CN105610653B - 基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置 - Google Patents

基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，包括触发按钮、第一无线电信号发射器、超声波发射器、第二无线电信号发射器、超声波接收器和移动终端，穿心锤被牵引向上撞击触发按钮，同时触发第一无线电信号发射器和超声波发射器发射脉冲，移动终端接收第一无线电信号发射器发射的脉冲并记录累计脉冲数N，超声波接收器接收超声波发射器发射的脉冲并触发第二无线电信号发射器向移动终端发射脉冲，由移动终端接收该脉冲并计算和记录地表以上触探杆的高度Hn，计算出相应岩/土层物理力学性质及承载力指标并通过互联网实时传输。本发明能直接获取原位的土层承载力信息和物理力学信息、确保结果准确性、及时提供测试成果。

Description

基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置
技术领域
本发明涉及工程地质行业的互联网技术，特别涉及一种基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，是对于岩土工程原位测试中动力触探(包括圆锥动力触探试验和标准贯入试验)中锤击次数N和贯入深度△H进行采集、计算和成果传输的自动装置。
背景技术
动力触探是岩土工程勘察中的一类原位测试方法，它可细分为“轻、中、重、超重”型四种圆锥动力触探(简称：DPT，落锤质量分别为10kg，28kg，63.5kg和120kg，落距分别为50cm，80cm，76cm和100cm)和标准贯入试验(简称：SPT，落锤质量为63.5kg，落距为76cm)，其中DPT和SPT的探头存在明显差异。该类原位测试是利用固定质量的落锤(能量固定)撞击与探杆相连接的标准规格(尺寸和形状等指标)的探头并使其贯入土(或松散岩)层中。土(或松散岩)层的物理力学性质特征决定了探头贯入土中的阻抗大小，这种阻抗大小可通过锤击次数N和贯入深度△h进行定量化判别。诸多工程实践表明，同一地区土(或松散岩)层的物理力学性质具有一定的规律性，动力触探探头贯入固定深度的锤击次数N和贯入深度△h与土层的特征具有紧密联系，因而，可以根据N值和△h值开展土(松散岩)层基于经验的“力学分层”、“粘性土液性指数IL判断”、“花岗岩类岩石风化程度判断”、“土(粉土或碎石土)的密实度判断”和“承载力反算”等。
动力触探试验需要记录每贯入某固定深度的锤击数，而基本上的记录过程都是通过人工方式完成的。对岩土工程来讲，动力触探结果锤击数的真实性或准确性与工程质量和建设成本关系密切，但是，人工记录锤击数的过程十分繁琐且容易出错。随着经济的发展，工程建设的数量和速度均快速上升，全面开展动力触探工作过程的监督检查工作也越来越困难。
总的来看，目前动力触探测试工作面临的主要问题是：①试验结果的可观性、真实性难以保证；②原位的土(或松散岩)层承载力信息无法在现场直接获取；③土(或松散岩)层的物理力学信息无法在现场直接获取；④同一钻孔所穿越的多个地层信息离散；⑤动力触探测试成果的提供明显滞后；⑥单次锤击的贯入深度无法精确获取。
因此，岩土工程界迫切需要一种能够实现实时自动采集测试数据、报告编写及成果传输的自动化系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可精确获取单次锤击的贯入深度、确保试验结果的准确性、能够直接获取原位的土(或松散岩)层承载力信息和物理力学信息、可整合多个地层信息且及时提供动力触探测试成果的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置。
