（交通运输工程专业论文）基于webgis的桥梁养护管理系统研究与开发.pdf

摘要 摘要 建立桥梁养护管理系统能够有效的满足管理者对桥梁养护相关数据管理、安全状态评估、养护 辅助决策分析、信息共享性等多方面需要。由于传统的桥梁养护管理系统通常基于c s ( 客户端服 务器) 模式，故已经不能满足管理者的- 作需要。随着全球网络的迅速发展和普及，基于b s ( 浏 览器服务器) 网络结构技术的桥梁养护管理系统成为了桥梁养护管理系统的主要发展趋势。 为了研究并开发出能够满足现代桥梁养护管理工作需要的桥梁养护管理系统，本文首先分析了 桥梁养护管理系统的概念、国内外发展概况、主要类型等内容，并介绍了本文研究的背景及主要内 容。 在对w e b - - ( ；i s 技术进行研究时，本文分析了w e b - g i s 的定义、特征、模型组成，并且通过对桥 梁专题制图和信息查询统计这两部分的研究来说明w e b - g i s 技术在桥梁养护管理系统中的应用。 在桥梁养护管理系统评估体系研究中，本文分析了桥梁评估的意义和评估技术的现状和发展趋 势，并在此基础上详细研究了桥梁的综合评估技术。桥梁综合评估是建立在a h p 层次分析方法的基 础上的，通过a h p 层次分析方法的详细研究后，对a h p 层次分析方法进行了改进并引入了“不确定 型层次分析方法”为了确定“不确定层次分析方法”中的权重，本文研究了集值统计原理，并讨 论分析了集值统计原理在桥梁评估中的应用。为能较全面地反映结构的各部分的状况，本文引入了 变权综合原理，它能反映综合决策中诸状态的均衡性，弥补了常权综合评估的缺陷。最后本文分析 了不确定层次分析方法、集值统计原理、变权综合原理在桥梁综合评估中的应用，并举实例说明之 桥梁的技术状况预测是建立在灰色系统理论的基础上的。在对灰色系统理论研究之前本文首先 分析了桥梁预测技术的发展现状以及桥桀技术状况的影响因素分析。在灰色系统理论研究的基础上， 本文提出了桥梁技术状况预测的模型，并通过实际桥梁养护管理中的实例来说明技术状况预测模型 在桥梁养护管理中的应用。 在系统开发方法及开发流程分析的基础上结合了w e b - - g i s 、桥梁综合评估研究、桥梁技术状况 预测的结果，本文对桥梁养护管理系统网络结构、模块结构进行设计，开发出适合现代桥梁养护管 理工作需要并且具有实用性的桥梁养护管理系统。 关键字：桥梁养护管理系统，w e b - g i s ，桥梁综合评估，桥梁预测，系统开发 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t e s t a b h s h i n gb r i d g em a i n t e n a n c em a n a g e m e n ts y s t e m ( b m m s ) c a nm e e tt h en e e do f b r i d g em a n a g e r e f f e c t i v e l y m o s to f b r i d g em a n a g e rw a n tb m m s t oh e l pt h e mt om a n a g et h ed a t ao f b r i d g em a i n t e n a n c e ， t oe v a l u a t et h eb r i d g e ss t a t e ，t om a k em a i n t e n a n c ed e c t s i o n ，a n dt os h a r eb r i d g em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n w i 吐it h ep o p u l a n z a t m na n dr a p i dd e v e l o p m e n to fg l o b a ln e t w o r k t h ew a d m o n a lb r i d g em a m t e n a n c e m a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hb a s e so nt h ec s ( c l i e n f f s e r v e r ) s t r u c t u r ec a nn o tm e e tt h ed e v e l o p m e n to f m o d e mb m m s a n db m m sw h i c hb a s e so nt h eb s ( b r o w s e r s e v e r ) m o d ei st h em a m l yd e v e l o p m e n t d i r e c t i o n i no r d e rt or e s e a r c ha n de x p l o i tt h eb m m sw h i c hc o u l dm e e tt h en e e do f b r i d g em a n a g e ，f u s t l yt h i s t h e s