GIS组件在群桩基础可视化监控系统中的应用*

2010-08-13王江明

山西建筑 2010年28期

薛涛唐勇王江明

1 概述

随着我国新建桥梁规模的不断刷新,其安全问题也越来越突出。为确保大桥在施工期和运营期的安全,许多大桥都投入了大量资金建立复杂的安全监测系统,以便随时掌握其工作性态。由于监测系统涉及范围广、监测项目多、数据量也异常庞大,采用单测点或相邻测点的传统数据处理与分析系统已不能满足要求,这就需要一个不仅具有强大的数据处理能力,而且要能够使监测信息可视化,并能给管理者进行多测点分析提供帮助的监测系统。要满足上述要求,通过一般的绘图方式直接实现,不仅工作量大,而且直观性不好。引入地理信息系统(GIS)[1,2]是一个很好的解决方案。通过比选,ESRI公司的Mapobjects(简称MO)组件不仅具有强大的图形信息可视化查询功能,而且还支持多种数据库,同时具有常用的统计功能,能够实现强大的数据管理功能。借助MO以及数据库编程技术开发的可视化监控系统很好地融合了数据库、图库管理功能[3],从而满足了复杂安全监控系统数据分析的需求。

2 系统设计

2.1 设计准备工作

准备工作主要包括以下三个方面:

1)开发环境的选择。考虑到涉及大量数据的数据库编程需要一个功能强大的完全面向对象,并且对数据库开发有着强大支持,且能够快捷、高效开发数据库应用程序的语言,文中选择对数据库开发有着很大优势的DotNet环境下的C#语言[4]。

2)MO的数据图层文件准备。MO可以使用的数据文件格式有Shapefile,Coverage,SDE,VPF,SteetMap和各种CAD文件,这里选择常用的Shapefile文件格式[5]。Shapefile文件可通过ARCGIS软件的转换工具将包含监测测点的桥梁结构CAD图转换为以地理信息数据存储的Shapefile文件,并向对应的DBF数据库添加各种非地理信息字段,如测点编号、桩号、传感器类型、渲染偏移量等。由于监测网是分断面的三维监测网,而MO只能显示二维地理信息,因此分断面制作包含监测点信息的Shapefile文件,即一个断面一个图层,从而可以实现三维监测网点的可视化。

3)关联数据库设计。为了提高存储效率,方便读写操作,采用ACCESS数据库存储各种实测的物理量,并且与DBF数据库建立关联。关联数据库的表设计必须要与DBF数据库一致,即要有相同属性和属性值的关联字段,并且一张表对应一个DBF数据库。MDB数据表设计视图见表1。

表1 MDB数据表设计视图

2.2 功能实现的主要技术环节

1)可视化图形操作基本功能。可视化图形操作的基本功能包括:图形放大、图形缩小、恢复原始大、图形移动和改变显示的图层。通过设置图层的Visible属性来确定图层的显示与否,当某一断面图层选定时将其Visible属性设置为true,当前显示的图层Visible属性设置为false,刷新控件即可。由于MO不能显示纯文本的图层,因此要显示桩号和测点编号需要利用MO的Renderer属性进行渲染,而标注渲染是通过对象LabelRenderer来显示图形特征对应的属性文字,用Field属性来指定来源字段,通过Symbol对象设置字体大小颜色等属性。简略代码如下:

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

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

lb.Field=“桩号”;

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

lyr.Renderer=lb;

this.axMap1.CtlRefresh()。

2)观测数据查询及标识功能。MO支持强大的查询功能,通过SearchExpression方法查找属性数据库(dbf)中的数据,实现对图形特征的查找,并且返回的结果可以闪烁或者变色显示。Search Expression的查询表达式支持SQL语言,这样就可以根据自己需要实现对某一类测点信息的筛选。

3)突出显示功能。根据自己需要,当某些测点需要着重显示时,可用标注功能在旁边绘制“+”“△”等标注符号。可以通过鼠标选中某些测点,并且查看选中测点的一些基本信息。选中功能通过图层的Search By Distance方法实现。标注功能的效果图如图1所示。

4)ACCESS数据库读写。为了缩短实测信息与可视化信息的转换周期,采用自动从已有的资料管理子系统数据库中读取各测点的实测物理量,写入已建立的关联数据库中。这里应用VS.NET所特有的ADO.NET控件可以轻松实现数据库的读写操作。当增加一次测次,增加一个以采集时间命名的字段,再向该列写入数据即可。

5)测点观测序列统计图表功能。图表功能主要包括两种:分级渲染图和柱状图。有了这两种图,将使测点信息的空间分析更容易。实现图表功能首先必须实现ACCESS数据库与DBF数据库相关联,通过图层的AddRelate方法实现两种数据库的关联。

分级渲染图和柱状图通过MO的Chart Render对象即可实现,对于需要显示的数值,用Group Render对象组合Chart Render和Label Render对象即可实现。此外,由于MO本身不显示图例,需要自己绘制图例。这里通过代码添加不同底色的Label控件来实现显示图例的功能。

MO提供了输出接口,可将控件当前显示的图形输出为JPEG等图形文件。代码为:

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

3 应用实例

以长江河口某大型桥梁的群桩基础可视化监测系统(这里仅指具有可视化功能的子系统)为例介绍开发的主要技术环节。该桥梁主塔墩群桩基础由131根直径2.8 m/2.5 m的超长钻孔灌注桩[6]组成。为了研究大型群桩基础的传力机理,在代表性基桩桩身布置了多个监测断面。现应用所研发的可视化监测子系统(STview)对代表性基桩的桩顶断面进行多测点分析。

3.1 单测次可视化分析

这里选择2005年上半年的一次数据进行分析。该测次数据经过数据管理系统计算之后,自动导入到可视化系统的关联数据库中。首先应用统计功能统计出该测次的桩顶轴力各统计值:最大值为 16 MN,最小值为 3.6 MN,平均值为 10.6 MN,总和为253.5 MN。该测次的各桩轴力如图2所示。从图2中可以清晰看出,上部荷载经承台传递到各桩的分配情况。总的分配规律是:位于上下游承台中心区域的基桩桩顶轴力较大,而四周及系梁区的基桩桩顶轴力较小[7]。