試論地理信息系統(tǒng)在橋梁工程中的應(yīng)用

試論地理信息系統(tǒng)在橋梁工程中的運用

摘要：近年來，隨著城市發(fā)展步伐的加快，城市的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，人們對于交通的需求也越來越大，傳統(tǒng)測量手段與新科技手段相結(jié)合已成為必然趨勢。為適應(yīng)新的技術(shù)發(fā)展要求，一項高新技術(shù)——地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展起來了。這種技術(shù)將地理學(xué)、建筑學(xué)、電子學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多種科學(xué)融合在一起，為我國橋梁工程帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇。地理信息系統(tǒng)（GIS）由于其具有良好的空間分析能力和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)建模能力在橋梁工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文主要通過對地理信息系統(tǒng)的特點、功能和在橋梁工程中的研究內(nèi)容、應(yīng)用及未來的發(fā)展趨勢等作簡要介紹，以闡明地理信息系統(tǒng)對現(xiàn)代橋梁工程的借鑒和促進(jìn)作用。

關(guān)鍵字：地理信息系統(tǒng)，橋梁工程，科技，運用

序言

地理信息系統(tǒng)：簡寫為GIS（Geographic Information System），是指在計算機(jī)支持下，對空間地理相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示輸出，并運用地理模型分析方法，提供多種空間地理分析，為研究和決策服務(wù)的空間信息系統(tǒng)。是一項以計算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)管理、分析研究的綜合技術(shù)系統(tǒng)，它提供了一種認(rèn)識和理解地理信息的新方式，進(jìn)一步發(fā)展成為處理地理空間數(shù)據(jù)的科學(xué)。

橋梁工程指橋梁勘測、設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)和檢定等的工作過程，以及研究這一過程的科學(xué)和工程技術(shù)，它是土木工程的一個分支。橋梁工程學(xué)的發(fā)展主要取決于交通運輸對它的需要。所以這種廣泛的研究內(nèi)容就要求研究手段的多樣性，特別是自然科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)要求的提升在現(xiàn)代橋梁工程中顯得越來越重要。

GIS因為其特殊的組織和使用信息的方式等方面的特點，與工程學(xué)科的研究涉及面廣、容納性好和技術(shù)應(yīng)用性強(qiáng)等的特點能很好地結(jié)合和互補，使得地理信息系統(tǒng)逐漸成為橋梁工程信息管理和區(qū)域空間研究分析的強(qiáng)有力的工具。橋梁工程學(xué)主要研究橋渡設(shè)計，決定橋梁孔徑，考慮通航和線路要求以確定橋面高度，考慮基底不受沖刷或凍脹以確定基礎(chǔ)埋置深度，設(shè)計導(dǎo)流建筑物等。所以，GIS的應(yīng)用對處理橋梁工程中的海量信息具有十分重的作用，從而應(yīng)用到了與橋梁工程相關(guān)的各個環(huán)節(jié)，GIS工程研究就這樣應(yīng)運而生并不斷地向前拓展。

一、地理信息系統(tǒng)的特點和功能

（一）特點：

地理信息系統(tǒng)屬于空間信息系統(tǒng)。作為計算機(jī)技術(shù)、地理、遙感、測繪、統(tǒng)計、規(guī)劃、管理學(xué)和制圖學(xué)等學(xué)科交叉運用的產(chǎn)物，它代表了現(xiàn)代計算機(jī)科學(xué)和其他學(xué)科相互滲透的發(fā)展方向，具有以下三個方面的特征：

第一：具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動態(tài)性；

第二：以地理研究和地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預(yù)測能力、產(chǎn)生高層次的地理信息；

第三：由計算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機(jī)程序模擬常規(guī)或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息。