i si n t r o d u c et h ec o n c e p t i o n , p r i m a r yf u n c t i o na n dd e v e l o p m e n t a ls i t u a t i o no fb m m se t c t h e nt h i s d i s s e r t a t i o nm m n l yr e s e a r c h e dt h ew 曲g i s b r i d g ee v a l u a t i o n f o rw e b g i sr e s e a r c h i n g , t h i st h e s i sa n a l y z e dw e b g i s sc o n c e p t i o n , c h a r a c t e r , c o n s t i t u t e ，a n di t s a p p h c a t i o n o f b r i d g es p e c i a lc a r t o g r a p h y & i n f o r m a t i o nq u e r y i nb m m s i nt h er e s e a r c h i n go f b r i d g ee v a l u a t i o n , t h i st h e s i sa n a l y z e dt h es i g m f i c a n c e ，s t a t u sa n dt r e n do f b r i d g e e v a l u a t i o n , a n dr e s e a r c h e dt h ec o m p o s a t i v ee v a l u a t i o no fb n d g ei nd e t a i l t h ec o m l ) 0 s l t a v ee v a l u a t a o no f b r i d g ei sb a s e do nt h ea n a l y t i e a lh i e r a r c h yp r o c e s s ( a n p ) ，a f t e rr e s e a r c t u n gt h ea h p i nd e t a i l ，t h a st h e s i s i n t r o d u c et h eu n c e r t a i na n a l y t i c a lh t e r a r e h yp r o c e s s ( o a h p 、i no r d e rt oc e r t a i nt h ev a r i a b l ew e i 【g hi nt h e u a h ew er e s e a r c ht h et h e o r yo fs e t - v a h i es t a t i s t i c s ，a n da n a l y z e di t sa p p l i c a t i o ni nb r i d g ee v a l u a t i o n i n o r d e rt or e f l e c tt h es t a t u so f b r i d g es t r u c t u r er o n n d l t h i st h e s i sd i s c u s s e dt h ev a r i a b l ew e i g h ts y n t h e s i z i n g w h i c hc a nr e f l e c tt h ee q u i l i b r i u mo f e v e r ye s t a t e s a tt h ee n do f s e c o n dc h a p t e rw ea n a l y z e da n di n s t a n t i a t e t h ea p p l i c a t i o no fu n c e r t a i na n a l y t l c a lh i e r a r c h yp r o c e s s s e t - v a l u es t a t i s t i c sa n dt h ev a r i a b l ew e i g h t s y n t h e s i z i n gi nt h eb r i d g ee v a l u a t i o n b e f o r er e s e a r c h i n gt h eg r a ys y s t e m ，w ea n a l y z e dt h es t a t u sa n di n f e c t i o nf a c t o ro f b r i d g et e c h n o l o g y f o r e c a s t b a s eo nt h er e s e a r c h i n go fg r a ys y s t e m , w eb r o u g h tf o r w a r dt h em o d e lo fb r i d