1 项目概况
本市城市管理局按照国家、省有关要求，根据城市桥梁管理工作现实需要，拟采购建设本市城市桥梁信息监管系统。
该监管系统包括：桥梁一张图系统、桥梁档案管理、桥梁健康监测、桥梁巡查养护、智能移动应用等5个子系统，主要实现桥梁档案的信息化管理以及信息数据的动态更新，提高日常养护作业效率。同时，同步对市城区14座重点桥梁，安装在线监测设施，全面掌握，实时监测桥梁的运行动态，确保桥梁安全稳定运行。
2 总体设计
2.1 安全设计
城市桥梁运行监管项目安全设计总体目标是：结合当前信息安全技术的发展水平，设计一套科学合理的安全保障体系，形成有效的安全防护能力、隐患发现能力、应急反应能力和系统恢复能力，从物理、网络、系统、应用和管理等方面保证系统安全、高效、可靠运行，保证信息的机密性、完整性、可用性和操作的不可否认性，避免各种潜在的威胁。
系统安全保障体系设计遵循如下的原则：
1、需求、代价平衡的原则
安全保障体系设计要正确处理需求、风险与代价的关系，做到安全性与可用性相容，做到技术上可实现，组织上可执行。
2、分级保护原则
系统有多种信息和资源，每类信息对保密性、可靠性要求不同。以应用为主导，科学、合理划分信息安全防护等级，并依据安全等级确定安全防护措施。
3、多重保护原则
任何安全措施都不是绝对安全的，都可能被攻破。建立多重保护系统，各层保护相互补充，提供系统安全性。
4、整体性和统一性原则
系统安全涉及各个环节，包括设备、软件、数据、人员等，只有从系统整体的角度去看待、分析，才可能实现有效、可行的安全保护。
5、技术与管理相结合原则
系统安全是一个复杂的系统工程，涉及人、技术、操作等要素，单靠技术或单靠管理都不可能实现。系统安全保障体系须将各种安全技术与运行管理机制、安全规章制度建设相结合。
6、动态发展原则
根据系统安全的变化不断调整安全措施，适应新的系统环境，满足新的系统安全需求。
具体的安全目标是：具有灵活、方便、有效的用户管理机制、身份认证机制和授权管理机制，确保合法用户合法使用系统资源，防止恶意攻击，确保系统运行环境的安全，及时发现系统和数据库的安全漏洞；确保系统不被病毒感染、传播和发作，阻止外部攻击网络系统；具有与系统相适应的信息安全保护机制，确保数据在存储、传输过程中的完整性和敏感数据的机密性；拥有完善的安全管理保障体系，具有有效的应急处理和灾难恢复机制,确保突发事件后能迅速恢复系统；制定相关有安全要求和规范。
2.2 专业技术
2.2.1 物联网技术
“物联网”（Internet of Things），指的是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的，是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的。其中非常重要的技术是RFID电子标签技术。
1、物联网结构
物联网的整个结构可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成，两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后，通过internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统的中间件，然后通过ONS解析获取产品的对象名称，继而通过EPC信息服务的各种接口获得产品信息的各种相关服务。整个信息系统的运行都会借助internet的网络系统，利用在internet基础上的发展出的通信协议和描述语言。因此可以说物联网是架构在internet基础上的关于各种物理产品信息服务的总和。
2、物联网关键技术
物联网有四个关键性的应用技术：RFID、传感器、智能技术以及纳米技术。其中，最为重要的是EPC/无线射频识别技术(RFID)技术。
无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它的工作原理如下：使用射频电磁波通过空间耦合(交变磁场或电磁场)在阅读器和进行识别、分类和跟踪的移动物品（物品上附着有RFID标签）之间实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID是一种利用电磁能量实现自动识别和数据捕获技术，可以提供无人看管的自动监视与报告作业。
