一种基于BIM与GIS的路桥养护辅助决策系统及养护方法与流程

本发明涉及智慧城市道路桥梁养护领域，尤其涉及一种基于bim与gis的路桥养护辅助决策系统及养护方法。

背景技术：

bim，全称为buildinginformationmodeling，即建筑信息化模型，是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型的一种新型数字信息应用。

gis:全称为geographicinformationsystem或geo－informationsystem，即地理信息系统，又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

传统的城市道路桥梁养护主要依靠人工巡查并运用手写记事本进行病害登记，然后将登记的信息送回办公室进行数据整理，整理后的病害数据将作为病害维修指派的依据。首先，该方式有着发现病害效率低，数据传输慢，病害维修不及时，历史数据不便查询等缺点；其次，该方式在计划的覆盖率、巡查的覆盖率、维修的合格率、验收的通过率等方面不能快速、准确的反映，导致养护计划的制定和养护执行的监督缺少必要的数据支撑，养护管理陷入恶性循环。当今，一方面城市道路桥梁建设速度突飞猛进，大量道路桥梁设施进入运维阶段，另一方面，城市居民对出行安全的关注度不断提高，对道路桥梁设施的安全运行要求也在不断提高，传统的道路桥梁设施养护模式已经不能满足社会发展的要求，对道路桥梁的安全运行产生了不利影响。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明引入gis技术、bim技术、移动定位技术和大数据分析技术。

本发明的一个目的在于，提出一种基于bim与gis的路桥养护辅助决策系统，包括：

巡查养护子系统，用于对路桥设施信息进行管理，制定、发布养护任务，以及对养护过程信息进行记录；

bim与gis数据分析子系统，用于对路桥设施信息及养护过程信息进行分析、计算和展示；

辅助决策子系统，用于分析路桥设施信息及养护过程信息，得到养护状态信息，并将养护状态信息发送至巡查养护子系统和bim与gis数据分析子系统。

进一步的，所述巡查养护子系统包括设施管理模块、计划管理模块、巡查管理模块，其中：

设施管理模块，用于管理养护的道路、桥梁设施，为每一个设施进行分类，并赋予唯一标识；

计划管理模块，用于对养护人员、养护设施进行分配，发布养护任务；

巡查管理模块，用于记录养护过程信息，按预设时间间隔采集养护人员位置，或接收养护人员上传的路桥养护数据。

进一步的，所述巡查管理模块包括养护终端，用于养护人员接收养护任务信息，以及上传路桥养护数据与养护人员位置信息。

进一步的，所述bim与gis数据分析子系统包括定位信息管理模块、轨迹信息管理模块和bim数据集成模块，其中：

定位信息管理模块，用于存储路桥设施的经纬度坐标信息，并将设施经纬度与gis地图中对应的设施进行关联；

轨迹信息管理模块，用于存储巡查人员在不同时间点的不同经纬度坐标，并在在gis地图上进行串联绘制，形成连续的、带有时间信息的轨迹数据；

bim数据集成模块，用于对bim模型格式进行转换，并赋予其坐标信息，集成到gis地图。

进一步的，所述bim数据集成模块还包括bim模块，用于将路桥设施信息形成三维模型。

进一步的，所述辅助决策子系统包括覆盖率分析模块、验收分析模块和疑难分析模块，其中：

覆盖率分析模块，用于对养护任务的覆盖范围进行分析，包括巡查覆盖率、设施覆盖率、养护人员覆盖率和维修覆盖率中任意一种或多种；

验收分析模块，用于对养护验收结果进行分析，包括维修及时率和合格率中任意一种或多种；

疑难分析模块，用于对病害信息进行分析，包括病害类型趋势、病害发生时间、病害关联设施和设施病害趋势中任意一种或多种。

本发明的另一个目的在于，提出一种基于bim与gis的路桥养护方法，按预设时间自动记录养护人员点位信息，基于bim与gis实时对养护人员信息及路桥信息进行展示，包括以下步骤：

