CN101582198A - 心墙堆石坝施工质量实时监控方法 - Google Patents
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Abstract
一种心墙堆石坝施工质量实时监控方法，通过安装在碾压机械上和坝料运输车上的监测终端，实时采集碾压机械的动态坐标、激振力输出状态，坝料运输车辆动态坐标、空满载状态和卸料点坐标，经GPRS网络实时发送至远程数据库服务器中；服务器实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否超标，坝料卸料点是否匹配，并通过报警器和PDA发出相应报警；现场分控站和总控中心的监控终端通过有线网络或无线网络读取数据，进行包括坝面碾压质量参数以及运输上坝监控参数的实时计算和分析并与设定标准作比较，根据偏差，通过PDA以及总控中心和现场分控站的监控计算机发出报警，指导相关人员做出现场反馈。本发明有效地提高了心墙堆石坝施工质量监控的精度和图形计算的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利水电工程施工质量实时监控方法。特别是涉及一种能够实现对心墙堆石坝施工质量的精细化管理，以保证和提高工程施工质量的心墙堆石坝施工质量实时监控方法。
背景技术
心墙堆石坝填筑碾压质量，尤其是防渗体心墙的施工质量，直接关系到大坝的运行安全。在心墙堆石坝施工过程中，有效地控制坝料性质和填筑密实度是保证大坝施工质量的关键。现有心墙堆石坝施工质量控制的方法和手段主要遵循《碾压式土石坝施工规范》(DL/T 5129-2001)规定。根据该规范规定，土石坝填筑碾压质量主要通过施工过程中的压实参数(铺层厚度、土石料性质、碾压遍数、碾压行车速度、激振力等)以及压实标准(单元验收的抽样试验结果，如压实度或干密度、含水量和级配等)来的控制；而且坝料压实质量检查，应以控制碾压参数为主，试坑取样为辅。然而，常规的依靠监理和施工人员人为控制这些压实参数，由于受人为因素干扰大，管理粗放，故质量控制的精度不高。所以，实际工程实施中，心墙堆石坝施工质量控制主要还是以单元验收时的试坑检测结果为判断依据。这样做带来的问题是：用有限个试坑检测结果去反映整个施工单元仓面的碾压质量，存在很大的误差；此外，由于过多的挖坑作业会对大坝仓面施工作业带来干扰，从而影响施工进度，也难以满足以高强度、高机械化为特点的大型土石坝工程施工的要求。因此，采用具有实时性、全天候、高精度等特点的心墙堆石坝施工质量自动监控技术，对心墙堆石坝的填筑碾压和坝料运输过程进行在线监测和反馈控制，对于实现工程建设精细化管理、确保施工质量具有十分重要的意义。
目前，国内外尚未有针对心墙堆石坝施工质量的自动监控方面的研究。在国内类似的研究是武汉大学开发了混凝土面板堆石坝填筑施工质量的GPS实时监控***(水力发电，2002(10)：30-32)。该***利用GPS技术，实时跟踪碾压机械的运动轨迹，进而计算运行速度、碾压遍数等参数。但是，该***针对混凝土面板堆石坝施工特点开发，而心墙堆石坝施工无论从施工工艺还是填筑碾压过程的控制(尤其是表现在对于心墙防渗体的填筑碾压质量的控制)，都与面板堆石坝施工有着本质的区别；此外，该***对于堆石体的填筑碾压监控也没有涉及碾压重要参数之一——碾压机械输出的激振力，更没有对坝料运输进行有效监控，所以该***并不能适用于心墙堆石坝施工质量的全面控制。国外的相关研究也只是集中在交通道路施工领域。
