1 項目概況
本市城市管理局按照國家、省有關要求，根據城市橋梁管理工作現實需要，擬采購建設本市城市橋梁信息監管系統。
該監管系統包括：橋梁一張圖系統、橋梁檔案管理、橋梁健康監測、橋梁巡查養護、智能移動應用等5個子系統，主要實現橋梁檔案的信息化管理以及信息數據的動態更新，提高日常養護作業效率。同時，同步對市城區14座重點橋梁，安裝在線監測設施，全面掌握，實時監測橋梁的運行動態，確保橋梁安全穩定運行。
2 總體設計
2.1 安全設計
城市橋梁運行監管項目安全設計總體目標是：結合當前信息安全技術的發展水平，設計一套科學合理的安全保障體系，形成有效的安全防護能力、隱患發現能力、應急反應能力和系統恢復能力，從物理、網絡、系統、應用和管理等方面保證系統安全、高效、可靠運行，保證信息的機密性、完整性、可用性和操作的不可否認性，避免各種潛在的威脅。
系統安全保障體系設計遵循如下的原則：
1、需求、代價平衡的原則
安全保障體系設計要正確處理需求、風險與代價的關系，做到安全性與可用性相容，做到技術上可實現，組織上可執行。
2、分級保護原則
系統有多種信息和資源，每類信息對保密性、可靠性要求不同。以應用為主導，科學、合理劃分信息安全防護等級，并依據安全等級確定安全防護措施。
3、多重保護原則
任何安全措施都不是絕對安全的，都可能被攻破。建立多重保護系統，各層保護相互補充，提供系統安全性。
4、整體性和統一性原則
系統安全涉及各個環節，包括設備、軟件、數據、人員等，只有從系統整體的角度去看待、分析，才可能實現有效、可行的安全保護。
5、技術與管理相結合原則
系統安全是一個復雜的系統工程，涉及人、技術、操作等要素，單靠技術或單靠管理都不可能實現。系統安全保障體系須將各種安全技術與運行管理機制、安全規章制度建設相結合。
6、動態發展原則
根據系統安全的變化不斷調整安全措施，適應新的系統環境，滿足新的系統安全需求。
具體的安全目標是：具有靈活、方便、有效的用戶管理機制、身份認證機制和授權管理機制，確保合法用戶合法使用系統資源，防止惡意攻擊，確保系統運行環境的安全，及時發現系統和數據庫的安全漏洞；確保系統不被病毒感染、傳播和發作，阻止外部攻擊網絡系統；具有與系統相適應的信息安全保護機制，確保數據在存儲、傳輸過程中的完整性和敏感數據的機密性；擁有完善的安全管理保障體系，具有有效的應急處理和災難恢復機制,確保突發事件后能迅速恢復系統；制定相關有安全要求和規范。
2.2 專業技術
2.2.1 物聯網技術
“物聯網”（Internet of Things），指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的，是讓所有的物品都與網絡連接在一起，方便識別和管理。物聯網是利用無所不在的網絡技術建立起來的。其中非常重要的技術是RFID電子標簽技術。
1、物聯網結構
物聯網的整個結構可分為射頻識別系統和信息網絡系統兩部分。射頻識別系統主要由標簽和讀寫器組成，兩者通過RFID空中接口通信。讀寫器獲取產品標識后，通過internet或其他通訊方式將產品標識上傳至信息網絡系統的中間件，然后通過ONS解析獲取產品的對象名稱，繼而通過EPC信息服務的各種接口獲得產品信息的各種相關服務。整個信息系統的運行都會借助internet的網絡系統，利用在internet基礎上的發展出的通信協議和描述語言。因此可以說物聯網是架構在internet基礎上的關于各種物理產品信息服務的總和。
2、物聯網關鍵技術