g et e c h n o l o g y f o r e c a s ta n di n s t a n t i a t et h em o d e lt os h o wi t sa p p l i c a t i o ni nb m m s f i n a l l y , b a s eo nt h em e t h o da n df l o wo fs y s t e md e v e l o p m e n ta n dr e s u l to fw e b - g i s & b r i d g e e v a l u a t i o nr e $ c a r e l l t h i st h e s i sd e s i g n e dt h en e t w o r ka n dm o d u l eo f c o n f i g n r a t i o n a n dd e v e l o pt h eb m m s w h i c hc a nm e e tt h en e e do f b n d g em a i n t n l a n c em a n a g e m e n tw o r ka n dw h i c hi sp r a c t a c a l k e y w o r d s ：b r i d g em a i n t e n a n c em a n a g e m e n ts y s t e m ，w e b - g i s ，b r i d g ee v a l u a t i o n ，b r i d g e f o r e c a s t ，s y s t e md e v e l o p m e n t i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名 日 期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签 聊签名庐竺日期：塑5 夕， 0 1 问题的提出 绪论 在我国现有的公路桥梁中，许多桥梁由于设计标准低，长期缺乏必要的养护维修，已经不能适 应现代交通发展的需要，并且一座桥梁构件既多且杂。如何有效地管理路网上数量多且繁杂的桥梁 构件，以维持桥梁的结构安全及运输需要? 如何有效地管理桥梁档案，以免档案的丢失? 如何合理 的利用有限资源，保持桥梁的服务水准? 决策者如何在众多改善方案中选择最合适的改善方案，避 免资源浪费? 等等。为了满足这些的需求以提高桥梁养护管理水平，引进科学管理体系，使用“桥 梁养护管理系统”( b r i d g em a i n t e n a n c em a n a g e m e n ts y s t e m ，简称b m m s ) 的观念应运而生。 桥梁养护管理系统( b 删s ) 是一门综合管理技术，它基于桥梁结构t 程、病害机理、检测技术、 数据采集技术，地理信息系统( g i s ) 技术等，运用计算机系统所提供的数据处理功能、评估决策方法 和管理学理论，对现有桥梁进行档案管理、状况登记、评估分析，状态预测等。建立桥梁养护管理 系统( b 姗s ) 能够全面地收集、储存和处理各类桥梁的数据资源，通过系统提供的各个模型和功能的 运行，用户可以直观的了解桥梁的过去、当前和将来若干年内的营运状况，从而合理安排有限的养 护资金，及时、经济和有效地对桥梁实施养护和维修，达到延长桥梁使用寿命，充分发挥桥梁的运 营效能，确保交通运输安全畅通的目的。 桥梁养护管理的运行流程则依据检测，状态分析评估、方案选择与最优化、报告汇整、维修设 计及计划执行等阶段顺序进行。而实际上对公路系统而言，许多早期建造的桥梁已接近其应用年限， 而现今的交通却日益频繁，各级桥梁的损坏情况严重，使得桥梁维修的工作日益繁重。而公路的养 护模式缺乏科学性、预防性、合理性、经济性。对于桥梁管理单位而言，如何利用有限的经济资源， 对桥梁进行完善的维护与管理，以确保桥梁的安全性并发挥其晟大效益，便成为最重要的课题之一。 目前桥梁主管单位众多，不同单位有不同的管辖范围，然而面对桥梁的维护管理都面临以下相 同的问题： ( 1 ) 人员管理问题：各单位限于编制人员的不足，加上专业人材的缺乏，无法由专人负责桥梁 相关业务。在桥梁的运营期间缺乏对路况调查、数量收集、处理及道路危害预测，无法争取及时做 出养护决策和养护规则，即使有养护计划，但针对性、预防性、效益性如何，很难有个量化结果， 所以养护往往处于被动，通常是出了问题才去解决。 ( 2 ) 经费管理问题：另一常见现象则是各单位呈报的危险桥梁数量太多，且保修标准不一，而 造成预算编列的困难。 ( 3 ) 资料管理问题：各单位的桥梁资料仍为传统方式保存，既占空间又不易查询。虽有单位正 在进行计算机化的工作，但仍缺乏统一的格式，无法利用相关资料进行整体性的考虑 有鉴予此，目前桥梁管理业务更需要结合信息科技，推行计算机化管理，以增加桥梁管理的有 效性并减轻桥梁管理人员的负担 根据目前的技术条件和管理部门的要求，桥梁养护管理系统一般应包括下列功能： ( 1 ) 桥梁技术状况检测和数据库管理。