地理信息系統(tǒng)是整個地球或部分區(qū)域的資源、環(huán)境數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的縮影。嚴(yán)格講，它是反映人們賴以生存的現(xiàn)實世界（資源與環(huán)境）的現(xiàn)狀與演變的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特征的屬性數(shù)據(jù)，在計算機(jī)軟硬件的支持下，按照一定的格式輸入、存儲、檢索、顯示和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。隨著計算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)和現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施的飛速發(fā)展，GIS技術(shù)在各領(lǐng)域的運用不斷擴(kuò)大，GIS工程研究的方法也就是在這樣的背景下不斷發(fā)展起來的。隨著現(xiàn)代橋梁工程的深入發(fā)展，數(shù)據(jù)采集的增多、數(shù)據(jù)采集的手段不斷拓展、數(shù)據(jù)分析、模擬應(yīng)用等就要求我們運用GIS進(jìn)行全面處理。GIS屬性和利用范圍為工程應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。

（二）功能：

1、數(shù)據(jù)采集與編輯：

地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通常抽象為不同的專題或?qū)樱缱髨D。數(shù)據(jù)采集與編輯功能就是保證各層實體的地物要素按順序轉(zhuǎn)化為x、y坐標(biāo)及對應(yīng)的代碼輸入到計算機(jī)中。

2、數(shù)據(jù)存儲與管理：

空間數(shù)據(jù)的管理技術(shù)主要包括：空間數(shù)據(jù)庫的定義、數(shù)據(jù)訪問和提取、從空間位置檢索空間物體及其屬性、從屬性條件檢索空間物體及其位置、數(shù)據(jù)更新和維護(hù)等。

3、數(shù)據(jù)處理和變換：

數(shù)據(jù)處理的任務(wù)和操作內(nèi)容有：數(shù)據(jù)變換（數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)）、數(shù)據(jù)重構(gòu)（數(shù)據(jù)從一種幾何形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種幾何形態(tài)）、數(shù)據(jù)抽?。〝?shù)據(jù)從全集合到子集的條件提?。?/p>

具體運用到橋梁工程學(xué)中，尤其是在橋式方案設(shè)計、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計、橋梁施工、橋梁檢定、橋梁試驗、橋梁養(yǎng)護(hù)等方面，主要有專業(yè)性分析、動態(tài)分段分析、格網(wǎng)分析、數(shù)字模型分析、地理地形分析（包括河道緩沖區(qū)分析、坡度分析、可視域分析、流域分析）等。

二、地理信息系統(tǒng)在橋梁工程中的研究內(nèi)容

（一）屬性研究：

1、空間屬性：

首先是空間位置，空間位置既可以是定性的描述，同時也可以是定量的記錄；其次是空間形態(tài)，如形狀如何，面積多少；再次是空間關(guān)系。

2、非空間屬性：

一些自然屬性特征與空間位置、空間形態(tài)和空間關(guān)系都沒有直接的關(guān)系。表面上與空間特征無關(guān)，但實際上也可能存在潛在的空間規(guī)律，而發(fā)現(xiàn)并描述這些空間規(guī)律就必須采用正確的空間分析方法。

3、時間屬性：

工程都具有時間屬性，對于一些研究來說，時間屬性顯得尤為重要，如形態(tài)研究中，只有共時的才能討論它們的空間布局和位置關(guān)系。

（二）類型研究：

1、數(shù)據(jù)庫建設(shè)：

GIS是一種地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)字處理技術(shù)，不僅能夠表達(dá)對地物描述性的屬性信息，而且還能表達(dá)地物諸如位置、形態(tài)等信息，用地理特征唯一ID碼的機(jī)制，將空間信息與屬性信息結(jié)合起來。

2、信息系統(tǒng)研究：

數(shù)據(jù)庫和信息管理系統(tǒng)的建立是開展各種工程分析與研究的基礎(chǔ)。橋梁工程信息管理系統(tǒng)的設(shè)計以數(shù)據(jù)庫為核心，共三個基本模塊構(gòu)成，即數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和系統(tǒng)應(yīng)用模塊。

3、預(yù)測模型的建立：

預(yù)測模型的研究是GIS在橋梁工程中開展得較為廣泛和主要的研究方向。其基本方法就是對研究區(qū)域建立一個數(shù)學(xué)模型，該模型能夠根據(jù)研究區(qū)域任何給定位置的一些環(huán)境變量對該位置是否適合工程建設(shè)進(jìn)行項目前的預(yù)測。