本发明的上述目的可以通过以下方案实现：一种基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：它包括设于触探杆上且位于穿心锤上方的触发按钮、与触发按钮相连的第一无线电信号发射器和超声波发射器、置于地面上的第二无线电信号发射器和超声波接收器、主要由控制模块、与控制模块相连的人机交互接口、输出模块、储存有工作区域内岩/土层典型指标的数据存储模块和网络通信模块组成的移动终端，穿心锤被牵引向上撞击触发按钮，同时触发第一无线电信号发射器和超声波发射器发射脉冲，移动终端接收第一无线电信号发射器发射的脉冲并记录累计脉冲数N，而超声波接收器则接收超声波发射器发射的脉冲并触发第二无线电信号发射器向移动终端发射脉冲，由移动终端接收该脉冲并计算和记录地表以上触探杆的高度Hn(其中n代表第N次)，累计脉冲数N和触探杆的高度H均储存在数据存储模块中；通过人机交互接口输入动力触探测试项目编号，控制模块对累计脉冲数N和触探杆的高度H进行计算并生成测试类型所要求的标准深度的累计锤击数N-1和贯入深度△Hn-1(n-1代表第N-1次，即Hn-Hn-1)，将根据相关规范所确定的贯入深度的累计锤击数Np(计算式：Np＝N-1)和累计贯入深度hn-1(hn-1＝△H1+△H2+△H3+……+△Hn-1)与工作区域内的典型岩/土层指标进行比对，计算出相应的岩/土层物理力学性质及承载力指标，再发送至输出模块，所述输出模块根据要求形成成果并输出至网络通信模块，所述网络通信模块通过互联网将成果实时传输给客户和技术审核人员进行审核。
本发明所述的控制模块可以根据需要调取各类已有标准数据(如工作区岩/土层信息、岩/土层性质指标和类似地层承载力数值等)，具有按照相关要求开展运算等控制功能。本发明所述的移动终端至少包括一与上述各模块连接的单片机，即该单片机为控制模块。
本发明所述的第二无线电信号发射器和超声波接收器设置在一底座上。
本发明可以对于岩土工程原位测试中动力触探(包括圆锥动力触探试验和标准贯入试验)中锤击次数N和贯入深度△H进行自动精确采集、计算和成果传输，能够及时提供动力触探测试成果。本发明可直接获取原位的土(或松散岩)层承载力信息和物理力学信息，能够现场完成岩(土)层物理力学性质、状态和承载力的评价报告。本发明利用工作区域内的典型指标与实际的数据采集成果比对，并利用差值法反算出土层的物理力学性质及承载力指标，而且在动力触探测试过程中，同一钻孔往往会穿越多个性质存在明显差异的岩/土层，而这多个地层的信息也可能非常离散，通过本发明能够很好地整合多个地层信息，并以柱状图表的形式来表达。
作为本发明的一种实施方式，所述输出模块包括用于根据要求形成并输出所需图件的成图模块单元和用于形成岩/土层性质的评价报告的评价模块单元，所述评价模块单元将图件嵌入岩/土层性质的评价报告中形成成果。所述输出模块具有地层性质评价的功能。
作为本发明的一种改进，所述移动终端还包括现场信息获取模块，所述现场信息获取模块与所述控制模块连接，所述现场信息获取模块由用于定位现场坐标的GPS定位模块、用于通过网络通讯模块自动获取联网时间的时间获取模块单元和用于拍照获取工作场地环境信息的图像采集模块组成，所述GPS定位模块和时间获取模块单元将现场坐标和时间自动嵌入由图像采集模块所拍摄的照片中形成图片再传输至网络通信模块，或者所述图片经过控制模块处理后传输至输出模块的成图模块单元，由成图模块单元将图片嵌入岩/土层性质的评价报告中。
作为本发明的一种实施方式，所述人机接口包括用于输入动力触探测试项目编号的输入模块单元和显示模块单元。所述输入模块单元采用键盘列阵。
作为本发明的一种实施方式，所述网络通信模块包括UART串口模块单元、WIFI通信模块单元和BT4.0蓝牙通信模块单元。根据需要还可以配置移动通讯模块单元(如GPRS、GSM、TBSCDMA或LTE等)和USB串口模块单元(如PC端USB或MICROUSB)。
作为本发明的一种实施方式，所述数据存储模块包括FLASH模块单元、EEPROM模块单元和DDRAM模块。根据具体需要还可以配置MICROSD模块单元和/或TIF模块单元。
作为本发明的一种实施方式，所述触发按钮、第一无线电信号发射器和超声波发射器设置在套固于触探杆上的工作盘上，其中，所述触发按钮位于工作盘的下盘面上，所述工作盘的盘面上具有一对用于穿过动力触探设备的牵引线的缺口。
本发明所述成果通过互联网传送至客户和技术审核人员的邮箱、手机和平板电脑，也可以是其它的接收装置。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的技术效果：
⑴本发明可以对于岩土工程原位测试中动力触探(包括圆锥动力触探试验和标准贯入试验)中锤击次数N和贯入深度△H进行自动精确采集、计算和成果传输，能够及时提供动力触探测试成果。
