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基于uNITY3d的桥梁健康监测三维软件的设计与实现

日期: 2017-02-16
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    摘 要:根据桥梁健康监测系统的业务需求,本文阐述了基于uNITY3d的桥梁健康监测三维软件的设计与实现的过程?该软件实现了桥梁三维场景中的漫游,对各类传感器的数据进行显示,模拟车辆在桥梁上的行驶状态等功能?该软件可以自动刷新数据,并按时间进行动态播放,具有网络化?动态化?实时化的特点? 
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-6481355.htm
  关键词:uNITY3d;三维软件;桥梁健康监测 
  
  随着当代信息技术的发展,桥梁信息化?智能化?网络化的条件也日臻成熟?桥梁健康监测系统作为桥梁科学研究的一门先驱学科,也正印证了这一潮流?桥梁健康监测系统是指为了获取桥梁的各项评估参数,在桥梁结构中安装传感器与数据采集设备,将数据持久化存储,最终以软件的形式来展示?分析?评估?三维软件以其精确性?真实性和可操作性,能够给人直观的体验,带来耳目一新的感觉?三维空间坐标中的桥梁模型,测点模型更能直接模拟实际的状况,加以光影,动画,碰撞检测,数据更新等技术手段使三维场景显得更加逼真,富有生气?本文针对桥梁健康监测系统的业务需求,阐述了如何使用近年来流行的uNITY3d技术,建立桥梁健康监测三维软件的过程,并作为桥梁健康监测系统软件中的一员,应用在多个实际项目中? 
  1 uNITY3d技术 
  uNITY3d是由uNITY tECHNOLOGIES公司开发的一项三维引擎技术,在视频游戏?建筑可视化?实时三维动画等领域都有广泛应用?该三维引擎具有良好的可操作性,具有场景编辑器?脚本编辑器?实时运行窗口?属性编辑器等? 
  场景内使用x?y?z三轴坐标系统,空间定位采用向量的方式?通过向量来描述空间位置?距离?角度等基本几何元素?在资源管理方面,uNITY3d的兼容性也非常出色,能够使用3DSmAX?mAYA等三维软件输出的资源,分类管理网格?材质?贴图?动画等?拥有摄像机?光照渲染?地形编辑?粒子系统?物理系统等完备的功能?uNITY3d的脚本是开发的核心部分,能够通过c#,jAVAsCRIPT,boo三种语言格式的代码编写?通过脚本,能够操作软件运行生命周期中的每一步方法,包括菜单绘制?物体运动?网络访问?系统输入等?使用uNITY3d开发桥梁健康监测三维软件,正是运用以上技术特点,实现系统的功能需求?
  2 系统设计思想与系统结构 
  2.1 系统技术路线?客户端:开发工具:uNITY3d,脚本语言:c#;服务器端:开发工具:eCLIPSE,语言:jAVA;web服务器:tOMCAT 
  2.2 系统结构 
  图1 软件架构 
  基于uNIT3d的桥梁健康监测三维软件,采用客户端?服务器的架构方式?客户端程序由uNIT3d进行开发,服务器端程序由java进行开发?系统的总体结构设计,见图1? 
  (1)客户端?客户端程序的开发,主要使用uNIT3d技术?能够兼容多个平台运行,可编译发布为wEB3D程序,WINDOWS平台的应用程序,ANDROID平台的手机APP应用程序?首先,通过专业的制图软件aUTOdESK cad制作三维模型?然后,经过3DS mAX渲染贴图,生成可导入的模型文件?将模型导入uNIT3d中,通过编写脚本,实现控制测点模型的展示,数据的显示,三维场景的漫游,桥梁的颜色与透明,车辆行驶的模拟等功能;(2)服务器端?服务器端程序,针对健康监测系统的每一种类的传感器都对应jAVA sERVLET来处理业务逻辑与客户端发送来的http请求,根据请求类型访问健康监测数据库,然后将获取的数据以json的形式返回给客户端?这样客户端就能够实时获取健康监测的数据? 