物聯網有四個關鍵性的應用技術：RFID、傳感器、智能技術以及納米技術。其中，最為重要的是EPC/無線射頻識別技術(RFID)技術。
無線射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它的工作原理如下：使用射頻電磁波通過空間耦合(交變磁場或電磁場)在閱讀器和進行識別、分類和跟蹤的移動物品（物品上附著有RFID標簽）之間實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID是一種利用電磁能量實現自動識別和數據捕獲技術，可以提供無人看管的自動監視與報告作業。
具體的工作原理如下：當裝有電子標簽的物體接近微波天線時，閱讀器受控發出微波查詢信號。安裝在物體表面的電子標簽收到經微波天線發出的查詢信號后，根據查詢信號中的命令要求，將標簽中的數據信息反射回微波天線。微波天線接收到電子標簽反射回的微波合成信號后，經閱讀器內部微處理器處即可將電子標簽中的識別代碼等信息分離出來。這些識別信息作為物體的特征數據被傳送到控制計算機作進一步處理，從而完成與物體有關的信息查詢、統計、管理等應用。整個識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，并且閱讀器能自行判斷RFID標簽是否被重復讀取處理。RFID技術的這些功能特性很適 合流水線上產品的控制，以實現流水作業管理，得以使整個流水線管理自動化。
2.2.2 3S集成技術
3S集成是指將全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、遙感（RS）進行有機的結合，實現實時、快速地提供目標空間位置，包括各類傳感器和運載平臺的空間位置；實時或準實時地提供目標及其環境的語義或非語義信息，發現地球表面上的各種變化，及時地對GIS進行數據更新；完成對多種來源的時空數據進行綜合處理、集成管理、動態存取，為智能化數據采集提供地學知識。三者互為支撐溶于一體，將它們集成在車、船等交通工具上，可以實現定位、導航、立時測量。
1、3S系統功能
RS主要用于實時、快速的提供地表景物及環境的幾何及物理的定性或定量數據；
GPS則主要用于提供實時或準實時的目標定位信息；
GIS是將各種來源的數據進行管理、處理、分析和應用的載體，不僅可以存儲大量的遙感和定位信息，同時可提供大量的統計信息，進行多元多維動態復合分析。
2、3S相互關系
遙感（RS）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）都是信息時代的前沿科學，都是關于空間信息獲取、存儲、傳輸、處理、分析、應用的科學，他們以先進的計算機網絡技術、計算機輔助制圖、數據庫技術、空間科學的發展為，是傳統地理學、測繪學、地圖學 等學科的交叉科學。此三者既自成體系，又相互聯系，且三者之間的交融日益密切，成為三位一體的完整的技術體系。
3、相互集成應用
GPS與GIS的集成與應用
利用GIS中的電子地圖和GPS接收機的實時差分定位技術，可以組成GPS+GIS的各種自動電子導航系統，用于交通指揮調度、公安偵破、車船自動駕駛、農田作業管理、漁船捕魚等多方面。也可以利用GPS的方法對GIS進行實時更新。
4、RS與GIS的集成與應用
RS是GIS重要的數據源和數據更新的手段，而反過來，GIS則是遙感中數據處理的輔助手段。兩者集成可用于全球尺度的變化監測、農業收成面積監測和產量預估、空間數據自動更新等方面。
5、GPS與RS的集成與應用