制定并发布巡查任务，实时采集巡查及病害信息；分析巡查信息得到巡查过程的覆盖率信息，并将覆盖率信息显示在gis地图上；

根据巡查人员上传的病害信息，发起维修任务；实时采集维修信息，同时分析维修信息得到维修的覆盖率信息，并将覆盖率信息进行显示；

根据维修人员上传的维修信息，发起验收任务；实时采集验收信息，同时分析验收信息得到验收结果信息，并将验收结果进行显示。

进一步的，巡查过程还包括巡查覆盖分析步骤、设施覆盖分析步骤和巡查人员覆盖分析步骤，其中：

所述巡查覆盖分析步骤为：将巡查人员点位信息与设施点位信息进行对比，若覆盖率小于预设值，则判断巡查无效；分析巡查有效任务占比，得出巡查覆盖率信息；

所述设施覆盖分析步骤为：将总设施标识与巡查设施标识进行对比，若对比值不为零，则判断巡查遗漏；分析巡查设施占比，得出设施覆盖率信息；

所述巡查人员覆盖分析步骤为：将总巡查人员与巡查任务中的参与巡查人员进行对比，若对比值不为零，分析参与巡查人员占比，得到巡查人员覆盖率信息。

进一步的，维修过程还包括维修覆盖分析步骤和维修及时分析步骤，其中：

所述维修覆盖分析步骤为：将已上报病害信息和已维修病害信息进行匹配，对匹配失败的病害信息进行展示；计算匹配成功的病害信息占比，得出维修覆盖率信息；

所述维修及时分析步骤为：筛选出同时存在于已上报病害信息和已维修病害信息中的病害信息；将筛选出的病害信息的维修时间与预设维修时间进行对比，若小于预设维修时间，则判断为维修及时；分析维修及时的病害信息占比，得出维修及时率信息。

进一步的，验收过程还包括合格率分析步骤、易发病害分析步骤和易发病害设施分析步骤，其中：

所述合格率分析步骤为：将已验收病害信息与验收合格病害信息进行匹配，筛选出已验收且合格的病害信息；分析已验收且合格的病害信息在已验收病害信息中的占比，得出合格率信息；

所述易发病害分析步骤为：提取已上报病害信息，对病害类型进行分类；分析不同病害类型占比，得出易发病害信息，并将易发病害类型进行排序展示；

所述易发病害设施分析步骤为：提取已上报病害信息，对病害设施进行分类，分析不同病害设施占比，得出易发病害设施信息，并将易发病害设施类型进行排序展示。

本发明的有益效果在于：引入gis技术、bim技术、移动定位技术和大数据分析技术，提供深层次的设施管理的数据分析，通过数据分析，直观展现设施养护中的存在的养护漏洞情况、执行覆盖情况，免去人工从海量数据中查找、计算上述养护信息。节省时间、提高效率，提升城市道路桥梁设施的养护决策数据科学性，提高设施养护的精确性和及时性。

附图说明

图1是辅助决策系统结构示意图；

图2是路桥养护方法流程示意图；

图3是巡查覆盖分析流程示意图；

图4是设施覆盖分析流程示意图；

图5是巡查人员覆盖分析流程示意图；

图6是维修覆盖及维修及时分析流程示意图；

图7是合格率分析流程示意图；

图8是易发病害及易发病害设施分析流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

一种基于bim与gis的路桥养护辅助决策系统，如图1所示，包括：

巡查养护子系统，用于对路桥设施信息进行管理，制定、发布养护任务，以及对养护过程信息进行记录；

bim与gis数据分析子系统，用于对路桥设施信息及养护过程信息进行分析、计算和展示；

辅助决策子系统，用于分析路桥设施信息及养护过程信息，得到养护状态信息，并将养护状态信息发送至巡查养护子系统和bim与gis数据分析子系统。

进一步的，所述巡查养护子系统包括设施管理模块、计划管理模块、巡查管理模块，其中：

设施管理模块，用于管理养护的道路、桥梁设施，为每一个设施进行分类，并赋予唯一标识；包含设施的类型管理、设施的增加、删除、修改、查询；其中，设施类型管理主要涉及道路、桥梁、公路。

计划管理模块，用于对养护人员、养护设施进行分配，发布养护任务；包含巡查计划的制定、修改、启动、暂停、终止。巡查管理员可以根据巡查设施、巡查人员、巡查频率的配置要求进行灵活设置，巡查频率可以自定义为每天巡查、每两天巡查、每周巡查、每月巡查等。可以实现同一设施在不同时间由不同巡查人员执行巡查；不同设施在相同时间由不同巡查人员执行巡查；同一巡查人员巡查多个设施、同一设施被多个巡查人员巡查。