它的主要功能是存储、处理和检索桥梁管理的各种数据， 包括桥梁结构设计、施1 数据、养护维修历史数据、技术状况数据和维修费j j 数据等，这些数据是 桥梁养护管理的基础。 ( 2 ) 技术状况评价。它主要是根据桥梁结构特点、使用功能要求、服务水平要求等，按照一定 的标准采集数据和分析数据，为桥梁养护对策、需求分析和项目排序优化等功能提供重要依据。 ( 3 ) 对策分析它主要依据技术状况评价，综合考虑技术、材料，环境、经济和政治等各方面 要求，选抒在技术上可行，经济合理的方案。 ( 4 ) 技术状况预估。通过掌握桥梁1 = 作状态的变化趋势，提醒桥梁管理者桥梁使用性能退化状 态，及时指定养护维修计划，避免出现桥桀使用功能加速恶化，降低桥梁重大事故的概率。 l 东南大学硕士学位论文 ( 5 ) 经济分析通过对处r 某种技术状况f 的桥梁应采取相应对策、费用和效率，以便选择费 用和效果展佳对策方案。 ( 6 ) 养护需求分析。分析年度或中长期需要采取多种不同养护措施的桥梁数量或资金需求。它 是确定管理目标、制定养护政策和估计费用的重要依据。 ( 7 ) 优化模型。以系统分析、运筹学为工具，计算机技术为手段，力图用最小的投入，实现更 可能好的桥梁管理目标。 0 2 国内外研究概况 1 国外研究概况 二十多年来，一些发达国家相继建立桥梁管理系统，大大促进了桥梁管理系统的研究和发展。 桥梁管理系统总体上的发展可以分为两个阶段：第一阶段是桥梁数据库管理系统，主要部分是一个 庞大的数据库系统，存储路网内桥梁的各种数据，并提供查询、检索等基本服务，其功能和结构都 很简单；第二阶段是在桥梁数据库管理系统的基础上增加了桥梁技术状况评价，中、长期需求预测 及费用分析和优先排序，养护加固维修计划决策等功能，其结构日趋复杂，各种功能更加适合于辅 助桥梁管理者做出决策。较典型的有：丹麦公路桥梁管理系统、日本道路公用桥梁管理系统和美国 的p o n t i s 系统。 ( 1 ) 欧洲诸国 欧洲国家中的丹麦，其桥梁危害以冰冻与盐害造成桥梁腐蚀的情况最为严重，因此该国很早就 开始重视桥梁的维护与管理。其对桥梁的安全检查程序是参照丹麦运输部公路桥梁部门提出的研究 报告，而对桥梁的评估，则依照1 9 9 4 年所颁发的既有桥梁分级指针( g u i d ef o rc l a s s i f i c a t i o no f e x i s t i n gb r i d g e s ) 办理。丹麦发展桥梁养护管理系统已经有2 0 多年的历史，可以说是最早发展桥梁 养护管理系统的国家，其桥梁养护管理系统程序己迈入第三代。丹麦桥梁养护管理系统的目的是通 过对桥梁定期检查和维护，使桥梁处于最佳的技术状态，保证安全使用，保护桥梁的价值：采取优 先排序经济合理地安排桥梁的运营、养护和维护费用。桥梁养护管理系统主要分为：基本数据采集、 一般检查、特殊检查、日常养护和检查、优化、预算和结果的分析、设计( 包括价格目录) 、预算和 簿记、招标、执行、特殊道路运输管理闭。 芬兰为北欧岛国，也因为桥梁有严重盐害问题，而对桥梁的维护管理相当重视，其发展桥梁养 护管理系统也已有相当成效。英国目前正进行一个1 5 年计划，目的在提升所有桥梁承载强度以符合 欧洲轴轮重量标准，该国也正在进行开发符合其需要的桥梁养护管理系统。 ( 2 ) 美国 为了方便进行大量桥梁资料的管理，美国联邦公路总署于1 9 8 7 年着手推动桥梁管理系统的相关 研究，并分为两个阶段进行。第一阶段研究重点在于数据库结构的建立、检测维护作业的分类、评 分法、优选排序公式的建立、劣化速率与使用年限的预测等。第二阶段则是整合前述的研究成果， 实际开发一套桥梁管理信息系统一 p o n t i s 。 p o n t i s 系统中有薅项重要观念。第一项为p o n t i s 发展时即考虑到其国内各州有其独立不同的 桥梁管理体制及资料保存方式，因此容许各州在建立桥梁资料时，可依据自己的管理方式与需求， 自行建立信息系统，包括资料输入、输出的格式及程序系统的画面配置。因此p o n t i s 的数据库在设 计之初，特别注意各种资料格式间的转化方式与可行性，以及资料集中储存管理所面临的储存容量、 撷取速度、备份管理、后继资料扩充的弹性等问题。这可提供我国作为借鉴，第二项值得参考的是 p o n t i s 于发展时，考虑到过去各方对桥粱组成构件名称、定义及分解方式荧衷一是，故为确保资料 的一致性以利以后的分析和统计。针对每一种构件并先建立几种一般性常发生的劣化状态及相对的 维修或处理方案，提供检测人员方便的记录与描述构件劣化情形及处理对策。此外，p o n t i s 考虑剑 桥梁构件劣化状态的认定较易受个人主观因系的影响，因此特别强调每一种构什状态的明确定义， 并于系统中建立具体且详细的描述，供检测人员作为识别参考。 2 绪论 ( 3 ) 日本 日本方面，其全国桥梁数目已超过6 5 万座，近十年来又有许多大规模的桥梁，其桥梁管理问题， 如人力配置、经费配置、维护管理技术开发等，均成为日本桥梁所面临的重大问题，因此如何有效 进行有系统、有效率的维护管理，将是日本桥梁管理朱来的主要课题。日本建设省土木研究所于1 9 8 8 年公布桥梁检测手册，统一全国桥梁的检查标准、检测周期、并制定检测结果的标准处理事项等规 定，且白1 9 9 0 年起发展出一套应用于计算机的桥梁检测资料系统，称为m i c h i ，可将全国所有的桥 梁的检查结果均储存于计算机的数据库中。