在遙感平臺上安裝GPS可以記錄傳感器在獲取信息瞬間的空間位置數據，直接用于平差加密，可以大大減少野外控制測量的工作量。可在自動定時數據采集、環境監測、災害預測等方面發揮著重要作用。
2.3 系統架構
3 軟件支撐平臺
3.1 數據庫管理系統
本項目采用甲骨文（中國）公司的MySQL8.0版本作為數據庫平臺。
1、軟件介紹
MySQL是一個可用于各種流行操作系統平臺的關系數據庫系統，它具有客戶機/服務器體系結構的分布式數據庫管理系統。MySQL完全適用于網絡，用其建造的數據庫可在因特網上的任何地方訪問，因此，可以和網絡上任何地方的任何人共享數據庫。MySQL具有功能強、使用簡單、管理方便、運行速度快、可靠性高、安全保密性強等優點。MySQL用C和C++編寫，它可以工作在許多平臺（Unix，Linux，Windows）上，提供了針對不同編程語言(C,C++,JAVA等) 的API函數；使用核心線程實現多線程，能夠很好的支持多CPU；提供事務和非事務的存儲機制；快速的基于線程的內存分配系統。
2、軟件特點
MySQL運行速度很快。MySQL可能是目前能得到的最快的數據庫。
MySQL是一個高性能且相對簡單的數據庫系統，與一些更大系統的設置和管理相比，其復雜程度較低。
MySQL可以利用SQL（結構化查詢語言），SQL是一種所有現代數據庫系統都選用的語言。也可以利用支持ODBC（開放式數據庫連接）的應用程序，ODBC是Microsoft開發的一種數據庫通信協議。
許多客戶機可同時連接到服務器。MySQL數據庫沒有用戶數的限制，多個客戶機可同時使用同一個數據庫。可利用幾個輸入查詢并查看結果的界面來交互式地訪問MySQL。這些界面為：命令行客戶機程序、Web瀏覽器或X Window System客戶機程序。此外，還有由各種語言（如C,C++,Eiffel,Java,Perl,PHP,Python,Ruby,and Tcl）編寫的界面。因此，可以選擇使用已編好的客戶機程序或編寫自己的客戶機應用程序。
MySQL是完全網絡化的，其數據庫可在因特網上的任何地方訪問，因此，可以和任何地方的任何人共享數據庫。而且MySQL還能進行訪問控制，可以控制哪些人不能看到您的數據。
MySQL可運行在各種版本的UNIX以及其他非UNIX的系統（如Windows和OS/2）上。MySQL可運行在從家用PC到高級的服務器上。
3.2 GIS平臺
1、軟件介紹
MapGIS K9是一款功能強大的地理信息系統，軟件為用戶提供了空間分析、DEM分析、網絡編輯與分析、柵格目錄管理等豐富的功能，能夠協助各門戶更高的對地理數據進行分析，而且在MapGIS K9版本中更新了整區抽稀、點屬性轉注記、圖幅接邊和接邊結果檢查、導入導出圖層樣式、繪制任意矩形格網工具等全新的功能，為用戶帶來更高的體驗，通過這款強大的地理系統軟件，用戶可以更輕松的完成數據的管理與分析。
MapGIS K9，面向更專業的GIS分析應用和柵格數據的管理，結合屬性的連接、統計和匯總工具，滿足用戶對矢柵數據作深入挖掘分析和初步統計的需求。
2、軟件功能
MapGIS K9專業版在工程版的基礎上集成強大的矢柵分析、網絡分析、柵格管理、屬性統計匯總等專業分析工具，將已有的空間數據價值更全面地獲取利用，分析結果為諸如規劃、監測預警等提供決策支持。
空間分析
要素提取工具
疊加分析工具
緩沖區分析工具
DEM分析
柵格/TIN量算工具
高程點線量化處理
剖面/可視域/地形因子分析工具
DEM分類統計工具
網絡編輯與分析