  3 数据结构设计 
  桥梁健康监测系统传感器数据量众多,少则几十个?多则几百个?如何对这些传感器进行标识?分组?管理,并保证一个都不出差错,是一项繁琐而艰巨的任务?为此我们设计了测点表如下: 
  表1 测点数据结构表 
  描述 字段 类型 
  测点编号 pOINT_cODE VARCHAR 
  测点描述 dESCRIPTION VARCHAR 
  正常值 nORMAL_vALUE FLOAT 
  修正值 aMENDvALUE FLOAT 
  阈值下限 rANGE1_mIN FLOAT 
  阈值上限 rANGE1_mAX FLOAT 
  单位 uNIT VARCHAR 
  数据库 dATAbASE VARCHAR 
  数据表 tABLEnAME VARCHAR 
  数据列 tABLEcOLid VARCHAR 
  空间坐标X X FLOAT 
  空间坐标Y Y FLOAT 
  空间坐标Z Z FLOAT 
  测点表中,测点编号用来标识传感器在系统中的唯一性;每一种类的传感器作用不同,所以要描述安装的位置与作用;单位字段描述不用种类传感器测量数据的单位;通过正常值?修正值?阈值来判断数据是否在正常范围内,如何超出阈值范围则进行报警?空间坐标用来在三维空间中确定传感器所处的位置?数据库?数据表?数据列则指明了获取传感器数据的路径? 
  4 系统功能实现 
  4.1 三维漫游?桥梁健康监测三维软件实现了在虚拟场景中空间三维漫游?通过脚本控制场景中摄像机的位置?角度等参数,而实现视角的变化?可以通过点击界面菜单按钮来控制方向?旋转,也可以通过鼠标控制?在手机上可以通过触摸屏?重力来控制方向? 
  图2 系统总体界面 
  4.2 传感器数据显示 
  图3 传感器数据 
  通过软件左侧菜单,能够控制显示不同种类传感器的数据,数据采用HTTP请求的方式进行访问,这样保证了多种平台?多个终端访问的互通性?实时性?   传感器种类包括液位传感器?温度传感器?倾角仪?光纤光栅应变传感器?索力计?gps?风速风向仪?加速度传感器?磁致伸缩传感器?动态称重系统?在软件中,通过传感器的模型?空间位置?动态数据更新来实现传感器数据的展示? 
  4.3 车辆行驶模拟 
  图4 车辆模拟 
  车辆行驶模拟,是指在桥梁场景中,将实际车辆行驶状况通过软件还原出来,达到与摄像头监控画面一致的效果?首先调出车辆行驶控制面板,在控制面板中,能够输入当前以及历史的时间,点击“播放”按钮,车辆就会模拟行驶在大桥上?只所以能够模拟车辆的行驶,是根据车轴车速传感器测得的数据?数据包括采集时间?车速?车重?车型等?在模拟的车辆上,显示了车速与车重的文字,当车速?车重超出范围,则会以红色的字体作为警示? 
  5 结束语 
  基于uNITY3d的桥梁健康监测三维软件,诞生于uNITY3d和互联网技术日趋成熟的今天,体现了三维软件的美观性与易用性,网络软件的时效性与互联性?该软件针对桥梁健康监测系统的业务需求,成功运用在多个大型桥梁的健康监测系统中,包括武汉军山长江大桥?武汉二七长江桥?东莞东江大桥?杭州九堡大桥?涪陵长江大桥?南昌洪都英雄大桥?福建琅岐闽江大桥? 
  参考文献: 
  [1]崔瀛潇.基于Unity3D引擎的三维可视化技术在煤炭地震勘探中的应用[J].中国煤炭地质,2014(04). 
  [2]许孟建,王允.基于Unity3D二次开发的山地公路三维运行仿真技术研究[J].上海公路,2013(01). 
  [3]高建宏,刘新锋,王志梁.基于Unity 3D的电力需求侧项目虚拟展示平台研究[J].山东电力技术,2013(03). 
  [4]闫海艇,高淑娟,洪玉玲.基于Unity的虚拟现实技术在井下仿真中的应用[J].煤矿安全,2013(08). 
  [5]吴洪明.桥梁安全实时监测的三维可视化之应用研究与实现[D].重庆大学,2006. 
  [6]唐练.插件式桥梁健康监测三维可视化系统研究[D].重庆交通大学,2012. 
  [7]谢全宁.雷跃明.三维可视化桥梁健康监测系统的架构设计[J].计算机系统应用,2008(01). 