具体的工作原理如下：当装有电子标签的物体接近微波天线时，阅读器受控发出微波查询信号。安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回微波天线。微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经阅读器内部微处理器处即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理，从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。整个识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，并且阅读器能自行判断RFID标签是否被重复读取处理。RFID技术的这些功能特性很适 合流水线上产品的控制，以实现流水作业管理，得以使整个流水线管理自动化。
2.2.2 3S集成技术
3S集成是指将全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）进行有机的结合，实现实时、快速地提供目标空间位置，包括各类传感器和运载平台的空间位置；实时或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新；完成对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取，为智能化数据采集提供地学知识。三者互为支撑溶于一体，将它们集成在车、船等交通工具上，可以实现定位、导航、立时测量。
1、3S系统功能
RS主要用于实时、快速的提供地表景物及环境的几何及物理的定性或定量数据；
GPS则主要用于提供实时或准实时的目标定位信息；
GIS是将各种来源的数据进行管理、处理、分析和应用的载体，不仅可以存储大量的遥感和定位信息，同时可提供大量的统计信息，进行多元多维动态复合分析。
2、3S相互关系
遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）都是信息时代的前沿科学，都是关于空间信息获取、存储、传输、处理、分析、应用的科学，他们以先进的计算机网络技术、计算机辅助制图、数据库技术、空间科学的发展为，是传统地理学、测绘学、地图学 等学科的交叉科学。此三者既自成体系，又相互联系，且三者之间的交融日益密切，成为三位一体的完整的技术体系。
3、相互集成应用
GPS与GIS的集成与应用
利用GIS中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，可以组成GPS+GIS的各种自动电子导航系统，用于交通指挥调度、公安侦破、车船自动驾驶、农田作业管理、渔船捕鱼等多方面。也可以利用GPS的方法对GIS进行实时更新。
4、RS与GIS的集成与应用
RS是GIS重要的数据源和数据更新的手段，而反过来，GIS则是遥感中数据处理的辅助手段。两者集成可用于全球尺度的变化监测、农业收成面积监测和产量预估、空间数据自动更新等方面。
5、GPS与RS的集成与应用
在遥感平台上安装GPS可以记录传感器在获取信息瞬间的空间位置数据，直接用于平差加密，可以大大减少野外控制测量的工作量。可在自动定时数据采集、环境监测、灾害预测等方面发挥着重要作用。
2.3 系统架构
3 软件支撑平台
3.1 数据库管理系统
本项目采用甲骨文（中国）公司的MySQL8.0版本作为数据库平台。
1、软件介绍
MySQL是一个可用于各种流行操作系统平台的关系数据库系统，它具有客户机/服务器体系结构的分布式数据库管理系统。MySQL完全适用于网络，用其建造的数据库可在因特网上的任何地方访问，因此，可以和网络上任何地方的任何人共享数据库。MySQL具有功能强、使用简单、管理方便、运行速度快、可靠性高、安全保密性强等优点。MySQL用C和C++编写，它可以工作在许多平台（Unix，Linux，Windows）上，提供了针对不同编程语言(C,C++,JAVA等) 的API函数；使用核心线程实现多线程，能够很好的支持多CPU；提供事务和非事务的存储机制；快速的基于线程的内存分配系统。
2、软件特点