巡查管理模块，用于记录养护过程信息，按预设时间间隔采集养护人员位置，或接收养护人员上传的路桥养护数据。包含巡查任务接收、执行巡查、巡查数据管理等，巡查计划启动后，系统自动按照巡查时间、巡查设施、巡查人员的对应关系生成相应的巡查日志，并将日志自动发送到巡查人员的巡查任务中，巡查人员按照既定的任务执行巡查，并上报病害信息。

巡查管理模块主要涵盖移动端和电脑端，所述移动端主要用于巡查人员进行道路桥梁病害巡查，将巡查发现的病害信息通过移动app进行数据采集、提交。同时，移动app将采集巡查人员的巡查点位信息并上传至后台服务器。所述电脑端主要用于内业人员进行非巡查渠道病害信息的录入、查询、统计等作业。在巡查过程中，系统自动按预设时间间隔采集一个经纬度坐标，例如10秒、30秒或60秒。

巡查人员上报的病害均以唯一编码进行储存识别，编码逻辑为dis+八位年月日+四位流水码。上报病害的属性字段约束为行业规范性描述，将选项信息设置为数据字典，巡查人员直接通过下拉选择方式填报信息。病害信息包括设施名称、设施构件、病害类型、病害位置、病害大小、病害数量、病害图片、紧急程度，其中，设施名称为巡查日志中自动读取；设施构件为下拉选择，主要包含车行道沥青路面、路沿石、混凝土路面、人行道面砖、盲道砖、树池框等；病害类型主要包含坑槽、拥包、沉陷、破损、积水、网裂、裂缝、车辙、坑洞等；病害位置为系统自动定位与手动调整相结合，设置病害点位时，系统自动定位到当前位置，若遇当前位置在涵洞、隧道等环境封闭不利于定位的场景，可以手动输入位置信息，系统支持关键字模糊查询自动关联备选项，或手动移动移动app中的地图进行打点确认；病害大小为手动输入，其单位与病害类型进行关联，数据字典可配置；病害数量为手动输入；病害图片为直接拍照或选择手机存储的照片，紧急程度为单选“是”或“否”，系统默认“否”。病害类型与设施类型进行关联，不同的设施类型对应不同的病害类型，且数据字典可配置。

进一步的，所述bim与gis数据分析子系统包括定位信息管理模块、轨迹信息管理模块和bim数据集成模块，其中：

定位信息管理模块，用于存储路桥设施的经纬度坐标信息，并将设施经纬度与gis地图中对应的设施进行关联；

轨迹信息管理模块，用于存储巡查人员在不同时间点的不同经纬度坐标，并在在gis地图上进行串联绘制，形成连续的、带有时间信息的轨迹数据；存储移动app上传的点位信息并与移动app登录用户帐号进行关联，准确记录巡查人员在不同时间点的不同经纬度坐标。记录格式为“时间”+“经纬度坐标”。存储的巡查人员点位信息在gis地图上进行串联绘制，形成连续的、带有时间信息的轨迹数据并展示在gis地图上。具体的，系统将获取的经纬度坐标信息添加到坐标集合中，并按照时间先后顺序进行排列，系统调用方法pointtoline将点位信息转换为线要素，添加到gis图层中，前端设置线要素的线宽、颜色展示到gis地图中即轨迹信息。

bim数据集成模块，用于对bim模型格式进行转换，并赋予其坐标信息，集成到gis地图。对模型进行切缓存，导入gis服务器；再于gis地图中调用模型，通过经纬度坐标进行匹配，实现三维bim模型与二维gis地图集成。

进一步的，所述bim数据集成模块还包括bim模块，用于将路桥设施信息形成三维模型。

进一步的，所述辅助决策子系统包括覆盖率分析模块、验收分析模块和疑难分析模块，其中：

覆盖率分析模块，用于对养护任务的覆盖范围进行分析，包括巡查覆盖率、设施覆盖率、养护人员覆盖率和维修覆盖率中任意一种或多种；

验收分析模块，用于对养护验收结果进行分析，包括维修及时率和合格率中任意一种或多种；

疑难分析模块，用于对病害信息进行分析，包括病害类型趋势、病害发生时间、病害关联设施和设施病害趋势中任意一种或多种。

本发明的另一个目的在于，提出一种基于bim与gis的路桥养护方法，按预设时间自动记录养护人员点位信息，基于bim与gis实时对养护人员信息及路桥信息进行展示，包括以下步骤：