⑵本发明可直接获取原位的土(或松散岩)层承载力信息和物理力学信息，能够现场完成岩(土)层物理力学性质、状态和承载力的评价报告。
⑶本发明利用工作区域内的典型指标与实际的数据采集成果比对，并利用差值法反算出土层的物理力学性质及承载力指标，而且本发明能够很好地整合多个地层信息，并以柱状图表的形式来表达。
⑷本发明可以提供符合所有动力触探原位测试通用的电子编录表格，提供可供编辑和二次开发的“工作程序和内容(包括各类数据和照片等)”，提供编录技术人员根据测试类型(具体包括“轻、中、重、超重”型四种DPT和标准贯入试验SPT)灵活选择工作模式的自主性，提供录入附近一定区域内已有工程的类似岩(土)层“击数-物理力学指标”对应关系的模板，提供完整的现场记录数据及单个钻孔、单个工点和整个工程项目原位测试结果的图件及评价报告，提供工作环境和工作时间的获取功能，提供室内与现场的交流功能，提高工程地质动力触探原位测试结果的准确性、可靠性、及时性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的组成结构示意图；
图2本发明移动终端的组成框图。
具体实施方式
现有的动力触探设备包括触探杆15、活动套设在触探杆15上的穿心锤12、与穿心锤12连接的牵引机构和固定在触探杆15上的锤垫9，锤垫9处于穿心锤12的下方，触探杆15的下端为动力触探探头，通过牵引机构的牵引线7拉动穿心锤12向上升起，再撤销拉力使穿心锤12自由下落在锤垫9上，带动触探杆15向地面内贯入，从而完成一次锤击，重复操作以实现多次连续锤击。
如图1和2所示，是本发明一种基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，它包括设于触探杆15上且位于穿心锤12上方的触发按钮11、与触发按钮11相连的第一无线电信号发射器和超声波发射器16、置于地面上的第二无线电信号发射器和超声波接收器14(第二无线电信号发射器和超声波接收器设置在一底座上)、主要由控制模块、与控制模块相连的人机交互接口、具有地层性质评价功能的输出模块、储存有工作区域内岩/土层典型指标的数据存储模块、网络通信模块和现场信息获取模块组成的移动终端13，穿心锤12被牵引向上撞击触发按钮11，同时触发第一无线电信号发射器和超声波发射器16发射脉冲，移动终端13接收第一无线电信号发射器发射的脉冲并记录累计脉冲数N(按照图1中的A向)，而超声波接收器则接收超声波发射器16发射的脉冲(按照图1中的B向)并触发第二无线电信号发射器向移动终端13发射脉冲(按照图1中的C向)，由移动终端13接收该脉冲并计算和记录地表以上的触探杆15的高度H，累计脉冲数N和触探杆15的高度H均储存在数据存储模块中；通过人机交互接口输入动力触探测试项目编号，控制模块对累计脉冲数N和地表以上触探杆15的高度H进行计算并生成测试类型所要求的标准深度的累计锤击数Np和贯入深度△Hn-1(n-1代表第N-1次，即Hn-Hn-1)，将根据相关规范所确定的贯入深度的累计锤击击数Np和累计贯入深度hn-1(hn-1＝△H1+△H2+△H3+……+△Hn-1)与工作区域内的岩/土层典型指标对应计算出相应的岩/土层物理力学性质及承载力指标，再发送至输出模块，输出模块根据要求形成成果并输出至网络通信模块，网络通信模块通过互联网将成果实时传输给客户和技术审核人员进行审核，具体可发送至邮箱、手机或平板电脑，还可以是其它的接收装置。本发明是利用超声波进行距离测定，即测量超声波发射器与超声波接收器之间的距离，进而得到地表以上触探杆的高度H；触发按钮11、第一无线电信号发射器和超声波发射器设置在套固于触探杆15上的工作盘10上，其中，触发按钮11位于工作盘10的下盘面上，工作盘10的盘面上具有一对用于穿过动力触探设备的牵引线7的缺口。第二无线电信号发射器和超声波接收器14设于底座上，可以放置在触探杆的旁侧，也可以距离触探杆一定距离，该距离需要进行测量并通过人机交互接口输入进移动终端。
人机接口包括用于输入动力触探测试项目编号的输入模块单元和显示模块单元，其中，输入模块单元采用键盘列阵。
