三维可视化桥梁远程健康监测系统的设计与实现

摘要

20世纪桥梁工程领域的成就不仅体现在预应力技术的发展和大跨度索支承桥梁的建造以及对超大跨度桥梁的探索,而且反映于人们对桥梁结构实施智能控制和智能监测的设想与努力。随着人们对大型重要桥梁安全性、耐久性与正常使用功能的日渐关注,桥梁健康监测的研究与监测系统的开发应运而生。本课题的来源为重庆市菜园坝长江大桥安全监测系统,研究的目的是实现该系统的实时监测与安全分析结果显示的三维可视化。相关的数据及算法由重庆大学光电学院、重庆大学土木工程学院提供。本文研究了基于三维可视化模型的桥梁实时安全监测系统的实现。根据功能需求,将系统划分为三维图形引擎,二维图形引擎,数据库接口等几大模块。按照现代软件工程的思想,设计出一套完整的系统架构,使以上模块以高内聚,低耦合的方式相互协调的工作。本系统以现代软件工程的系统研发方法为基础,以各类设计模式为骨架,在MFC平台上综合运用三维模型造型与渲染技术及GDI+、SQL数据库技术,是计算机软件技术与监测系统相结合的巨大进步。同时,该系统研制的成功,经试用证明很大程度地提高了桥梁监测系统的效率,对预知桥梁安全隐患、保障桥梁安全运营起到了非常重要的作用,促进了桥梁监测技术的发展。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 桥梁监测系统简介

1.2 桥梁监测系统发展现状

1.3 桥梁健康监测的重要性

1.4 桥梁健康监测的意义

1.5 本课题研究意义

1.5.1 学术意义

1.5.2 使用意义

1.6 主要工作

2 相关技术介绍

2.1 HOOPS

2.1.1 HOOPS/3dAF

2.1.2 HOOPS/MVO

2.2 ACIS

2.3 GDI+

2.3.1 编程模式的改变

2.3.2 GDI+与基数样条

2.4 ODBC

3 系统架构设计

3.1 系统功能划分

3.2 系统层次结构

3.3 中介者模式

3.4 系统实现

4 3D 图形引擎设计

4.1 HOOPS 与MFC

4.1.1 MFC 的文档-视图体系结构

4.1.2 MFC 与HOOPS 的结合

4.1.3 HOOPS/MVO

4.2 SAT 文件与HSF 文件

4.2.1 SAT 文件

4.2.2 HSF 文件

4.3 桥梁几何模型的创建，转换和加载

4.3.1 模型文件的创建

4.3.2 模型文件转换

4.3.3 模型文件加载

4.4 桥梁几何模型的显示

4.4.1 Camera 的工作原理

4.4.2 视图控制的实现

4.5 桥梁几何模型的变形分析

4.5.1 全桥位移变形分析

4.5.2 应变对比图形分析

5 2D 图形设计与数据分析

5.1 应用GDI+绘制基数样条曲线

5.2 2D 曲线的设计方案

5.2.1 以单态类(SINGLETON)统一管理图形绘制信息

5.2.2 以多态方式实现曲线智能绘制

5.3 历史监测数据曲线分析

5.3.1 用户需求

5.3.2 以时间作为X 轴实现数据点的不等距描绘

5.3.3 历史曲线显示在X 方向的框选缩放

5.3.4 曲线在当前缩放比例下的左右滚动

5.3.5 不同种类的多条曲线同时绘制及相关问题解决

5.3.6 在曲线显示区获取监测信息

5.3.7 曲线的特征值计算

5.4 实时监测数据采集与显示

6 数据库接口设计与数据库管理

6.1 数据读写接口封装的设计与实现

6.1.1 外观模式(FACADE)

6.1.2 以外观模式封装数库据读写接口

6.2 数据库备份与还原

6.2.1 用户需求

6.2.2 手动备份

6.2.3 自动备份

6.2.4 数据恢复

7 总结与展望

7.1 论文工作总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附录