文献“Oloufa，Amr A.，Do Won-seok，Thomas H Randolph.Automated monitoringof compaction using GPS[A].ASCE Construction Congress Proceedings[C]，Minneapolis，MN，USA，1997：1004-1011”，“Do Won-Seok，Oloufa Amr A.，ThomasH Randolph.Evaluation of global positioning system devices for a quality controlsystem for compaction operations[J].Transportation Research Record，1999，1675：67-74”，“David J White，Mark J Thompson，Kari Jovaag，et al.Field Evaluationof Compaction Monitoring Technology：Phase II[R].Iowa State University，2006”，都是利用GPS技术，对路基土石方碾压过程进行监控，以控制路基碾压的密实程度。综上所述，这些研究并能不适应心墙堆石坝施工质量实时监控的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可实现心墙堆石坝施工过程中碾压参数，以及坝料上坝运输过程的实时监测和分析，可对不符合标准的监测信息进行多途径的实时报警和反馈控制的心墙堆石坝施工质量实时监控方法。
本发明所采用的技术方案是：一种心墙堆石坝施工质量实时监控方法，通过安装在碾压机械上的监测终端和坝料运输车上的监测终端，实时采集碾压机械的动态坐标、激振力输出状态，以及坝料运输车辆动态坐标、空满载状态和卸料点坐标，经GPRS网络实时发送至远程数据库服务器中；然后，根据预先设定的控制标准，服务器端的应用程序实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否超标，坝料卸料点是否匹配，并通过驾驶室报警器和便携式PDA发出相应报警；接着，现场分控站和总控中心的监控终端计算机通过有线网络或无线WiFi网络，读取上述数据，进行进一步的实时计算和分析，包括坝面碾压质量参数以及运输上坝监控参数的实时计算和分析；再将这些实时计算和分析的结果与预先设定的标准作比较，根据偏差，通过PDA以及总控中心和现场分控站的监控计算机发出报警，指导相关人员做出现场反馈与控制措施。
具体包括如下阶段：
(1)确定施工仓面，进行仓面划分；
(2)设定监控仓面的属性，开始接收监测信息；
(3)碾压过程信息自动采集和实时发送；
(4)坝料上坝运输信息自动采集和实时发送；
(5)根据相关设计资料，预先设定心强堆石坝施工质量的控制标准，然后分别进入第6、8阶段；
(6)根据预先设定的控制标准，服务器端的应用程序实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否达标，坝料卸料点是否匹配，是，分别进入第12、13阶段，否则进入下一阶段；
(7)第一类报警：超速、激振力和卸料点不符合标准进行报警，然后进入第11阶段；
(8)现场分控站或总控中心实时计算和监控施工质量参数；
(9)将实时计算得到的结果与预先设定的质量控制标准作比较，分析判断碾压遍数、压实厚度以及监测道路的行车密度是否符合标准，是，分别进入第12、13阶段，否则进入下一阶段；
(10)第二类报警：对碾压遍数、压实厚度和道路行车密度的报警；
(11)现场施工质量的反馈与控制；
当监控的施工质量参数不符合标准时，现场监理和施工人员采取相应的施工调整措施和补救措施。
(12)仓面单元施工结束时，输出监控结果，作为质量验收的材料；
(13)同时，将施工仓面的监控数据存储在数据库服务器中，供后续查询和分析。
阶段3中所述的碾压过程信息自动采集和实时发送的实现方法是：通过安装在碾压机械上的高精度GPS接收机，按设定的时间间隔定位碾压机械当前坐标，并通过无线电信号，接收GPS基准站发送的坐标差分信息，修正当前坐标；同时，通过激振力实时采集装置，实时识别当前碾压机械输出的激振力状态信号，将修正后的碾压机当前坐标、当前时间以及激振力输出状态，通过GSM模块，经GPRS网络发送到远程数据库服务器。
