實現(xiàn)的主要技術環(huán)節(jié)

1)可視化圖形操作基本功能?？梢暬瘓D形操作的基本功能包括:圖形放大、圖形縮小、恢復原始大、圖形移動和改變顯示的圖層。通過設置圖層的Visible屬性來確定圖層的顯示與否,當某一斷面圖層選定時將其Visible屬性設置為true,當前顯示的圖層Visible屬性設置為false,刷新控件即可。由于MO不能顯示純文本的圖層,因此要顯示樁號和測點編號需要利用MO的Renderer屬性進行渲染,而標注渲染是通過對象LabelRenderer來顯示圖形特征對應的屬性文字,用Field屬性來指定來源字段,通過Symbol對象設置字體大小顏色等屬性。簡略代碼如下:

ESRI.MapObjects2.Core.MapLayer lyr=(ESRI.MapObjects2.Core.MapLayer)axMap1.Layers.Item(“Polygon”);

ESRI.MapObjects2.Core.LabelRenderer lb=newESRI.MapObjects2.Core.LabelRendererClass();

lb.Field=“樁號”;

ESRI.MapObjects2.Core.TextSymbol sym=lb.get-Symbol(0);

lyr.Renderer=lb;

this.axMap1.CtlRefresh()。

2)觀測數(shù)據(jù)查詢及標識功能。MO支持強大的查詢功能,通過SearchExpression方法查找屬性數(shù)據(jù)庫(dbf)中的數(shù)據(jù),實現(xiàn)對圖形特征的查找,并且返回的結果可以閃爍或者變色顯示。Search Expression的查詢表達式支持SQL語言,這樣就可以根據(jù)自己需要實現(xiàn)對某一類測點信息的篩選。

3)突出顯示功能。根據(jù)自己需要,當某些測點需要著重顯示時,可用標注功能在旁邊繪制“+”“△”等標注符號?？梢酝ㄟ^鼠標選中某些測點,并且查看選中測點的一些基本信息。選中功能通過圖層的Search By Distance方法實現(xiàn)。標注功能的效果圖如圖1所示。

4)ACCESS數(shù)據(jù)庫讀寫。為了縮短實測信息與可視化信息的轉換周期,采用自動從已有的資料管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中讀取各測點的實測物理量,寫入已建立的關聯(lián)數(shù)據(jù)庫中。這里應用VS.NET所特有的ADO.NET控件可以輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的讀寫操作。當增加一次測次,增加一個以采集時間命名的字段,再向該列寫入數(shù)據(jù)即可。

5)測點觀測序列統(tǒng)計圖表功能。圖表功能主要包括兩種:分級渲染圖和柱狀圖。有了這兩種圖,將使測點信息的空間分析更容易。實現(xiàn)圖表功能首先必須實現(xiàn)ACCESS數(shù)據(jù)庫與DBF數(shù)據(jù)庫相關聯(lián),通過圖層的AddRelate方法實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)。

分級渲染圖和柱狀圖通過MO的Chart Render對象即可實現(xiàn),對于需要顯示的數(shù)值,用Group Render對象組合Chart Render和Label Render對象即可實現(xiàn)。此外,由于MO本身不顯示圖例,需要自己繪制圖例。這里通過代碼添加不同底色的Label控件來實現(xiàn)顯示圖例的功能。

MO提供了輸出接口,可將控件當前顯示的圖形輸出為JPEG等圖形文件。代碼為:

this .axMap1 .Expo rtMapToJpeg (path , 100 , true , 1 , ESRI .MapObjects2.Core .Ex port Symbology Scale Constants.moAll SymbologyScaled)。

3 應用實例

以長江河口某大型橋梁的群樁基礎可視化監(jiān)測系統(tǒng)(這里僅指具有可視化功能的子系統(tǒng))為例介紹開發(fā)的主要技術環(huán)節(jié)。該橋梁主塔墩群樁基礎由131根直徑2.8 m/2.5 m的超長鉆孔灌注樁[6]組成。為了研究大型群樁基礎的傳力機理,在代表性基樁樁身布置了多個監(jiān)測斷面。現(xiàn)應用所研發(fā)的可視化監(jiān)測子系統(tǒng)(STview)對代表性基樁的樁頂斷面進行多測點分析。

3.1 單測次可視化分析

這里選擇2005年上半年的一次數(shù)據(jù)進行分析。該測次數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)計算之后,自動導入到可視化系統(tǒng)的關聯(lián)數(shù)據(jù)庫中。首先應用統(tǒng)計功能統(tǒng)計出該測次的樁頂軸力各統(tǒng)計值:最大值為 16 MN,最小值為 3.6 MN,平均值為 10.6 MN,總和為253.5 MN。該測次的各樁軸力如圖2所示。從圖2中可以清晰看出,上部荷載經(jīng)承臺傳遞到各樁的分配情況?？偟姆峙湟?guī)律是:位于上下游承臺中心區(qū)域的基樁樁頂軸力較大,而四周及系梁區(qū)的基樁樁頂軸力較小[7]。

3.2 多測次可視化分析

借助柱狀圖可進行多測次可視化分析。仍然以樁頂軸力為例,如圖3所示。不僅可以清晰的看出各基樁的樁頂軸力變化規(guī)律,而且各測次軸力的分布情況也一目了然,規(guī)律與前面所述的單測次基本一致,即中心區(qū)域的樁頂軸力普遍高于周邊區(qū)域的樁。

4 結語

引入GIS組件建立起來的群樁基礎可視化監(jiān)測系統(tǒng),不僅能使測點信息可視化,而且還能給管理者進行多測點分析提供幫助,有利于提高監(jiān)測信息的分析效率。此外,本文所介紹的研發(fā)思路對于其他橋梁也具有借鑒意義。

[1] 田 鵬,陳景燕,楊松林.地鐵施工變形監(jiān)測管理分析[J].鐵道勘察,2005(6):36-38.

[2] 吳振君,鄧建輝,閔 弘.基于GIS的滑坡監(jiān)測信息管理與分析系統(tǒng)[J].巖土力學,2004,25(11):1739-1743.

[3] 陳 松,韓學偉.大型橋梁地基基礎安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].水文地質工程地質,2005(5):44-47.

[4] 王獻輝,顧沖時,劉成棟.應用VS[1].NET開發(fā)B/S結構大壩安全監(jiān)測Web系統(tǒng)軟件[J].水電自動化與大壩安全監(jiān)測,2003,27(3):41-44.

[5] 薛 偉.MapObjects地理信息系統(tǒng)程序設計[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[6] 游慶仲,董學武,張雄文.蘇通大橋挑戰(zhàn)與創(chuàng)新[J].東南大學學報,2006,36(S2):15-22.

[7] 張雄文,董學武,李 鎮(zhèn).蘇通大橋主塔墩基礎群樁效應研究[J].河海大學學報,2006,34(2):200-203.