MySQL运行速度很快。MySQL可能是目前能得到的最快的数据库。
MySQL是一个高性能且相对简单的数据库系统，与一些更大系统的设置和管理相比，其复杂程度较低。
MySQL可以利用SQL（结构化查询语言），SQL是一种所有现代数据库系统都选用的语言。也可以利用支持ODBC（开放式数据库连接）的应用程序，ODBC是Microsoft开发的一种数据库通信协议。
许多客户机可同时连接到服务器。MySQL数据库没有用户数的限制，多个客户机可同时使用同一个数据库。可利用几个输入查询并查看结果的界面来交互式地访问MySQL。这些界面为：命令行客户机程序、Web浏览器或X Window System客户机程序。此外，还有由各种语言（如C,C++,Eiffel,Java,Perl,PHP,Python,Ruby,and Tcl）编写的界面。因此，可以选择使用已编好的客户机程序或编写自己的客户机应用程序。
MySQL是完全网络化的，其数据库可在因特网上的任何地方访问，因此，可以和任何地方的任何人共享数据库。而且MySQL还能进行访问控制，可以控制哪些人不能看到您的数据。
MySQL可运行在各种版本的UNIX以及其他非UNIX的系统（如Windows和OS/2）上。MySQL可运行在从家用PC到高级的服务器上。
3.2 GIS平台
1、软件介绍
MapGIS K9是一款功能强大的地理信息系统，软件为用户提供了空间分析、DEM分析、网络编辑与分析、栅格目录管理等丰富的功能，能够协助各门户更高的对地理数据进行分析，而且在MapGIS K9版本中更新了整区抽稀、点属性转注记、图幅接边和接边结果检查、导入导出图层样式、绘制任意矩形格网工具等全新的功能，为用户带来更高的体验，通过这款强大的地理系统软件，用户可以更轻松的完成数据的管理与分析。
MapGIS K9，面向更专业的GIS分析应用和栅格数据的管理，结合属性的连接、统计和汇总工具，满足用户对矢栅数据作深入挖掘分析和初步统计的需求。
2、软件功能
MapGIS K9专业版在工程版的基础上集成强大的矢栅分析、网络分析、栅格管理、属性统计汇总等专业分析工具，将已有的空间数据价值更全面地获取利用，分析结果为诸如规划、监测预警等提供决策支持。
空间分析
要素提取工具
叠加分析工具
缓冲区分析工具
DEM分析
栅格/TIN量算工具
高程点线量化处理
剖面/可视域/地形因子分析工具
DEM分类统计工具
网络编辑与分析
网络模型生成
网络模型编辑工具
网络模型分析工具
地址编码与地名库管理
栅格目录管理
直方图变换
栅格目录提取
矢栅转换
栅格数据参考系管理
3、软件特色
跨平台内核升级、全产品64位支持
基于跨平台内核，采用原生64位体系架构，与MapGIS 10系列产品一脉相承，实现平滑升级。
全面跨平台，支持Windows、Linux/Unix，支持中标麒麟、优麒麟等国产操作系统
全产品64位支持，提供更高性能GIS能力
独创的云授权，全面支持在线授权认证和离线二维码认证，提供灵活的机器绑定和解绑机制
支持更多的国产数据库引擎，包括达梦、KDB、博阳世通、南大通用、人大金仓等
柔性可聚合的全空间一张图
以全空间信息模型为基础，实现空中、地表、地上以及地下数据的一体化管理、综合展示以及专业应用，为全行业一张图开发提供可定制的支撑框架。
集成全空间一体化的目录管理、综合服务、规划服务、大数据分析等GIS功能
实现一张图各行业应用的深度定制和快速扩展
基于组织机构的分布式协同管理
通过门户有效管理组织机构内的各种GIS资源，实现资源的快速发现与共享；提供基于工作流的协同机制，实现各组织机构内外的GIS资源的高效流转。
基于租户机制的权限分级管理
基于多云门户跨部门、跨领域的服务协同
基于共享交换的多云分布式协同
全生态开发体系
MapGIS全面适配Smaryun的生态体系，通过全新的纵生式开发模式，以应用开发为支点，撬动整个从“需求→生产→交易→服务→应用”的产业链，使得软件全生命周期实现云化协同开发。
基于TCV软件架构，支持纵生式开发模式，实现快捷云端协同开发和快速纵生应用
融入需求者、生产者、服务者、集成者等软件生命周期中各个 角色，通过虚拟场景实现对传统软件生产模式、运营模式、交易模式的变革
地理大数据关键技术突破
MapGIS将GIS与大数据技术结合，基于Hadoop、Spark等分布式框架，实现地理大数据的高效存储、分析与可视化表达，在四大领域共取得十项技术突破。