阶段6中所述的碾压机行车速度的计算，是根据数据库服务器实时接收到的两个相邻时间点的碾压机械位置坐标，动态计算当前时刻车辆速度，即两点距离除以时间间隔。
阶段6中所述的实时分析判断坝料卸料点是否匹配，包括如下步骤：
1)上坝运输车到达卸料点后，司机触发卸料开关，同时利用车载GPS确定卸料点位置，并将卸料点位置和该车编号发送到远程数据库服务器；在该仓面开始施工时，将上坝车辆编号和坝料来源及名称地绑定，从而确定该车所装载的坝料名称；
2)将卸料坐标点和施工仓面高程上所有大坝分区数字地图做图形包含分析，确定该卸料点所属的大坝分区；
3)由对应的大坝分区，根据大坝设计，确定所需坝料的名称；
4)将该车所装载的坝料名称和卸料点所在分区的所需坝料名称作匹配判断，考虑同一分区可对应多种坝料的情况，两者如一致，则说明卸料匹配；否则，说明卸料不匹配，即卸料地点错误；
5)如发生卸料不匹配，则实时地向相关人员的便携式PDA以及分控站和总控中心的监控终端计算机发出报警信息，指导卸料错误的纠正。
阶段7中所述的第一类报警是：通过安装在驾驶室的报警器，向司机发送报警信息和声音提示；同时，通过便携式PDA，将相同信息发送给坝面监理和施工管理人员；此外，在现场分控站和总控中心的监控终端计算机上，也发出相同报警信息。
阶段8中所述的实时计算施工质量参数包括碾压遍数、碾压高程、压实厚度在内的坝面碾压质量参数的实时计算，以及包括道路行车密度、运输上坝强度在内的运输上坝监控参数的实时计算。
所述的碾压遍数的计算是以像素为单位，以不同颜色表示碾压遍数，具体是碾压条带经过时给所覆盖的每个像素设置颜色属性，首先判断该像素当前颜色，换算得到当前颜色表示的碾压遍数数值，然后将当前碾压遍数数值加1对应的颜色赋予该像素，在查询遍数时，应用颜色值返回函数捕获鼠标所在位置像素的颜色值，显示该颜色值代表的碾压遍数；碾压条带是以碾压轨迹为轴线、以半碾轮宽向两边垂直扩展形成的碾压条带，视为线宽等于碾轮宽度的线段，应用移动画笔法进行绘制，不同碾压机轨迹定义为不同的色彩；碾压轨迹的组成单元是每秒钟的轨迹段，即相邻碾压机械位置点间的线段，其绘制采用线段生成技术中的Bresenham算法来实现；碾压高程的计算精确到像素，以灰度阶值表示碾压高程，具体是以时间顺序绘制带有高程信息的碾压条带在监控仓面单元平面上进行覆盖与叠加，取位于最上层的轨迹点为离散点进行高程数据的插值计算，依据插值结果对碾压条带覆盖区域内的每个像素进行灰度赋值，灰度区间对应高程区间，在查询高程时，应用灰度值返回函数拾取各像素的灰度值，将该灰度值转化为碾压高程数值；压实厚度是该仓面单元与其下层若干监控仓面单元竖向对应位置间碾压高程之差。
所述的运输上坝强度的计算是根据数据库服务器中的卸车记录，统计某一时段内上坝运输车辆的卸车次数，以及卸车车辆号，则可计算出该时段内某种坝料的上坝运输强度及总的上坝运输强度；所述的道路行车密度统计方法包括：
1)生成大坝料源料场和上坝运输道路的场地布置数字地图，并在需要监测的道路处设置监测标志线；
2)通过跟踪上坝运输车辆的行驶轨迹，采用两线相交的图形判别算法，动态判断所有车辆轨迹在设定时段间隔内与标志线的相交次数，即为该道路的双向行车密度。
阶段12中所述的输出监控结果包括：反映超速和激振力状况的碾压轨迹线图、碾压遍数图、压实厚度图、压实高程图、卸料错误表、道路行车密度统计图和坝料运输上坝强度统计图。
本发明的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，在符合心墙堆石坝施工质量控制的流程和工艺要求的前提下，全面地实现了心墙堆石坝施工中碾压质量控制参数和坝料上坝运输过程的监控；具备了远程监控的实时性，将碾压参数和坝料运输上坝监控参数经GPRS网络，实时发送至网络数据库，保证了远程总控中心和监理分控站数据分析的同步性，克服了将数据存储在车辆监测终端，而无法实现远程数据同步所造成的分析滞后的弊端；采用了基于像素的碾压参数实时计算和分析方法，克服了采用网格离散化算法的弊端，有效地提高了心墙堆石坝施工质量监控的精度和图形计算的灵活性。