制定并发布巡查任务，实时采集巡查及病害信息；分析巡查信息得到巡查过程的覆盖率信息，并将覆盖率信息显示在gis地图上；

根据巡查人员上传的病害信息，发起维修任务；实时采集维修信息，同时分析维修信息得到维修过程的覆盖率信息，并将覆盖率信息进行显示；

根据维修人员上传的维修信息，发起验收任务；实时采集验收信息，同时分析验收信息得到验收结果信息，并将验收结果进行显示。

具体的如图2所示，第一步，巡查人员接收巡查任务并执行巡查；系统自动记录巡查人员点位信息，每10秒钟采集一个经纬度坐标。第二步，巡查人员发现病害则上传病害信息，病害信息包括设施名称、设施构件、病害类型、病害位置、病害大小、病害数量、病害图片、紧急程度。第三步，维修人员收到病害维修任务，根据病害信息准备维修材料、工具并按照病害点位位置进行导航查找病害并进行维修，上传维修过程照片以及维修完成后照片；第四步，验收人员收到病害验收任务，进行验收判定，若验收合格，该病害处置完毕，若验收不合格，则驳回至维修人员重新维修直至验收合格。

进一步的，巡查过程还包括巡查覆盖分析步骤、设施覆盖分析步骤和巡查人员覆盖分析步骤，其中：

所述巡查覆盖分析步骤为：将巡查人员点位信息与设施点位信息进行对比，若覆盖率小于预设值，则判断巡查无效；分析巡查有效任务占比，得出巡查覆盖率信息。

如图3所示，系统将巡查人员实际产生的巡查轨迹信息与巡查计划中涵盖的设施点位信息进行分析计算，自动判定巡查人员是否进行了有效巡查。具体的，道路桥梁设施经纬度坐标标识在gis地图中，其中道路设施为若干个经纬度坐标组成，桥梁设施为单个经纬度坐标，针对道路设施，根据其狭长特点，系统设立巡查缓冲区，缓冲区边沿到设施每个经纬度坐标的距离均为5米，当巡查人员的巡查经纬度点位进入缓冲区，即巡查经纬度点位到设施的任意一个经纬度距离小于等于5米，系统即判定当前巡查点位有效，当巡查点位形成轨迹长度小于等于道路设施长度的20%，系统判定该巡查无效；当巡查点位形成轨迹长度介于道路设施长度的20%和70%之间，系统判定该巡查为部分有效；当巡查点位形成轨迹长度大于等于道路设施长度的70%，系统判定该巡查有效。以此，系统分析计算巡查计划中所有的巡查有效性，给出该巡查计划的巡查覆盖率。

所述设施覆盖分析步骤为：将总设施标识与巡查设施标识进行对比，若对比值不为零，则判断巡查遗漏；分析巡查设施占比，得出设施覆盖率信息。

如图4所示，系统将设施管理中的设施id数据与巡查管理员提交的巡查计划中的设施id进行对比校验，计算未纳入巡查计划的设施明细，并进行汇总、并输出展示。计算逻辑为：第一步，匹配，设施管理中的设施id与巡查计划中的设施id进行对比，匹配相同设施id清单；第二步，计算差值，用设施管理中的设施id数据减去巡查计划中的相同设施id，若结果不等于零，则巡查计划不覆盖全部设施；第三步，计算覆盖率，将计划中的设施id数据除以设施管理中全部设施id数据，得出该巡查计划设施覆盖率；以此数据，帮助巡查管理员制定全覆盖的巡查计划，保证计划覆盖管养设施。