  作者简介:王鑫(1984-),男,河南郑州人,软件工程师,工程师,硕士,研究方向:三维软件开发、ANDROID智能手机开发、WEBGIS开发。 
  作者单位:中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司,武汉 430034;桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室,武汉 430034

       原文地址:http://www.xzbu.com/8/view-6481355.htm


师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
交通运输部关于印发《公路养护工程管理办法》的通知各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团交通运输厅(局、委):   为进一步加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量和效益,部对《公路养护工程管理办法》(交公路发〔2001〕327号)进行了修订,现印发给你们,请认真遵照执行。交通运输部 2018年3月2日  (此件公开发布)公路养护工程管理办法第一章 总 则  第一条 为加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量与效益,根据《中华人民共和国公路法》《公路安全保护条例》《收费公路管理条例》等法律、行政法规,制定本办法。   第二条 本办法所规定的公路养护工程是指在一段时间内集中实施并按照项目进行管理的公路养护作业,不包括日常养护和公路改扩建工作。   第三条 本办法适用于国道、省道的养护工程管理工作。县道、乡道、村道和专用公路的养护工程管理可参照执行。   第四条 养护工程应当遵循决策科学、管理规范、技术先进、优质高效、绿色安全的原则。   第五条 养护工程管理工作实行统一领导、分级负责。   交通运输部负责全国养护工程管理工作的指导和监督。   地方各级交通运输主管部门或公路管理机构,依据省级人民政府确定的对国道和省道的管理职责,主管本行政区域内的养护工程管理工作。   第六条 公路经营管理单位和从事公路养护作业的单位应当根据交通运输主管部门或公路管理机构提出的养护管理目标,按照标准规范、有关规定及本办法要求组织实施养护工程,并接受其指导和监督。   第七条 各级交通运输主管部门、公路管理机构和公路经营管理单位应当筹措必要的资金用于养护工程,确保公路保持良好技术状况。   非收费公路养护工程资金以财政保障为主,主要通过各级财政资金解决。收费公路养护工程资金主要从车辆通行费中解决。   第八条 养护工程资金使用范围包括公路技术状况检测与评定、养护决策咨询、养护...
发布时间: 2017 - 04 - 27
【摘要】桥梁桥面的施工质量,是保证桥梁安全和平稳的前提条件。桥面铺装层作为桥梁系的一部分,相对于桥梁其他部分它直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用。桥面铺装层施工质量的好坏直接影响桥梁使用的耐久性和行车的舒适性、安全性。本文主要就桥梁桥面铺装病害及防治措施进行了分析,以供参考。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-6894584.htm  【关键词】桥梁;桥面铺装;病害;控制措施   1、桥面铺装的破坏形式   沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:①铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥包等病害;②因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。   设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量,加之沥青混凝土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。   2、桥面铺装层病害分析   2.1 结构理论与设计。桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值,工程界一直在备等级公路中运用了几十年。桥冲击桥结构的变铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。粱设计的箱粱骨架钢筋在实际受力状态下难以像T梁主筋那样发挥应有的作用。所以设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一致。...
发布时间: 2017 - 04 - 27
摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm  关键词:检测;桥梁;工程    传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷...
发布时间: 2017 - 04 - 27
【摘要】交通情况的复杂让交通事故频发,其中超高车辆与桥梁上部结构的碰撞更是频繁发生,不仅对桥梁结构安全性产生较大威胁,同时对交通运行也有一定影响。目前我国关于对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算的研究不仅存在数量上的不足,在研究深度上也存在一定不足,为此,本文将研究的重点放在超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算方面,了解超高车辆在撞击到桥梁上部结构的破坏模式与荷载,从而对后期的防护有一定指导意义。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-7030491.htm  【关键词】超高车辆-桥梁上部结构碰撞;破坏模式;荷载计算   引言   近几年,我国城市立体交通的发展越来越迅速,导致超高车辆碰撞桥梁上部结构的事故也越来越多。2008年在我国成渝高速公路,一辆超高货车强行通过一座正在建的跨线公路桥时将桥梁的主轴直接撞歪,直接导致前两个月的施工作废,金额损伤近百万元,其中还未包括对社会的影响。不仅是在我国,在发达国家这种超高车辆撞击桥梁上部结构的事件也频频发生。可以看出,导致桥梁损坏的主要原因就是受到超高车辆的撞击。对其破坏模式与荷载计算进行分析,从而对优化桥梁上部结构具有一定重要意义。   1.超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式   (1)破坏类型:通过对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的事故调查与有限元仿真分析发现,其出现的破坏模式可以分为两种,一种是局部性破坏,另一种则是整体性破坏。局部性破坏是桥梁上部结构受到局部冲剪作用引起的损坏[1]。如果是钢筋混凝土T梁桥,这种局部破坏的程度将会更加明显,整个碰撞区域不仅会出现开裂、崩落,钢筋屈服,甚至整个腹板―面板交界处的混凝土出现纵向开裂。如果是T型钢梁桥,局部破坏也会十分明显,会产生严重的塑性变形。如果是钢箱梁桥,破坏形式表现为钢材屈服。...
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