附图说明
图1是本发明的整体流程图；
图2是本发明的信息流程示意图；
图3是心墙堆石坝碾压过程实时监控效果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的心墙堆石坝施工质量实时监控方法做出详细说明。
如图2所示，本发明的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，通过安装在碾压机械上的监测终端和坝料运输车上的监测终端，实时采集碾压机械的动态坐标、激振力输出状态，以及坝料运输车辆动态坐标、空满载状态和卸料点坐标，经GPRS网络实时发送至远程数据库服务器中；然后，根据预先设定的控制标准，服务器端的应用程序实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否超标，坝料卸料点是否匹配，并通过驾驶室报警器和相关人员的PDA发出相应报警；接着，现场分控站和总控中心的监控终端计算机通过有线网络或无线WiFi网络，读取上述数据，进行进一步的实时计算和分析，包括坝面碾压质量参数(含行车轨迹、碾压遍数、压实高程和压实厚度)以及运输上坝监控参数(含道路行车密度和运输上坝强度)的实时计算和分析；再将这些实时计算和分析的结果与预先设定的标准作比较，根据偏差，通过相关人员的PDA以及总控中心和现场分控站的监控计算机发出报警，指导相关人员做出现场反馈与控制措施。
如图1所示，具体包括如下阶段：
(1)确定施工仓面，进行仓面划分。
根据要监控的仓面所在的分区，以及仓面预计碾压后的高程，生成该高程下该分区的数字地图，然后在该层面上根据实际的施工区域(由控制点施工坐标确定)进行仓面划分。仓面控制点坐标来源于施工单位呈报的开仓计划表及准填证。
根据大坝体形和分区设计，建立大坝分区三维模型，然后将三维模型和不同高程面做平面剖切，可得到各分区所有高程仓面的数字地图。
(2)设定监控仓面的属性，开始接收监测信息。
对划分好的仓面进行属性设置，包括输入仓面名称，以及进行施工车辆绑定，确定该仓面施工的碾压机标识号和向该仓面供料的运输车辆标识号。
打开该仓面的数字地图，施工开始，准备接收碾压机械和上坝运输车辆的监测信息。
(3)碾压过程信息自动采集和实时发送；
所述的碾压过程信息自动采集和实时发送的实现方法是：通过安装在碾压机械上的高精度GPS接收机，按设定的时间间隔(如1s)定位碾压机械当前坐标(x，y，z)，并通过无线电信号，接收GPS基准站发送的坐标差分信息，修正当前坐标；同时，通过激振力实时采集装置，实时识别当前碾压机械输出的激振力状态信号，将修正后的碾压机当前坐标、当前时间以及激振力输出状态，通过GSM模块，经GPRS网络发送到远程数据库服务器。
具体是：通过安装在碾压机上碾压参数监测装置(包括卫星天线、差分电台天线、高精度GPS接收机——如天宝5700S、激振力感应装置、GSM无线传输模块——如西门子MC39i或华为GTM900b，等)，获得大坝填筑碾压施工过程中的碾压机动态坐标(通过差分修正)、当前时间、激振力输出状态和该碾压车标识号等信息，然后将有效的监测结果连续、实时地(每1s一个数据)通过GPRS网络，上传至远程中心数据库服务器，以供后续应用分析。
根据碾压机械电路特性，激振力输出状态通过档位开关来确定，一般有高频低振、低频高振和不开三种状态，档位开关都是通过电压高低来触发。所以，可以通过电子电路AD转换芯片，将开关的电压信号对应的激振力输出状态转换成数字信号。
GPS差分基准站主要包括GPS接收机、GPS卫星天线、PDL无线电台、差分信号无线发送天线等。双频GPS接收机单点(一台接收机进行卫星信号解算)精度只能达到亚米级的观测精度，这显然无法满足实际工程需要，为了提高碾压机械GPS接收机的计算精度，使用GPS RTK(动态差分)技术，利用已知的基准点坐标来修正实时获得的测量结果。通过数据链，将基准站的GPS观测数据和已知位置信息实时发送给碾压机车载的GPS接收机，与碾压机车载的GPS观测数据一起进行载波相位差分数据处理，从而计算出更高精度的碾压机位置坐标，使精度提高到厘米级，具体为平面精度一般小于3cm，高程精度一般小于5cm，这样就可满足心墙堆石坝碾压质量控制的要求。