地理大数据分布式存储：实现各类空间、非空间数据的一体化存储和管理。
地理大数据分布式计算：提供矢量大数据、实时大数据、影像大数据、文本大数据分析服务。
地理大数据高性能服务：提供高性能的地图服务，支持在线多源异构服务聚合。
地理大数据可视化：集成多种可视化技术，实现地理大数据的多样式表达和高性能渲染。
4 桥梁运行监管系统
4.1 桥梁一张图系统
4.1.1 桥梁信息管理
系统基于GIS地图，对城市桥梁的空间位置信息、基础资料信息和技术档案进行统一的新建、录入和存储管理，建立桥梁资源数据库，结合各种图片文字资料，提供数据的图形可视表达、图文一体化查询、媒体信息展示、专题图表达、空间定位等功能。
1、地图浏览
系统为了方便用户的操作，提高用户体验，系统提供两种图形操作模式：
（1）功能按钮方式
系统提供高度集成的一体化功能菜单，实现漫游、放大、缩小、全景、前一视图、后一视图等功能，以预先定义的级别的方式进行地图显示。
（2）鼠标操作方式
系统提供拉框放大、缩小，鼠标滚轮无极缩放等操作。
2、鹰眼导航
系统提供地图索引鹰眼，方便全图导航定位。同时可对导航图进行缩放操作，以便精确定位显示范围。
3、图例显示
系统提供对所有设施的图例显示管理。
4、动态标注
系统可以自定义任意图形对象动态标注的信息，依据属性表中不 同字段进行组合，如道路，当鼠标停留在地物上即可进行动态显示道路的名称、编号等信息
5、坐标显示
系统具有鼠标在地图上任意拖动，可在状态栏显示鼠标所处位置的地表坐标、地表高程等参数。
4.1.2 桥梁一张图
系统基于地图查看所有桥梁（大型桥梁）的位置分布、基本信息、桥梁等级，查看桥梁相关部件信息、监测信息、安全隐患点等。
4.1.3 数据分析
系统通过对监测数据、日常维护管理数据进行数据挖掘和预测性分析，对桥梁关键结构、部位隐患点做出前瞻性的分析判断，并将分析结果通过GIS地图予以展示，指导管理维护人员日常维护管理作业。
4.1.4 实时数据
系统在地图中对桥梁实时数据实现可视化，主要包括应力、挠度、倾斜、位移等。
4.1.5 报警信息
系统针对各类监测数据进行报警阀值的设置，根据报警值的设置自动进行报警，并通过颜色、声音等方式对业务人员进行提醒。
4.2 桥梁健康监测系统
4.2.1 位移监测
系统具有实时显示位移监测数据基线的变化情况，点位的移动情况等。
4.2.2 挠度监测
系统具有实时显示挠度监测数据基线的变化情况，生成桥梁主跨 跨中、桥墩位置的挠度曲线情况等。
4.2.3 倾斜监测
系统具有分析桥塔和锚碇的倾斜、主缆和加劲梁的线型变化、基础变位与沉降、伸缩缝变化。
4.2.4 应力监测
系统具有实时显示桥梁应力监测数据基线的变化情况、桥体变形情况、点位的移动情况等。
4.2.5 超限报警
系统具有对超过标准规定限值的指标自动报警，提示进行处理。
4.2.6 结构损伤诊断
系统根据监测数据、标准要求建立结构分析模型，对桥梁损伤情况进行分析，生成诊断报告。
1、结构损伤预警
在采集的各种结构动力响应信息基础上，根据不同的结构损伤预警标准进行分析和判断，采用小波变换、神经网络等方法，分析桥梁结构的异常状态，获得结构损伤预警指标信息。
2、结构损伤识别
基于桥梁实测数据，包括动荷载作用下的模态（振型、频率、阻尼）和响应（加速度、速度、振幅）以及结构静力响应（变形、曲率、应变等），分别采用模式识别法、反演识别法，得到动力损伤识别结 果、静力损伤识别结果，同时可由桥梁表面状况得到经验识别结果。
3、结构损伤定位
综合分析得到的结构静力、动力、经验损伤识别结果，确定结果 损伤状态。基于模型模拟不同位置、不同构件、不同损伤程度下损伤预警指标的变化规律，确定结构发生损伤的时间和位置，发生损伤的构件部位，损伤的严重程度。
4.2.7 数据分析
系统具有对实时监测数据、报警信息等进行分类统计分析，生成分析报告。
分析内容包括各类数字信号的处理，如数字滤波、消除噪声、统计分析以及参数识别等，主要是从采集到的各种原始信息中提取有用信息，为结构损伤识别和状态评估积累数据信息。
4.2.8 系统配置
系统具有对用户管理、终端配置（元数据管理等）、权限管理（用户权限管理、角色管理等）等。
1、用户管理
系统具有用户信息的添加、修改、删除、查看。