再根据桥梁各种损伤形态、各构件健全度而评定其损伤 形态、各构件健全度而评定其损害等级。依据m i c h i 的桥梁基本资料、检测资料与构什健全度资料， 日本亦开发以桥梁生命周期的修补管理为导向的桥梁管理系统( b m s ) ，以支持桥梁整个生命周期的 资料交换与管理作业。该系统由桥梁健全度评估模块与桥梁修补疾患模块组成，桥梁健全度评估模 块利用桥梁构件的损伤等级来评估桥梁目前的健全度，而由健全度评估等级可显示出各种损坏等级 的桥梁位置、数量等，并可用来计算桥梁的标准劣化曲线。而此劣化曲线则可提供桥梁修补计划模 块所使用。桥梁修补计划模块则是综合劣化等级、桥梁重要性等级、财政经费等因素，而评估各修 补计划的成本效益，进而编订修补计划的优先级。 日本第一版的删s 于1 9 9 5 年完成，此系统优点之一可逐年更新桥梁的实际检测资料。而为了达 到大量检测资料与图片、照片等多媒体资料的建立与管理，及数据文件的传输速率，日本建设省土 木研究所于1 9 9 8 年结合营建信息运筹管理与产品资料交换标准( c a l s s t e p ) 技术，进一步发展桥 梁维护管理信息系统( b r i d g em a i n t e n a n c em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，目前仍在实验阶段。 其发展的目的主要在长期整合与控制桥梁新建，检查以及维修工作中相关资料的建立与应用，以简 化桥梁检测与维修的准备工作，同时借由互联网的沟通，简化资料的传送。此系统将与原来的桥梁 管理系统结合，使桥梁维修方、管理方借由计算机网络达到较佳的资料传送和双向沟通的目的。 2 国内情况 国内桥梁养护管理系统起步较晚，其研究始于八十年代中期。且由于我国各个省市桥梁发展情 况的不同，往往由各个省市桥梁养护管理部门根据自己的需要来开发出满足各自具体需求的桥梁养 护管理系统。四川省公路研究所、广东省公路研究所、交通部公路研究所和北京市公路管理局等单 位在吸收国外开发经验的基础上，根据我国国情先后开发了四川省桥梁养护数据库系统、广东省桥 梁管理系统、北京市公路桥梁管理系统等。 而西南交通大学开发的“桥梁工程设计数据库管理系统”考虑了传统关系数据库的特征，也考 虑了新型的演绎数据库特征。系统实现了对各种桥梁的设计，施工、桥梁运营养护数据德录入、查 询和修改功能，并进一步把各种数据应用于统计、计算和决策系统中。交通部公路研究所研制的省 市级公路桥梁管理系统( c b m s ) 集桥梁静态数据库、动态数据库、文件数据库和评价决策数据库以 及图形服务、图像处理、模糊数学、a i i p 综合评估、费用分析、统计分析、维修计划等多个子系统。 台湾省在桥梁养护系统上已累计了一些成果，从1 9 9 4 年开始，陆续有高速公路局、公路局、铁 路局开发完成起桥梁管理系统。这里主要介绍台湾省公路局桥梁管理系统和网际网络的桥梁管理雏 形系统。由于台湾省公路局管辖桥梁数量众多、分布广泛，故利用计算机辅助桥梁管理，确实需要 而且重要。因此自1 9 8 7 年起开始规划及开发桥梁管理系统，此系统分为基本资料、检测资料、统计 分析，维修记录、维修成本估算、桥粱状况排序等六大模块，模块之间仍以数据库为运作核心此 外此系统引进地理信息系统技术，提供空间查询分析功能。 网际网络的桥梁管理雏形系统主要针对结构在国际互联网上的桥梁管理系统开发雏形示范 系统，其与其他的管理系统最大的差别与特色在于利用对象导向( o b j e c t - o r i e n t e d ) 技术来开发桥 梁管理系统，并采川以全球信息网( w w ) 为主的网络结构，使桥梁的管理信息能够通过互联网而方 便的传输使用。由于全世界信息使用的浪潮与互联网的蓬勃发展，将来桥梁管理信息透过互联网来 运作、传达，应是未来必然的趋势。此示范雏形系统已显示出未来桥梁管理系统发展的方向与方式。 而对于作为信息应用主要核心的数据库而言，也面临这技术及应用上的大变革，尤其针对愈来愈多 不同种类的资料型态，实非传统的关系型数据库能够涵括或处理。而桥梁管理系统的资料亦包含图 文件、相片、影音等1 e 文字、数字的形态，因此该系统在开发时采_ 【 】能支持对象导向技术的数据库 东南大学硕上学位论文 来处理多媒体型态的资料，其选用的数据库为对象关系型数据库( o b j e c t r e l a t i o n a ld a t a b a s e ) 。 前端使用者界面( u s e ri n t e r f a c e ) 则以h n i l 撰写网页并透过c g i ( c o m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 程序进行w w 服务器与数据库之问的沟通。由于互联网将是未来信息技术与信息使用的主流，因此 该雏形系统所建立的模式，应相当值得作为未来开发桥梁管理系统的参考h 。 3 小结 我国的桥梁养护管理系统虽然起步较晚，但是随着近年来我国对桥梁养护管理系统的重视并借 鉴国外桥梁养护管理系统开发设计经验，我国的桥梁养护管理系统得到迅速的发展。