(4)坝料上坝运输信息自动采集和实时发送；
安装在坝料运输车辆上的GPS接收机(如四维GV-IV型)，按足够小的时间间隔(如1min)定位运输车辆的当前坐标；并通过安装在运输车上的装卸料触发按钮，识别车辆空满载状态，并在触发卸料按钮时，通过GPS主机同步定位卸料点坐标；将运输车辆的当前坐标、当前时间以及车辆空满载状态、卸料点坐标和对应时间，通过GSM通讯模块(西门子MC39i或华为GTM900b)，经GPRS网络发送到远程数据库服务器。
装卸料触发按钮实际上是一个电路开关，要求司机在装料和卸料时分别按相应的按钮，然后可将电流信号转化为对应卸料或装料状态的数字信号。
(5)根据相关设计资料，预先设定心强堆石坝施工质量的控制标准；如行车速度小于3km/h，碾压遍数大于10遍，压实厚度小于30cm，各料源地供应大坝分区等。然后，分别进入第6、8阶段；
(6)根据预先设定的控制标准，服务器端的应用程序实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否达标，坝料卸料点是否匹配，是，分别进入第12、13阶段，否则进入下一阶段；
所述的碾压机行车速度的计算，是根据数据库服务器实时接收到的两个相邻时间点的碾压机械位置坐标，动态计算当前时刻车辆速度，即两点距离除以时间间隔。
所述的实时分析判断坝料卸料点是否匹配，包括如下步骤：
1)上坝运输车到达卸料点后，司机触发卸料开关，同时利用车载GPS确定卸料点位置，并将卸料点位置和该车编号发送到远程数据库服务器；在该仓面开始施工时，将上坝车辆编号和坝料来源及名称地绑定，从而确定该车所装载的坝料名称；
2)将卸料坐标点和施工仓面高程上所有大坝分区数字地图做图形包含分析，确定该卸料点所属的大坝分区；
3)由对应的大坝分区，根据大坝设计，确定所需坝料的名称；
4)将该车所装载的坝料名称和卸料点所在分区的所需坝料名称作匹配判断，考虑同一分区可对应多种坝料的情况，两者如一致，则说明卸料匹配；否则，说明卸料不匹配，即卸料地点错误；
5)如发生卸料不匹配，则实时地向相关人员的便携式PDA以及分控站和总控中心的监控终端PC发出报警信息，指导卸料错误的纠正。
(7)第一类报警：超速、激振力和卸料点不符合标准进行报警，然后进入第11阶段；
所述的第一类报警是：通过安装在驾驶室的报警器，向司机发送报警信息和声音提示；同时，通过便携式PDA(如HP iPAQ rw6818)，将相同信息发送给坝面监理和施工管理人员；此外，在现场分控站和总控中心的监控终端的计算机上，也会发出相同报警信息。在碾压机驾驶室内安装超速报警器是一个可编程的智能手机作为主机，以不限量接收报警短信(当短信容量超过内存时，自动删除最早先短信)；采用太阳能电池自动供电，以避免人工充电带来的弊端。
所述现场分控站需设置在大坝施工作业面附近，以方便现场信息传递和反馈，并根据大坝建设进程调整分控站位置；需24小时常驻监理(三班倒)，便于监理人员在施工现场实时监控碾压质量，一旦出现质量偏差，可以在现场及时进行纠偏工作。分控站设备主要由网络通讯设备(有线网或无线WiFi网络)、高性能计算机多台、双向对讲机等。
所述总控中心一般设在离施工现场较远距离的业主营地，主要包括服务器***(数据库服务器和应用服务器)、计算工作站***(高性能计算机多台)等。总控中心配合现场监理，对坝面碾压质量和坝料上坝运输过程进行监控；尤其是当现场分控站出现意外，如通讯中断、现场断电时，代替现场监理完成其相应工作。
(8)现场分控站或总控中心实时计算和监控施工质量参数；
所述的实时计算和监控施工质量参数包括碾压遍数、碾压高程、压实厚度在内的坝面碾压质量参数(监控图见图3)，以及包括道路行车密度、运输上坝强度在内的运输上坝监控参数。