2、终端配置
系统具有对元数据的管理功能，可以根据需要将元数据按用户或权限分配给用户。
3、权限管理
系统具有对用户进行角色分配。添加用户即创建一个新的用户，可以通过系统浏览所有已建用户的基本信息并对其进行编辑，用户创建完成可以对其进行角色分配。
4.3 桥梁巡查养护系统
4.3.1 养护任务制定
依据养护队伍数量、桥梁病害范围、设施设备分布等条件，有针对性的制定周期性养护计划任务。
1、巡检计划制定
系统具有巡检计划的制定和管理功能。
计划内容至少包括计划开始、结束时间、巡检区域、巡检类型（结构变异、桥及桥区施工作业情况的检查和桥面系、限载标志、交通标志及其他附属设施状况、桥梁设施的破损情况和完整性等）、巡检路段、责任人、巡检频率、关键巡检设施、维护保养周期提醒等。
提供结合地图对巡检区域、巡检路线进行定位查看。
2、常规巡检任务
根据巡检计划自动生成巡检任务。系统实现周期性巡检任务的自动派发功能，同时支持新增临时巡检任务派发功能。
3、自动同步任务
系统实现对热线、微信公众号等系统的数据接口，支持将投诉问题同步到本系统，并可以生成巡检任务、自动下发。
4、临时突发任务
系统具有临时任务的制定和执行功能。
4.3.2 养护记录管理
系统具有对现场养护人员反馈的养护日志和桥梁病害信息进行跟踪管理。
4.3.3 维修派单
桥梁养护管理人员根据桥梁病害类型、损伤部件和程度等信息派发维修工单给相应维修队伍责任人。
4.3.4 维修任务执行
系统具有包括单据接收、执行进度、单据处结等功能。
1、单据接收
系统可以接收到系统派发的维修任务信息，通过任务信息可以查看维修任务名称、地点、位置定位信息、现场情况描述等内容。
2、执行进度
用户可以根据该功能查看工作进度。
3、单据处结
系统可以在工作单工作内容处理完毕后，进行工单处结提交。
4.3.5 维修任务验收
系统具有养护管理人员对已完成维修的设备、设施进行确认，确认维修好进行任务验收。
4.3.6 结案存档
系统具有对结案的维修任务通过时间、名称、类别、执行人员等进行查询。
4.3.7 数据分析
系统具有任务执行分析、单据分析、统计报表等功能。
4.3.8 养护部件管理
系统具有对每类桥梁需养护的部件进行预设置，并且支持按照重要程度进行分类。
4.3.9 人员设备管理
系统具有对养护维修队伍、人员、车辆和大型设备信息的管理。系统结合定位系统和GIS数据，可以根据巡检路线或时间段进行巡检人员、车辆、大型设备位置轨迹的追踪定位。
4.4 桥梁档案管理系统
4.4.1 档案导入
系统具有将电子档案批量或单个导入，每个桥梁形成一部电子档案。
4.4.2 档案分析
系统具有根据桥梁基本信息，分析每一种桥梁档案的信息、档案情况。
4.4.3 基本信息录入
系统具有对桥梁基本信息进行录入，包括桥梁的基础信息、部件信息等。
4.4.4 档案借阅
系统具有包括借阅申请、借阅审核、多媒体查看、借阅统计等功能。
1、借阅申请
当需要借阅档案时，可以通过系统中借阅申请功能发起借阅流程，并根据借阅的资料情况，填写相关内容。
2、借阅审核
可以对借阅申请的流程单进行通过、退回、暂存操作。
3、多媒体查看
系统具有查看档案中多媒体资料的功能。
4、借阅统计
系统可以根据时间、类别、名称、借阅人等信息对借阅记录进行统计。
4.4.5 档案归还
系统具有根据档案借阅时限，提醒借阅人及时进行归还档案等功能。
4.4.6 系统管理
系统具有提供用户管理、权限划分、日志管理等功能。
4.5 智能移动应用系统
4.5.1 桥梁信息查看
系统具有提供桥梁信息档案，查看每个桥梁的全部信息的功能。提供的信息包括桥梁的静态信息和桥梁的动态信息。
4.5.2 报警信息查看
系统具备桥梁运行安全预报警功能，智能移动应用系统以声音、通知的形式自动提醒管理人员，管理人员可以对报警信息进行实时查看，对比监测数据。
4.5.3 任务提醒
系统具有对巡查养护人员提供实时提醒功能。
4.5.4 任务接收
系统具有包括巡查养护对象、巡查养护要求等内容的功能。
4.5.5 问题上报
系统具有巡查过程中，发现的问题，可以通过手持终端进行上报的功能。
4.5.6 养护记录填写
系统具有通过系统对日常寻常养护信息进行记录的功能。
4.5.7 系统设置
系统具有参数设置、数据同步、密码修改、在线升级、注销登陆、操作手册等功能。