4、對橋梁靜態(tài)數(shù)據(jù)的查詢和檢索：

這橋梁的靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括橋梁的結(jié)構(gòu)信息、管理單位、圖像信息以及修建維護(hù)歷史等等。地理信息系統(tǒng)都可以將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和檢索。

橋梁技術(shù)狀況監(jiān)測方法是每個橋梁管理系統(tǒng)都應(yīng)該具備的一項技術(shù)，主要是對橋梁的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測。對運用這種技術(shù)時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的采集和更新也是地理信息系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容之一。

5、評價功能：

為了保證橋梁的質(zhì)量，有必要對橋梁進(jìn)行監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上，還要對其中所應(yīng)用的技術(shù)做出評價，使橋梁的建設(shè)能夠在正確的軌道上運行。

三、地理信息系統(tǒng)在橋梁工程的應(yīng)用

根據(jù)上文關(guān)于地理信息系統(tǒng)的特點、功能及研究內(nèi)容，我們可以看到，地理信息系統(tǒng)的用途有很多，針對橋梁管理系統(tǒng)的各個功能，也有著很大的幫助。

1、在地理信息系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行保存的同時，還會將這些數(shù)據(jù)之間建立其相應(yīng)的聯(lián)系，為管理者以后的查找和整理提供了幫助，如此，管理者在平時對橋梁的管理中，便可更得心應(yīng)手。

2、地理信息系統(tǒng)除了可以收集整理文字?jǐn)?shù)據(jù)之外，還能對圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，具有AutoCAD、Photoshop等繪圖軟件的功能，不同形態(tài)的數(shù)據(jù)是實現(xiàn)城市橋梁動態(tài)管理的關(guān)鍵。地理信息系統(tǒng)正是能實現(xiàn)這種多種數(shù)據(jù)收集的技術(shù)，對橋梁的維護(hù)和管理有很大幫助。

3、地理信息系統(tǒng)最實用的一點，是可以根據(jù)不同數(shù)據(jù)的顯示，實現(xiàn)雙向查詢、同時顯示。在對比之中尋找建筑的缺點以及不完善的地方。對橋梁的管理起到了很大的作用。

四、未來發(fā)展趨勢

1、地理信息系統(tǒng)不斷升級，橋梁工程學(xué)方法得以改進(jìn)和提高。

2、不斷有新的學(xué)科和新的技術(shù)加入，地理信息系統(tǒng)與橋梁工程學(xué)的關(guān)系會變得越來越密切。

3、創(chuàng)造出一些新的應(yīng)用領(lǐng)域并日臻成熟和完善，如遙感與衛(wèi)星定位的3S技術(shù)、虛擬現(xiàn)實與可視化的3D-GIS技術(shù)、VR-GIS技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)與移動終端相結(jié)合的WEB-GIS技術(shù)、三維建模與GIS三維空間分析技術(shù)、四維時空TGIS技術(shù)等。

4、空間數(shù)據(jù)綜合智能化研究將從根本上實現(xiàn)地圖生產(chǎn)的自動化。

5、地理信息系統(tǒng)與虛擬地理環(huán)境的集成與一體化。

結(jié)語

橋梁工程的實踐過程中運用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，可以對橋梁工程的信息進(jìn)行多條件、多方式的查詢檢索，或者進(jìn)行多種空間分析和統(tǒng)計，能夠為橋梁工程研究提供所需的多種數(shù)據(jù)、統(tǒng)計圖形、圖表、影像甚至多媒體資料等，直觀地表現(xiàn)出橋梁交通的特征，在很大程度上促進(jìn)了我國橋梁工程的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化發(fā)展。雖然我國的GIS技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用與研究剛起步不久，與歐美相關(guān)方面的研究有一定的差距，但是隨著我國橋梁工程項目的進(jìn)一步發(fā)展，地理信息系統(tǒng)技術(shù)在這其中的應(yīng)用也一定會日臻完善和發(fā)展。

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