網絡模型生成
網絡模型編輯工具
網絡模型分析工具
地址編碼與地名庫管理
柵格目錄管理
直方圖變換
柵格目錄提取
矢柵轉換
柵格數據參考系管理
3、軟件特色
跨平臺內核升級、全產品64位支持
基于跨平臺內核，采用原生64位體系架構，與MapGIS 10系列產品一脈相承，實現平滑升級。
全面跨平臺，支持Windows、Linux/Unix，支持中標麒麟、優麒麟等國產操作系統
全產品64位支持，提供更高性能GIS能力
獨創的云授權，全面支持在線授權認證和離線二維碼認證，提供靈活的機器綁定和解綁機制
支持更多的國產數據庫引擎，包括達夢、KDB、博陽世通、南大通用、人大金倉等
柔性可聚合的全空間一張圖
以全空間信息模型為基礎，實現空中、地表、地上以及地下數據的一體化管理、綜合展示以及專業應用，為全行業一張圖開發提供可定制的支撐框架。
集成全空間一體化的目錄管理、綜合服務、規劃服務、大數據分析等GIS功能
實現一張圖各行業應用的深度定制和快速擴展
基于組織機構的分布式協同管理
通過門戶有效管理組織機構內的各種GIS資源，實現資源的快速發現與共享；提供基于工作流的協同機制，實現各組織機構內外的GIS資源的高效流轉。
基于租戶機制的權限分級管理
基于多云門戶跨部門、跨領域的服務協同
基于共享交換的多云分布式協同
全生態開發體系
MapGIS全面適配Smaryun的生態體系，通過全新的縱生式開發模式，以應用開發為支點，撬動整個從“需求→生產→交易→服務→應用”的產業鏈，使得軟件全生命周期實現云化協同開發。
基于TCV軟件架構，支持縱生式開發模式，實現快捷云端協同開發和快速縱生應用
融入需求者、生產者、服務者、集成者等軟件生命周期中各個 角色，通過虛擬場景實現對傳統軟件生產模式、運營模式、交易模式的變革
地理大數據關鍵技術突破
MapGIS將GIS與大數據技術結合，基于Hadoop、Spark等分布式框架，實現地理大數據的高效存儲、分析與可視化表達，在四大領域共取得十項技術突破。
地理大數據分布式存儲：實現各類空間、非空間數據的一體化存儲和管理。
地理大數據分布式計算：提供矢量大數據、實時大數據、影像大數據、文本大數據分析服務。
地理大數據高性能服務：提供高性能的地圖服務，支持在線多源異構服務聚合。
地理大數據可視化：集成多種可視化技術，實現地理大數據的多樣式表達和高性能渲染。
4 橋梁運行監管系統
4.1 橋梁一張圖系統
4.1.1 橋梁信息管理
系統基于GIS地圖，對城市橋梁的空間位置信息、基礎資料信息和技術檔案進行統一的新建、錄入和存儲管理，建立橋梁資源數據庫，結合各種圖片文字資料，提供數據的圖形可視表達、圖文一體化查詢、媒體信息展示、專題圖表達、空間定位等功能。
1、地圖瀏覽
系統為了方便用戶的操作，提高用戶體驗，系統提供兩種圖形操作模式：
（1）功能按鈕方式
系統提供高度集成的一體化功能菜單，實現漫游、放大、縮小、全景、前一視圖、后一視圖等功能，以預先定義的級別的方式進行地圖顯示。
（2）鼠標操作方式
系統提供拉框放大、縮小，鼠標滾輪無極縮放等操作。
2、鷹眼導航
系統提供地圖索引鷹眼，方便全圖導航定位。同時可對導航圖進行縮放操作，以便精確定位顯示范圍。
3、圖例顯示
系統提供對所有設施的圖例顯示管理。
4、動態標注
系統可以自定義任意圖形對象動態標注的信息，依據屬性表中不 同字段進行組合，如道路，當鼠標停留在地物上即可進行動態顯示道路的名稱、編號等信息
5、坐標顯示
系統具有鼠標在地圖上任意拖動，可在狀態欄顯示鼠標所處位置的地表坐標、地表高程等參數。