所述的碾压遍数的计算是以像素为单位，以不同颜色表示碾压遍数，具体是碾压条带经过时给所覆盖的每个像素设置颜色属性，首先判断该像素当前颜色，换算得到当前颜色表示的碾压遍数数值，然后将当前碾压遍数数值加1对应的颜色赋予该像素，在查询遍数时，应用颜色值返回函数捕获鼠标所在位置像素的颜色值，显示该颜色值代表的碾压遍数。
在绘制碾压条带前须将监控单元内像素填充碾压遍数0所对应的颜色，采用种子填充算法对所监控的施工仓面多边形进行区域填充：先将区域内的一像素定为种子点，赋予指定的颜色，然后将该像素的颜色值扩展到整个区域内其他的像素。
碾压条带是以碾压轨迹为轴线、以半碾轮宽向两边垂直扩展形成的碾压条带，可视为线宽等于碾轮宽度的线段，则可应用移动画笔法进行绘制，其实现方法为：采用方形画笔，将画笔宽度设置为代表碾轮宽度的数值，画笔中心沿轨迹线段移动即可产生相应的碾压条带。此外，不同碾压机轨迹定义为不同的色彩，以便于区分。
碾压轨迹的组成单元是每秒钟的轨迹段，即相邻碾压机械位置点间的线段，其绘制可采用线段生成技术中的Bresenham算法来实现。如果相邻两秒的碾压机位置坐标为(X1，Y1)、(X2，Y2)，此两点间的轨迹段生成步骤为：
1)画点(X1，Y1)，dx＝X2-X1，dy＝Y2-Y1，误差初值为P1＝2dy-dx。
2)令i＝1，画直线段的下一点像素坐标(Xi+1，Yi+1)；若Pi＞0，则Yi+1＝Yi+1，否则Yi+1＝Yi。
3)求下一个误差；若Yi+1＝Ui+1，则Pi+1＝Pi+2dy-2dx，否则Pi+1＝Pi+2dy。
i＝i+1；若i＜dx+1，则转入步骤2)，否则画线结束。
碾压高程的计算精确到像素，以灰度阶值表示碾压高程，具体是以时间顺序绘制带有高程信息的碾压条带在监控仓面单元平面上进行覆盖与叠加，取位于最上层的轨迹点为离散点进行高程数据的插值计算，依据插值结果对碾压条带覆盖区域内的每个像素进行灰度赋值，灰度区间对应高程区间，在查询高程时，应用灰度值返回函数拾取各像素的灰度值，将该灰度值转化为碾压高程数值；压实厚度是该仓面单元与其下层若干监控仓面单元竖向对应位置间碾压高程之差。
所述的运输上坝强度的计算是根据数据库服务器中的卸车记录，统计某一时段内上坝运输车辆的卸车次数，以及卸车车辆编号(由该车辆号确定车辆载重量/方量，以及所载坝料名称)，则可计算出该时段内某种坝料的上坝运输强度及总的上坝运输强度；所述的道路行车密度统计方法包括：
1)生成大坝料源料场和上坝运输道路的场地布置数字地图，并在需要监测的道路处设置监测标志线；
2)通过跟踪上坝运输车辆的行驶轨迹，采用两线相交的图形判别算法，动态判断所有车辆轨迹在设定时段间隔内(如1小时)与标志线的相交次数，即为该道路的双向行车密度。
(9)将实时计算得到的结果与预先设定的质量控制标准作比较，分析判断碾压遍数、压实厚度以及监测道路的行车密度是否符合标准，是，分别进入第12、13阶段，否则进入下一阶段；
(10)第二类报警：对碾压遍数、压实厚度和道路行车密度的报警；
当碾压遍数、压实厚度以及监测道路的行车密度不满足标准要求时，通过现场分控站和总控中心的监控终端计算机发出报警信息，提示超标内容以及超标区域等。
(11)现场施工质量的反馈与控制；
当监控的施工质量参数不符合标准时，现场监理和施工人员采取相应的施工调整措施和补救措施。对于第一类报警，现场监理指导施工人员和司机纠正速度、激振力和卸料点。对于第二类报警，当碾压遍数不足或压实厚度过大时，现场监理通过对讲机给施工人员发出指令，进行补碾；当某个道路口行车密度过大时，监理通知施工单位对运输上坝车辆进行优化调度。
(12)仓面单元施工结束时，输出监控结果，作为质量验收的材料；
所述的输出监控结果包括：反映超速和激振力不符标准轨迹的碾压轨迹线图、碾压遍数图、压实厚度图、压实高程图、卸料错误表、道路行车密度统计图和坝料运输上坝强度统计图。