所述巡查人员覆盖分析步骤为：将总巡查人员与巡查任务中的参与巡查人员进行对比，若对比值不为零，分析参与巡查人员占比，得到巡查人员覆盖率信息。

如图5所示，系统将计划管理中的巡查人员信息与巡查管理员提交的巡查计划中的参与巡查人员信息进行对比校验，计算未纳入巡查计划的巡查人员明细，并进行汇总、输出展示。计算逻辑为：第一步，匹配，计划管理中的巡查人员id与巡查计划中的巡查人员id进行对比，匹配相同巡查人员清单；第二步，计算差值，用巡查管理中的巡查人员数据减去巡查计划中的相同巡查人员，若结果不等于零，则巡查计划不覆盖全部巡查人员；第三步，计算覆盖率，将计划中的巡查人员数据除以巡查管理中全部巡查人员数据，得出该巡查计划人员覆盖率；以此数据，帮助巡查管理员制定全覆盖的巡查计划，保证计划覆盖巡查人员。

进一步的，维修过程还包括维修覆盖分析步骤和维修及时分析步骤，其中：

所述维修覆盖分析步骤为：将已上报病害信息和已维修病害信息进行匹配，对匹配失败的病害信息进行展示；计算匹配成功的病害信息占比，得出维修覆盖率信息；

所述维修及时分析步骤为：筛选出同时存在于已上报病害信息和已维修病害信息中的病害信息；将筛选出的病害信息的维修时间与预设维修时间进行对比，若小于预设维修时间，则判断为维修及时；分析维修及时的病害信息占比，得出维修及时率信息。

如图6所示，分析维修覆盖率，系统将已经上报的病害信息与已经维修的病害信息进行对比分析，计算出维修覆盖率数据。计算逻辑为：第一步，匹配，将已上报病害和已维修病害进行病害数据对比，匹配同时存在于已上报病害和已维修病害中的病害信息，匹配失败的病害信息（即已上报且未维修）进行输出展示；第二步，计算，将第一步中的匹配成功的病害数据除以已上报病害数据，得出维修覆盖率信息。

分析维修及时率，系统将已经上报的病害信息的上报时间与已经维修的病害的维修完成时间信息进行对比分析，计算出维修及时率数据，计算逻辑为：第一步，匹配，将已上报病害和已维修病害进行病害数据对比，匹配同时存在于已上报病害和已维修病害中的病害信息；第二步，计算维修周期，用第一步中的匹配成功的病害的维修时间减去对应病害的上报时间，该值若小于系统设定的默认维修周期（系统可配置）则判定该病害满足维修时限要求，反之则不满足；第三步，计算维修及时率，将第二步中满足时限要求的病害总数除以已维修病害总数，得出维修及时率信息。

进一步的，验收过程还包括合格率分析步骤、易发病害分析步骤和易发病害设施分析步骤，其中：

所述合格率分析步骤为：将已验收病害信息与验收合格病害信息进行匹配，筛选出已验收且合格的病害信息；分析已验收且合格的病害信息在已验收病害信息中的占比，得出合格率信息。

如图7所示，系统将已验收病害信息与验收合格的病害信息进行对比分析，计算出验收合格数据，计算逻辑为：第一步，匹配，将已验收病害和验收合格病害进行病害数据对比，匹配同时存在于已验收病害和验收合格病害中的病害信息；第二步，计算，将第一步中的匹配成功的病害数据除以已验收病害数据，得出验收合格率信息。

所述易发病害分析步骤为：提取已上报病害信息，对病害类型进行分类；分析不同病害类型占比，得出易发病害信息，并将易发病害类型进行排序展示；

所述易发病害设施分析步骤为：提取已上报病害信息，对病害设施进行分类，分析不同病害设施占比，得出易发病害设施信息，并将易发病害设施类型进行排序展示。

如图8所示，系统针对病害信息进行汇总分析，提取设施类型和病害类型分析易发病害类型和易发病害类型设施。计算逻辑为：第一步，提取，系统将已经上报的病害进行数据提取，提取病害涉及的相关设施类型、病害类型；第二步，计算，计算易发病害类型，用不同类型病害数量减去病害总数，得出相应病害类型的发生率，并按照由高到低的发生率排序展示，用户据此可掌握易发病害类型信息；计算易发病害设施类型，系统提取病害中涉及的设施类型，并计算所有设施类型关联的病害类型，得出病害类型与设施类型的对应关系，从而计算出某类设施类型容易发生某类型的病害。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、rom、ram等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。