4.1.2 橋梁一張圖
系統基于地圖查看所有橋梁（大型橋梁）的位置分布、基本信息、橋梁等級，查看橋梁相關部件信息、監測信息、安全隱患點等。
4.1.3 數據分析
系統通過對監測數據、日常維護管理數據進行數據挖掘和預測性分析，對橋梁關鍵結構、部位隱患點做出前瞻性的分析判斷，并將分析結果通過GIS地圖予以展示，指導管理維護人員日常維護管理作業。
4.1.4 實時數據
系統在地圖中對橋梁實時數據實現可視化，主要包括應力、撓度、傾斜、位移等。
4.1.5 報警信息
系統針對各類監測數據進行報警閥值的設置，根據報警值的設置自動進行報警，并通過顏色、聲音等方式對業務人員進行提醒。
4.2 橋梁健康監測系統
4.2.1 位移監測
系統具有實時顯示位移監測數據基線的變化情況，點位的移動情況等。
4.2.2 撓度監測
系統具有實時顯示撓度監測數據基線的變化情況，生成橋梁主跨 跨中、橋墩位置的撓度曲線情況等。
4.2.3 傾斜監測
系統具有分析橋塔和錨碇的傾斜、主纜和加勁梁的線型變化、基礎變位與沉降、伸縮縫變化。
4.2.4 應力監測
系統具有實時顯示橋梁應力監測數據基線的變化情況、橋體變形情況、點位的移動情況等。
4.2.5 超限報警
系統具有對超過標準規定限值的指標自動報警，提示進行處理。
4.2.6 結構損傷診斷
系統根據監測數據、標準要求建立結構分析模型，對橋梁損傷情況進行分析，生成診斷報告。
1、結構損傷預警
在采集的各種結構動力響應信息基礎上，根據不同的結構損傷預警標準進行分析和判斷，采用小波變換、神經網絡等方法，分析橋梁結構的異常狀態，獲得結構損傷預警指標信息。
2、結構損傷識別
基于橋梁實測數據，包括動荷載作用下的模態（振型、頻率、阻尼）和響應（加速度、速度、振幅）以及結構靜力響應（變形、曲率、應變等），分別采用模式識別法、反演識別法，得到動力損傷識別結 果、靜力損傷識別結果，同時可由橋梁表面狀況得到經驗識別結果。
3、結構損傷定位
綜合分析得到的結構靜力、動力、經驗損傷識別結果，確定結果 損傷狀態。基于模型模擬不同位置、不同構件、不同損傷程度下損傷預警指標的變化規律，確定結構發生損傷的時間和位置，發生損傷的構件部位，損傷的嚴重程度。
4.2.7 數據分析
系統具有對實時監測數據、報警信息等進行分類統計分析，生成分析報告。
分析內容包括各類數字信號的處理，如數字濾波、消除噪聲、統計分析以及參數識別等，主要是從采集到的各種原始信息中提取有用信息，為結構損傷識別和狀態評估積累數據信息。
4.2.8 系統配置
系統具有對用戶管理、終端配置（元數據管理等）、權限管理（用戶權限管理、角色管理等）等。
1、用戶管理
系統具有用戶信息的添加、修改、刪除、查看。
2、終端配置
系統具有對元數據的管理功能，可以根據需要將元數據按用戶或權限分配給用戶。
3、權限管理
系統具有對用戶進行角色分配。添加用戶即創建一個新的用戶，可以通過系統瀏覽所有已建用戶的基本信息并對其進行編輯，用戶創建完成可以對其進行角色分配。
4.3 橋梁巡查養護系統
4.3.1 養護任務制定
依據養護隊伍數量、橋梁病害范圍、設施設備分布等條件，有針對性的制定周期性養護計劃任務。
1、巡檢計劃制定
系統具有巡檢計劃的制定和管理功能。
計劃內容至少包括計劃開始、結束時間、巡檢區域、巡檢類型（結構變異、橋及橋區施工作業情況的檢查和橋面系、限載標志、交通標志及其他附屬設施狀況、橋梁設施的破損情況和完整性等）、巡檢路段、責任人、巡檢頻率、關鍵巡檢設施、維護保養周期提醒等。