在系统架构设 计方面。我国现有的桥梁养护管理系统绝大数是在c s ( c i i e n t s e r v e r 或客户服务器) 模式的基 础上开发设计，需要在每个客户端安装系统软件。这带来两个问题：( 1 ) 安装的工作量大。客户端出 现问题时，都需要对客户端的系统软件进行安装或维护；( 2 ) 系统软件升级时，每台客户机需要 重新安装，其维护和升级成本非常高。随着互联网的飞速发展，网络办公的普及，通过互联网交互 式管理桥梁是今后桥梁养护管理系统的发展趋势。并且我国许多桥梁管理部门对桥梁的管理，检查、 维修等职责分离，因此各个职责部门相互之间的信息交流显得非常重要。基于我国桥梁管理系统存 在的以上问题，采用w e b 分布式环境、b s ( b r o w s e r s e r v e r 或浏览器服务器) 架构技术来研究开发 桥梁养护管理系统显得非常重要。 在桥梁养护管理系统的桥粱评估方面。根据各桥梁管理部门对桥梁评估的不同要求，评估子系 统有不同功能，并没有统一的桥梁评估模型。而我国现在酱遍采的是公路养护技术规范提出 的“全桥总体技术状况等级评定方法”，它考虑并确定各部件在整座桥梁中的权重，以及对每个部件 缺损状况评定，最终得出桥梁技术状况等级。根据评定等级来确定各类桥梁采取的养护措施。“全桥 总体技术状况等级评定”方法根据各部件的检测数据方便的得出整座桥梁的养护措施，但是对于只 需要采取正常保养或例行维修的桥梁并不排除其部件需要维修的可能性。此外作为管理部门，通过 对桥梁的评估除了了解各类桥梁的大概养护措施之外，还需了解桥梁结构承载能力、桥梁的生命周 期、桥梁维修资金估算等。针对这些问题，需要分析并研究现有的桥梁评估模型，提出修正的桥梁 评估模型。 0 3 本文研究背景及研究内容 9 0 年代以来，在国家大力投资以及公路建设部门的努力下，公路建设得到了快速的发展。交通 基础设施条件的改善和提高无疑对经济发展起到了巨大的推动作用同时也向各级交通管理部门提 出了更高的要求：如何及时、有效地保证公路桥梁在寿命期内始终处于较好的服务水平。解决这一 问题的方法除了提高公路桥梁新建、改建质量，购置先进的养护设备以外，提高公路桥梁管理部门 的管理工作质量显得更加重要。 本文首先对网络化地理信息系统( w e b - g i s ) 进行研究，分析了w e b - g i s 基本概念、特征、模型 组成及各组成部分的功能。并且通过对桥梁专题制图和信息查询统计这两部分的研究来说明w e b - g i s 技术在桥梁养护管理系统中的应用。 其次，本文对桥梁评估体系进行了研究，分析了桥梁评估技术的现状和发展趋势，并在此基础 上详细研究了桥梁状态综合评估、桥梁技术状况预测。桥梁的状态评估研究是建立在层次分析方法 ( a i i p ) 的基础上的，并对a i i p 方法进行改进，并引入变权综合法来对桥梁的状态进行评估。桥梁的 技术状况预测是建立在灰色系统模型上的。 晟后在w e b - g i s 和桥梁评估体系研究的基础上，结合对系统开发方法及开发流程分析，本文对 桥梁养护管理系统网络结构、系统模块结构进行设计，开发出适合现代桥梁养护管理工作需要并且 具有实用性的桥梁养护管理系统。 4 第一章w c b - g i s 技术研究 1 1w e b g i s 概述 第一章w e b g i s 技术研究 1 1 1w e b g i s 定义与特征 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 简称g i s ，是用于采集( 更新) 、存储、管理、 分析和表达空问信息( 地理信息) 和数据( 属性数据) 的特殊的空间信息系统。传统的g i s 由于成 本商和专业性强等诸多因素，已经不能满足日益增长的需求，大大的制约了g i s 技术的应用与推广。 互联网络( i n t e r n e t ) 的迅速崛起和在全球范围内的飞速发展，使万维网( w o r l dw i d ew e b 简称 w w w 或w e b ) 成为高效的全球性信息发布渠道。互联网已经渗透到各行各业，信息高速公路上奔跑着越 来越多的信息。随着i n t e r n e t 技术的不断发展和人们对地理信息系统( g i s ) 的需求，利用i n t e r n e t 在w e b 上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为g i s 发展的 必然趋势。于是，基于i n t e r n e t 技术的地理信息系统w e b - g i s 就应运而生了。w e b - g i s 是i n t e r n e t 和w w w 技术应用于g i s 开发的产物，是实现g i s 互操作的一条最佳解决途径。从i n t e r n e t 的任意节 点，用户都可以浏览w e b - g i s 站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。 