在每个仓面施工完成时，分控站监理输出心强堆石坝施工质量的监控结果，包括碾压轨迹线图(反映超速和激振力不符标准的轨迹)、碾压遍数图、压实厚度图、压实高程图、卸料错误表、道路行车密度统计图和坝料运输上坝强度统计图等，作为仓面验收的辅助材料和依据。
(13)同时，将施工仓面的监控数据存储在数据库服务器中，供后续查询和分析。
Claims (10)
1.一种心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，通过安装在碾压机械上的监测终端和坝料运输车上的监测终端，实时采集碾压机械的动态坐标、激振力输出状态，以及坝料运输车辆动态坐标、空满载状态和卸料点坐标，经GPRS网络实时发送至远程数据库服务器中；然后，根据预先设定的控制标准，服务器端的应用程序实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否超标，坝料卸料点是否匹配，并通过驾驶室报警器和便携式PDA发出相应报警；接着，现场分控站和总控中心的监控终端计算机通过有线网络或无线WiFi网络，读取上述数据，进行进一步的实时计算和分析，包括坝面碾压质量参数以及运输上坝监控参数的实时计算和分析；再将这些实时计算和分析的结果与预先设定的标准作比较，根据偏差，通过PDA以及总控中心和现场分控站的监控计算机发出报警，指导相关人员做出现场反馈与控制措施。
2.根据权利要求1所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，具体包括如下阶段：
(1)确定施工仓面，进行仓面划分；
(2)设定监控仓面的属性，开始接收监测信息；
(3)碾压过程信息自动采集和实时发送；
(4)坝料上坝运输信息自动采集和实时发送；
(5)根据相关设计资料，预先设定心强堆石坝施工质量的控制标准，然后分别进入第6、8阶段；
(6)根据预先设定的控制标准，服务器端的应用程序实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否达标，坝料卸料点是否匹配，是，分别进入第12、13阶段，否则进入下一阶段；
(7)第一类报警：超速、激振力和卸料点不符合标准进行报警，然后进入第11阶段；
(8)现场分控站或总控中心实时计算和监控施工质量参数；
(9)将实时计算得到的结果与预先设定的质量控制标准作比较，分析判断碾压遍数、压实厚度以及监测道路的行车密度是否符合标准，是，分别进入第12、13阶段，否则进入下一阶段；
(10)第二类报警：对碾压遍数、压实厚度和道路行车密度的报警；
(11)现场施工质量的反馈与控制；
当监控的施工质量参数不符合标准时，现场监理和施工人员采取相应的施工调整措施和补救措施。
(12)仓面单元施工结束时，输出监控结果，作为质量验收的材料；
(13)同时，将施工仓面的监控数据存储在数据库服务器中，供后续查询和分析。
3.根据权利要求2所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，阶段3中所述的碾压过程信息自动采集和实时发送的实现方法是：通过安装在碾压机械上的高精度GPS接收机，按设定的时间间隔定位碾压机械当前坐标，并通过无线电信号，接收GPS基准站发送的坐标差分信息，修正当前坐标；同时，通过激振力实时采集装置，实时识别当前碾压机械输出的激振力状态信号，将修正后的碾压机当前坐标、当前时间以及激振力输出状态，通过GSM模块，经GPRS网络发送到远程数据库服务器。
4.根据权利要求2所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，阶段6中所述的碾压机行车速度的计算，是根据数据库服务器实时接收到的两个相邻时间点的碾压机械位置坐标，动态计算当前时刻车辆速度，即两点距离除以时间间隔。
5.根据权利要求2所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，阶段6中所述的实时分析判断坝料卸料点是否匹配，包括如下步骤：
