试论地理信息系统在桥梁工程中的运用

试论地理信息系统在桥梁工程中的应用

试论地理信息系统在桥梁工程中的运用

摘要：近年来，随着城市发展步伐的加快，城市的规模也在不断扩大，人们对于交通的需求也越来越大，传统测量手段与新科技手段相结合已成为必然趋势。为适应新的技术发展要求，一项高新技术——地理信息系统技术发展起来了。这种技术将地理学、建筑学、电子学、环境科学等多种科学融合在一起，为我国桥梁工程带来了良好的发展机遇。地理信息系统（GIS）由于其具有良好的空间分析能力和强大的数据建模能力在桥梁工程中得到越来越广泛的应用。本文主要通过对地理信息系统的特点、功能和在桥梁工程中的研究内容、应用及未来的发展趋势等作简要介绍，以阐明地理信息系统对现代桥梁工程的借鉴和促进作用。

关键字：地理信息系统，桥梁工程，科技，运用

序言

地理信息系统：简写为GIS（Geographic Information System），是指在计算机支持下，对空间地理相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示输出，并运用地理模型分析方法，提供多种空间地理分析，为研究和决策服务的空间信息系统。是一项以计算机科学为基础的数据管理、分析研究的综合技术系统，它提供了一种认识和理解地理信息的新方式，进一步发展成为处理地理空间数据的科学。

桥梁工程指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程，以及研究这一过程的科学和工程技术，它是土木工程的一个分支。桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。所以这种广泛的研究内容就要求研究手段的多样性，特别是自然科学和现代技术要求的提升在现代桥梁工程中显得越来越重要。

GIS因为其特殊的组织和使用信息的方式等方面的特点，与工程学科的研究涉及面广、容纳性好和技术应用性强等的特点能很好地结合和互补，使得地理信息系统逐渐成为桥梁工程信息管理和区域空间研究分析的强有力的工具。桥梁工程学主要研究桥渡设计，决定桥梁孔径，考虑通航和线路要求以确定桥面高度，考虑基底不受冲刷或冻胀以确定基础埋置深度，设计导流建筑物等。所以，GIS的应用对处理桥梁工程中的海量信息具有十分重的作用，从而应用到了与桥梁工程相关的各个环节，GIS工程研究就这样应运而生并不断地向前拓展。

一、地理信息系统的特点和功能

（一）特点：

地理信息系统属于空间信息系统。作为计算机技术、地理、遥感、测绘、统计、规划、管理学和制图学等学科交叉运用的产物，它代表了现代计算机科学和其他学科相互渗透的发展方向，具有以下三个方面的特征：

第一：具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性；

第二：以地理研究和地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力、产生高层次的地理信息；

第三：由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息。

地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境数据在计算机中的缩影。严格讲，它是反映人们赖以生存的现实世界（资源与环境）的现状与演变的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性数据，在计算机软硬件的支持下，按照一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统。随着计算机技术、空间技术和现代信息基础设施的飞速发展，GIS技术在各领域的运用不断扩大，GIS工程研究的方法也就是在这样的背景下不断发展起来的。随着现代桥梁工程的深入发展，数据采集的增多、数据采集的手段不断拓展、数据分析、模拟应用等就要求我们运用GIS进行全面处理。GIS属性和利用范围为工程应用提供了研究基础。

（二）功能：

1、数据采集与编辑：

地理信息系统的数据通常抽象为不同的专题或层，如左图。数据采集与编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为x、y坐标及对应的代码输入到计算机中。

2、数据存储与管理：

空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义、数据访问和提取、从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体及其位置、数据更新和维护等。

3、数据处理和变换：

数据处理的任务和操作内容有：数据变换（数据从一种数学状态转换为另一种数学状态）、数据重构（数据从一种几何形态转换为另一种几何形态）、数据抽取（数据从全集合到子集的条件提取）。

具体运用到桥梁工程学中，尤其是在桥式方案设计、桥梁结构设计、桥梁施工、桥梁检定、桥梁试验、桥梁养护等方面，主要有专业性分析、动态分段分析、格网分析、数字模型分析、地理地形分析（包括河道缓冲区分析、坡度分析、可视域分析、流域分析）等。