因此w e b - g i s 不但具有大部分乃至全部传统g i s 软件具有的功能，而且还具有利用i n t e r n e t 优势的 特有功能，即用户不必在自己的本地计算机上安装g i s 软件就可以在i n t e r n e t 上访问远程的g i s 数 据和应用程序，进行g i s 分析，在i n t e r n e t 上提供交互的地图和数据。 w e b - g i s 的关键特征是面向对象、分布式和互操作。任何g 1 s 数据和功能都是一个对象，这些 对象部署在i n t e r n e t 的不同服务器上，当需要时进行装配和集成。i n t e m e t 上的任何其他系统都能和 这些对象进行交换和交互操作。 w e b - ( ；i s 的基本特征包括以下几点： 1 w e b - g i s 是集成的全球化的浏览器服务器( b s ) 网络系统 w e b - g i s 应用浏览器n 务器( b s ) 概念来执行g i s 的分析任务。它把任务分为服务器端和浏 览器端两部分，客户通过浏览器可以从服务器请求数据、分析工具或模块，服务器执行客户的请求 并把结果通过网络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供客户端使用。 2 w e b _ g i s 是交互系统 w e b - ( ；i s 可使用户在i n t e r n e t 上操作g i s 地图和数据，用w e b 浏览器( i e 、n e t s c a p e 等) 执行 部分基本的g i s 功能：如z o o m ( 缩放) 、p a n ( 拖动) 、q 【l e r y ( 查询) 和l a b e l ( 标注) ，甚至可以执 行空间查询：如“离你最近的旅馆或饭店在哪儿”，或者更先进的空间分析：比如缓冲分析和网络 分析等。在w e b 上使用w e b - g i s 就和在本地计算机上使用桌面g i s 软件一样 3 w e b - ( ；i s 是分布式系统 g i s 数据和分析工具是独立的组件和模块，w e b - 6 i s 利用i n t e r n e t 的这种分布式系统把6 i s 数 据和分析工具部署在网络不同的计算机上，用户可以从网络的任何地方访问这些数据和应用程序， 即不需要在本地计算机上安装g i s 数据和应用程序，只要把请求发送到服务器，服务器就会把数据 和分析工具模块传送给用户，达到即时的性能。i n t e r n e t 的一个特点就是它可以访问分布式数据库 和执行分布式处理，即信息和应用可以部署在跨越整个i n t e r n e t 的不同计算机上。 4 w e b - 6 i s 是动态系统 由于w e b g i s 是分布式系统，数据库和应用程序部署在网络的不同计算机上，随时可被管理员 更新，对丁二i n t e r n e t 上的每个用户来说都将得到最新可_ j 的数据和应用，即只要数据源发生变化， w e b - 6 i s 将得到更新。和数据源的动态链接将保持数据和软件的现势性。 5 w e b g i s 是跨平台系统 w e b g i s 对任何计算机和操作系统都没有限制。只要能访问i n t e r n e t ，用户就可以访问和使用 w e b - g i s 而不必关心用户运行的操作系统是什么。随着j a v a 的发展，未来的w e b - g i s 可以做到“一 s 东南大学硕士学位论文 次编写，到处运行”，使w e b _ g i s 的跨平台特性走向更高层次。 6 w e b - - g i s 能访问i n t e r n e t 异构环境下的多种g i s 数据和功能 此特性是未来w e b - g i s 的发展方向。异构环境下在g i s 用户组间访问和共享g i s 数据、功能和 应用程序，需要很高的互操作性。o g c 提出的开放式地理数据互操作规范( 0 p e n 6 e o d a t a i n t e r o p e r a b l i t y s p e c i f i c a t o n ) 为g i s 互操作性提出了基本的规则。其中有很多问题需要解决，例 如数据格式的标准、数据交换和访问的标准、o i s 分析组件的标准规范等。随着i n t e r n e t 技术和标 准的匕速发展，完全互操作的w e b - g i s 将会成为现实。 7 w e b - g i s 是图形化的超媒体信息系统 使用w e b 上超媒体系统技术，w e b - g i s 通过超媒体热链接可以链接不同的地图页面。例如，用 户可以在浏览全国地图时，通过单击地图上的热链接，而进入相应的省地图进行浏览。 另外，w w 为w e b - g i s 提供了集成多媒体信息的能力，把视频、音频、地图、文本等集中到相 同的w e b 页面，极大地丰富了g i s 的内容和表现能力。 1 1 2w e b g i s 模型组成 w e b - g i s 模型的组成如图1 - 1 所示。该模型主要由客户端、应用服务器和数据服务器三部分组 成。 图卜1w e b - g i s 模型组成 1 w e b 书i s 客户端 客户端主要提供用户服务，负责系统同用户的交互，为用户提供一个可视化的界面，用于显示 信息和接受用户输入。