应用研发软件设计 基于ｕＮＩＴＹ３ｄ的桥梁健康监测三维软件的设计与实现 王鑫／中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司：桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室 摘要：根据桥梁健康监测系统的业务需求，本文阐述了基于ｕＮＩＴｇ３ｄ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。 关键词：ｕＮＩＴＹ３ｄ；三维软件；桥梁健康监测 随 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 厂 总 徽计’ 见图１。 １一 １ ｝１ｌ 请求 ｊ ｊ 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， 苣数据请求 图１软件架构 数撼 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 ｔＥＣＨＮＯＬ０ＧＩＥＳ公司开发的一项 （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 三维引擎技术，在视频游戏、建筑可视化、实时二二维动画等 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、ｚＥ－ｉ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 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）￣２ｊＡＶＡ 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ｉｓｏｎ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 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＃，ｉＡＶＡｓＣＲＩＰＴ，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。 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： 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样；服务器端：开发工具：ｅＣＬＩＰＳＥ，语言： ｉＡＶＡ；ｗｅｂ服务器：ｔ０ＭＣＡＴ 表１测点数据结构表 描述 字段 类型 测点编号 测点描述 正常值 修正值 阈值下限 ｐＯＩＮＴ—ｃＯＤＥ ｄＥＳＣＲＩＰＴＩＯＮ ｎＯＲＭＡＬｖＡＬＵＥ ａＭＥＮＤｖＡＬＵＥ ｒＡＮＧＥ１ｍＩＮ ＶＡＲＣＨＡＲ ＶＡＲＣＨＡＲ ＦＬ０ＡＴ ＦＬ０ＡＴ ＦＬＯＡＴ ２．２系统结构。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ｉａｖａ进行开发。系统的 ●卜——————————一 中图分类号：ＴＰ３９ ３．１ ８ ２４５ Ｉ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 软件设计应用研发 阈值上限 ｒＡＮＧＥｌｍＡＸ ＿ＦＬｏ ｒ 位 数据库 数据表 数据列 空间坐标ｘ 空问坐标Ｙ 空间坐标Ｚ ＵＮＩＴ ｄ ｂＡＳＥ ｔＡＢＬＥｒｌＡＭＥ ｔＡＢＬＥｃＯＬｉｄ Ｘ Ｙ Ｚ 、，ＡＲＣＨＡＲ ＶＡＲＣＨＡＲ ＶＡＲＣＨＡＲ ＶＡＲＣＨＡＲ ＦＬ０ＡＴ ＦＬ０ＡＴ 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 窄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 图３传感器数据 ４＿３车辆行驶模拟。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丽板，在 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。 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。 图２系统总体界面 ４．２传感器数据显示，如图３所示。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 图４车辆模拟 ５结束语 基于ｕＮＩＴＹ３ｄ的桥梁健康监测三维软件，诞生于 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。 参考文献： 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。 【ｌ】崔瀛潇．基于Ｕｎｉ ｔｙ ３ｎ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Ｕｎｉ ｔｙ３Ｄ￣－；Ｐ．开发的山地公路三维运行仿真技术研究…．上海公路，２Ｏ１ ３（Ｏ１）． 【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，２ ０１ ３（Ｏ３）． 【４】闰海艇，高淑娟，洪玉玲．基于ｕｎ｜ｔｙ的虚拟现实技术在井下仿真中的应用…．煤矿安全，２０１ ３（Ｏ８）． 【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，２ Ｏ１２． ［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（１ ９８４一），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￣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，武汉汉 ４ ３００３４ ４３００３４；桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室，武 ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉ ２４６