二、地理信息系统在桥梁工程中的研究内容

（一）属性研究：

1、空间属性：

首先是空间位置，空间位置既可以是定性的描述，同时也可以是定量的记录；其次是空间形态，如形状如何，面积多少；再次是空间关系。

2、非空间属性：

一些自然属性特征与空间位置、空间形态和空间关系都没有直接的关系。表面上与空间特征无关，但实际上也可能存在潜在的空间规律，而发现并描述这些空间规律就必须采用正确的空间分析方法。

3、时间属性：

工程都具有时间属性，对于一些研究来说，时间属性显得尤为重要，如形态研究中，只有共时的才能讨论它们的空间布局和位置关系。

（二）类型研究：

1、数据库建设：

GIS是一种地理空间数据的数字处理技术，不仅能够表达对地物描述性的属性信息，而且还能表达地物诸如位置、形态等信息，用地理特征唯一ID码的机制，将空间信息与属性信息结合起来。

2、信息系统研究：

数据库和信息管理系统的建立是开展各种工程分析与研究的基础。桥梁工程信息管理系统的设计以数据库为核心，共三个基本模块构成，即数据采集模块、数据管理模块和系统应用模块。

3、预测模型的建立：

预测模型的研究是GIS在桥梁工程中开展得较为广泛和主要的研究方向。其基本方法就是对研究区域建立一个数学模型，该模型能够根据研究区域任何给定位置的一些环境变量对该位置是否适合工程建设进行项目前的预测。

4、对桥梁静态数据的查询和检索：

这桥梁的静态数据主要包括桥梁的结构信息、管理单位、图像信息以及修建维护历史等等。地理信息系统都可以将这些数据进行查询和检索。

桥梁技术状况监测方法是每个桥梁管理系统都应该具备的一项技术，主要是对桥梁的质量进行监测。对运用这种技术时所产生的数据的采集和更新也是地理信息系统设计的主要内容之一。

5、评价功能：

为了保证桥梁的质量，有必要对桥梁进行监测，在此基础上，还要对其中所应用的技术做出评价，使桥梁的建设能够在正确的轨道上运行。

三、地理信息系统在桥梁工程的应用

根据上文关于地理信息系统的特点、功能及研究内容，我们可以看到，地理信息系统的用途有很多，针对桥梁管理系统的各个功能，也有着很大的帮助。

1、在地理信息系统对各种数据进行保存的同时，还会将这些数据之间建立其相应的联系，为管理者以后的查找和整理提供了帮助，如此，管理者在平时对桥梁的管理中，便可更得心应手。

2、地理信息系统除了可以收集整理文字数据之外，还能对图形数据进行绘图，具有AutoCAD、Photoshop等绘图软件的功能，不同形态的数据是实现城市桥梁动态管理的关键。地理信息系统正是能实现这种多种数据收集的技术，对桥梁的维护和管理有很大帮助。

3、地理信息系统最实用的一点，是可以根据不同数据的显示，实现双向查询、同时显示。在对比之中寻找建筑的缺点以及不完善的地方。对桥梁的管理起到了很大的作用。

四、未来发展趋势

1、地理信息系统不断升级，桥梁工程学方法得以改进和提高。

2、不断有新的学科和新的技术加入，地理信息系统与桥梁工程学的关系会变得越来越密切。

3、创造出一些新的应用领域并日臻成熟和完善，如遥感与卫星定位的3S技术、虚拟现实与可视化的3D-GIS技术、VR-GIS技术、互联网与移动终端相结合的WEB-GIS技术、三维建模与GIS三维空间分析技术、四维时空TGIS技术等。

4、空间数据综合智能化研究将从根本上实现地图生产的自动化。

5、地理信息系统与虚拟地理环境的集成与一体化。

结语

桥梁工程的实践过程中运用地理信息系统技术，可以对桥梁工程的信息进行多条件、多方式的查询检索，或者进行多种空间分析和统计，能够为桥梁工程研究提供所需的多种数据、统计图形、图表、影像甚至多媒体资料等，直观地表现出桥梁交通的特征，在很大程度上促进了我国桥梁工程的现代化、标准化和科学化发展。虽然我国的GIS技术在桥梁工程中的应用与研究刚起步不久，与欧美相关方面的研究有一定的差距，但是随着我国桥梁工程项目的进一步发展，地理信息系统技术在这其中的应用也一定会日臻完善和发展。

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