对于w e b - g i s 来说，与传统的g i s 最大不同之处是客户端的程序主要在常用 的w e b 浏览器，如i e 、n e t s c a p e 等，囚而扩展了g i s 的兼容性，大大的促进了g i s 走向开放。在网 络上，尤其是在i n t e m e t 上，客户的类型多种多样，不可能要求客户有很高的埂件配置和各种的软件， 所以在客户端的实现过程中，应本着简化和兼容性强的原则，用户界面可以采用标准的h t m l 表元 素的组合，如按钮、下拉框、文本框等。更可以通过j a v a s c r i p t 、v bs c r i p t 等脚本语言使界面由静 态变为动态。a c t i v e x 控件、j a v a a p p l e t 的使用不仅可以带来交互性更强的人机界面，而且可以在客 6 第一章w e b - g i s 技术研究 户端实现一部分的应用逻辑，总之通过组合h t m l 、脚本语言及a c t t v e x 控件、j a v aa p p l e t 等一系 列元素，在浏览器中所形成的界面在与用户交互的灵活方面不比传统的图形界面差。 2 w e b - g i s 服务器 w e b - g i s 的服务器包括w e b 服务器、应用服务器等。 w e b 服务器接受客户端的g i s 服务请求，传递给应用服务器，并把结果返回给客户端。应用服 务器处理客户有关g i s 并发应用请求，将结果转为h t m l 页面或直接把g i s 数据通过w e b 服务器返回 客户端。整个w e b - g i s 服务器采用服务器端专用接口技术，可用来并发地处理多个用户的g i s 应用 请求。该应用服务器可以为用户创建多个线程，当有用户请求时，即为该用户分配一个已创建好的 线程，在此线程中完成用户的应用请求。由于所有应用均在线程中完成，所以多个用户可以共享数 据，减轻系统的开销。 3 数据库服务器 g i s 的数据库服务器包括空间数据和属性数据，应用服务器分析计算客户的g i s 请求调用数据 库中的数据。大多数的应用可以通过o d b c 或者3 d b c 来实现对分布式异质数据库的访问。为了高效 的管理数据、满足网络上多用户的并发请求访问、保障数据的安全性可以将g i s 的图形数据和属性 数据一体化的存储在数据库中 使用该w e b - g i s 模型在i n t e r n e t 环境下可提供以下功能： ( 1 ) 采集、编辑和删除结构化地理数据的能力，用于获取建立数据库系统的地理信息； ( 2 ) 转化、格式化数据的能力，即对采集的数据进行操作，转化为可用的格式； ( 3 ) 存储和组织数据的能力，是数据集成过程也是数据库建立的核心； ( 4 ) 联结空间数据与属性数据的能力，对两种不同的数据进行操作； ( 5 ) 查询、检索、计算、统计等功能，这是g i s 及其他自动化地理数据处理系统具备的最基本 的分析功能； ( 6 ) 空间分析能力。 1 2w e b g i s 技术在桥梁养护管理系统中应用 正由于网络化地理信息系统( w e b g i s ) 管理地理信息的强大功能和桥梁养护管理系统要实现的 对桥梁养护、维修、加固、评估等管理目标以及现代对桥梁养护管理系统智能化决策功能的迫切需 要。w e b - g i s 技术应用到现代的基于网络平台的b m m s 中，已经成为必须和必然。基于w e b - g i s 技术 的b m m s 除了具有传统的b m m s 功能外，还充分发挥了w e b - g i s 的真正内涵：空间分析和决策功能， 将w e b - g i s 对地理信息数据的采集、存储、编辑、分析应用到桥梁养护管理系统中。本节主要从桥 梁专题制图和信息查询两方面来讨论w e b - g i s 技术在桥梁养护管理系统中的应用。 1 2 1 桥梁专题制图 w e b - g i s 具有很强的图形和文本编辑功能，数据维护也非常便捷，可大大降低出图成本，避免 传统制图的繁琐工序。w e b - g i s 中图形是分层存储的( 如行政区划图、道路交通图、用地现状图、 桥梁设计圈等) 因此它不仅可以为用户输出全部要素图，而且可以为根据用户需要在浏览器中分层 或叠加输出各种专题图。并且通过养护评价标准和模型系统对桥梁技术状况进行评价，并以不同的 颜色在地图上显示优、良、中、次、差，制作专题图。通过专题图模块，管理者能很直观、清楚地了 解其所管辖的桥梁地理位置、使用性能等情况，使得系统对时空的反应更为迅速、界面更为友好、 使用更为方便，并且满足了管理者的决策辅助功能需要。 1 2 2 信息查询和统计 w e b - g i s 提供查询和统计功能。查询功能分为空间信息查询和属性信息查询。空间查询利用 w e b - g i s 中图形对象的识别技术、数据库检索技术，利用图形事件的空间位置来查询某条特定的公 路或桥梁；属性查询是用户通过对话框设置一项或多项属性条件，系统会显示出满足条件的桥梁详 细的相关信息数据。统计功能即根据数据库中桥梁技术状况数据，系统分类统计，f 汇总出桥梁的基 7 东南丈学硕士学位论文 本属性数据和桥桀相关技术数据。如桥梁总长度、桥梁的技术状况等级、养护决策分析、性能预测