提供結合地圖對巡檢區域、巡檢路線進行定位查看。
2、常規巡檢任務
根據巡檢計劃自動生成巡檢任務。系統實現周期性巡檢任務的自動派發功能，同時支持新增臨時巡檢任務派發功能。
3、自動同步任務
系統實現對熱線、微信公眾號等系統的數據接口，支持將投訴問題同步到本系統，并可以生成巡檢任務、自動下發。
4、臨時突發任務
系統具有臨時任務的制定和執行功能。
4.3.2 養護記錄管理
系統具有對現場養護人員反饋的養護日志和橋梁病害信息進行跟蹤管理。
4.3.3 維修派單
橋梁養護管理人員根據橋梁病害類型、損傷部件和程度等信息派發維修工單給相應維修隊伍責任人。
4.3.4 維修任務執行
系統具有包括單據接收、執行進度、單據處結等功能。
1、單據接收
系統可以接收到系統派發的維修任務信息，通過任務信息可以查看維修任務名稱、地點、位置定位信息、現場情況描述等內容。
2、執行進度
用戶可以根據該功能查看工作進度。
3、單據處結
系統可以在工作單工作內容處理完畢后，進行工單處結提交。
4.3.5 維修任務驗收
系統具有養護管理人員對已完成維修的設備、設施進行確認，確認維修好進行任務驗收。
4.3.6 結案存檔
系統具有對結案的維修任務通過時間、名稱、類別、執行人員等進行查詢。
4.3.7 數據分析
系統具有任務執行分析、單據分析、統計報表等功能。
4.3.8 養護部件管理
系統具有對每類橋梁需養護的部件進行預設置，并且支持按照重要程度進行分類。
4.3.9 人員設備管理
系統具有對養護維修隊伍、人員、車輛和大型設備信息的管理。系統結合定位系統和GIS數據，可以根據巡檢路線或時間段進行巡檢人員、車輛、大型設備位置軌跡的追蹤定位。
4.4 橋梁檔案管理系統
4.4.1 檔案導入
系統具有將電子檔案批量或單個導入，每個橋梁形成一部電子檔案。
4.4.2 檔案分析
系統具有根據橋梁基本信息，分析每一種橋梁檔案的信息、檔案情況。
4.4.3 基本信息錄入
系統具有對橋梁基本信息進行錄入，包括橋梁的基礎信息、部件信息等。
4.4.4 檔案借閱
系統具有包括借閱申請、借閱審核、多媒體查看、借閱統計等功能。
1、借閱申請
當需要借閱檔案時，可以通過系統中借閱申請功能發起借閱流程，并根據借閱的資料情況，填寫相關內容。
2、借閱審核
可以對借閱申請的流程單進行通過、退回、暫存操作。
3、多媒體查看
系統具有查看檔案中多媒體資料的功能。
4、借閱統計
系統可以根據時間、類別、名稱、借閱人等信息對借閱記錄進行統計。
4.4.5 檔案歸還
系統具有根據檔案借閱時限，提醒借閱人及時進行歸還檔案等功能。
4.4.6 系統管理
系統具有提供用戶管理、權限劃分、日志管理等功能。
4.5 智能移動應用系統
4.5.1 橋梁信息查看
系統具有提供橋梁信息檔案，查看每個橋梁的全部信息的功能。提供的信息包括橋梁的靜態信息和橋梁的動態信息。
4.5.2 報警信息查看
系統具備橋梁運行安全預報警功能，智能移動應用系統以聲音、通知的形式自動提醒管理人員，管理人員可以對報警信息進行實時查看，對比監測數據。
4.5.3 任務提醒
系統具有對巡查養護人員提供實時提醒功能。
4.5.4 任務接收
系統具有包括巡查養護對象、巡查養護要求等內容的功能。
4.5.5 問題上報
系統具有巡查過程中，發現的問題，可以通過手持終端進行上報的功能。
4.5.6 養護記錄填寫
系統具有通過系統對日常尋常養護信息進行記錄的功能。
4.5.7 系統設置
系統具有參數設置、數據同步、密碼修改、在線升級、注銷登陸、操作手冊等功能。