1)上坝运输车到达卸料点后，司机触发卸料开关，同时利用车载GPS确定卸料点位置，并将卸料点位置和该车编号发送到远程数据库服务器；在该仓面开始施工时，将上坝车辆编号和坝料来源及名称地绑定，从而确定该车所装载的坝料名称；
2)将卸料坐标点和施工仓面高程上所有大坝分区数字地图做图形包含分析，确定该卸料点所属的大坝分区；
3)由对应的大坝分区，根据大坝设计，确定所需坝料的名称；
4)将该车所装载的坝料名称和卸料点所在分区的所需坝料名称作匹配判断，考虑同一分区可对应多种坝料的情况，两者如一致，则说明卸料匹配；否则，说明卸料不匹配，即卸料地点错误；
5)如发生卸料不匹配，则实时地向相关人员的便携式PDA以及分控站和总控中心的监控终端计算机发出报警信息，指导卸料错误的纠正。
6.根据权利要求2所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，阶段7中所述的第一类报警是：通过安装在驾驶室的报警器，向司机发送报警信息和声音提示；同时，通过便携式PDA，将相同信息发送给坝面监理和施工管理人员；此外，在现场分控站和总控中心的监控终端计算机上，也发出相同报警信息。
7.根据权利要求2所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，阶段8中所述的实时计算施工质量参数包括碾压遍数、碾压高程、压实厚度在内的坝面碾压质量参数的实时计算，以及包括道路行车密度、运输上坝强度在内的运输上坝监控参数的实时计算。
8.根据权利要求7所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，所述的碾压遍数的计算是以像素为单位，以不同颜色表示碾压遍数，具体是碾压条带经过时给所覆盖的每个像素设置颜色属性，首先判断该像素当前颜色，换算得到当前颜色表示的碾压遍数数值，然后将当前碾压遍数数值加1对应的颜色赋予该像素，在查询遍数时，应用颜色值返回函数捕获鼠标所在位置像素的颜色值，显示该颜色值代表的碾压遍数；碾压条带是以碾压轨迹为轴线、以半碾轮宽向两边垂直扩展形成的碾压条带，视为线宽等于碾轮宽度的线段，应用移动画笔法进行绘制，不同碾压机轨迹定义为不同的色彩；碾压轨迹的组成单元是每秒钟的轨迹段，即相邻碾压机械位置点间的线段，其绘制采用线段生成技术中的Bresenham算法来实现；碾压高程的计算精确到像素，以灰度阶值表示碾压高程，具体是以时间顺序绘制带有高程信息的碾压条带在监控仓面单元平面上进行覆盖与叠加，取位于最上层的轨迹点为离散点进行高程数据的插值计算，依据插值结果对碾压条带覆盖区域内的每个像素进行灰度赋值，灰度区间对应高程区间，在查询高程时，应用灰度值返回函数拾取各像素的灰度值，将该灰度值转化为碾压高程数值；压实厚度是该仓面单元与其下层若干监控仓面单元竖向对应位置间碾压高程之差。
9.根据权利要求7所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，所述的运输上坝强度的计算是根据数据库服务器中的卸车记录，统计某一时段内上坝运输车辆的卸车次数，以及卸车车辆号，则可计算出该时段内某种坝料的上坝运输强度及总的上坝运输强度；所述的道路行车密度统计方法包括：
1)生成大坝料源料场和上坝运输道路的场地布置数字地图，并在需要监测的道路处设置监测标志线；
2)通过跟踪上坝运输车辆的行驶轨迹，采用两线相交的图形判别算法，动态判断所有车辆轨迹在设定时段间隔内与标志线的相交次数，即为该道路的双向行车密度。
10.根据权利要求2所述的心墙堆石坝施工质量实时监控方法，其特征在于，阶段12中所述的输出监控结果包括：反映超速和激振力状况的碾压轨迹线图、碾压遍数图、压实厚度图、压实高程图、卸料错误表、道路行车密度统计图和坝料运输上坝强度统计图。
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