控制模块可以根据需要调取已有数据(如工作区岩(土)层信息、岩(土)层性质指标和类似地层承载力数值等)，具有按照相关要求开展运算等控制功能。
输出模块包括用于根据要求形成并输出所需图件的成图模块单元和用于形成岩/土层性质的评价报告的评价模块单元，评价模块单元将图件嵌入岩/土层性质的评价报告中形成成果。
现场信息获取模块，如数码相机感光器件，由用于定位现场坐标的GPS定位模块、用于通过网络通讯模块自动获取联网时间的时间获取模块单元和用于拍照获取工作场地环境信息的图像采集模块组成，GPS定位模块和时间获取模块单元将现场坐标和时间自动嵌入由图像采集模块所拍摄的照片中形成图片再传输至网络通信模块，或者图片经过控制模块处理后传输至输出模块的成图模块单元，由成图模块单元将图片嵌入岩/土层性质的评价报告中。
网络通信模块包括UART串口模块单元、WIFI通信模块单元和BT4.0蓝牙通信模块单元。根据需要还可以配置移动通讯模块单元(如GPRS、GSM、TBSCDMA或LTE等)和USB串口模块单元(如PC端USB或MICROUSB)。数据存储模块包括FLASH模块单元、EEPROM模块单元和DDRAM模块。根据具体需要还可以配置MICROSD模块单元和/或TIF模块单元。以上各模块单元均为现有技术。
如图2所示，移动终端中各模块的连接方式如下：单片机和键盘列阵的连接方式1是：UART；单片机和网络通信模块的连接方式2是：UART；单片机和数据存储模块的连接方式3是：P3.2-P3.3；图像采集模块和单片机的连接方式4是：P2；输出模块和单片机的连接方式5是：P1；GPS定位模块和单片机的连接方式6是：UART。以上连接方式均为现有技术。
本发明的工作过程如下：牵引装置连接穿心锤向上运动并撞击触发按钮，第一无线电信号发射器向移动终端发射脉冲并被移动终端所接收并记录累计脉冲数N(N-1即为实际锤击击数)；与此同时，超声波发射器也发射脉冲并被超声波接收器所接收，进而触发第二无线电信号发射器发出脉冲并被移动终端所接收计算并记录下地表以上触探杆的高度H和贯入深度△Hn-1(累计贯入深度hn-1＝△H1+△H2+△H3+……+△Hn-1)；如此反复工作，最终的“N-1”和hn-1即为动力触探的锤击数和累计贯入深度。根据锤击数“N-1”和累计贯入深度hn-1，移动终端计算出累计贯入深度hn-1、单次技术的平均贯入深度△h和测试类型所要求的标准深度的累计击数Np(Np＝N-1)，据此与相应地层的典型指标进行对应计算出相应的岩/土层物理力学性质及承载力指标，最终显示出来评价结果(包括物理力学性质、状态和承载力等指标)并形成相应的文字报告，文字报告通过互联网传送给相关部门的邮箱、手机和平板电脑等接收装置。本发明适用于“轻、中、重、超重”型四种圆锥动力触探(DPT)和标准贯入试验(SPT)，将根据预先设置的动探类型确定最终贯入深度，尤其是标准贯入测试的最终报告仅对15～45cm贯入深度的相关指标进行评价(前0～15cm贯入情况仅记录下来用作参考)，到达预定深度后将由移动终端提醒结束工作。
本发明具有以下功能：可以提供符合所有动力触探原位测试通用的电子编录表格，提供可供编辑和二次开发的“工作程序和内容(包括各类数据和照片等)”，提供编录技术人员根据测试类型(具体包括“轻、中、重、超重”型四种DPT和标准贯入试验)灵活选择工作模式的自主性，提供录入附近一定区域内已有工程的类似岩(土)层“击数-物理力学指标”对应关系的模板，提供完整的现场记录数据及单个钻孔、单个工点和整个工程项目原位测试结果的图件及评价报告，提供工作环境和工作时间的获取功能，提供室内与现场的交流功能。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：它包括设于触探杆上且位于穿心锤上方的触发按钮、与触发按钮相连的第一无线电信号发射器和超声波发射器、置于地面上的第二无线电信号发射器和超声波接收器、主要由控制模块、与控制模块相连的人机交互接口、输出模块、储存有工作区域内岩/土层典型指标的数据存储模块和网络通信模块组成的移动终端，穿心锤被牵引向上撞击触发按钮，同时触发第一无线电信号发射器和超声波发射器发射脉冲，移动终端接收第一无线电信号发射器发射的脉冲并记录累计脉冲数N，而超声波接收器则接收超声波发射器发射的脉冲并触发第二无线电信号发射器向移动终端发射脉冲，由移动终端接收该脉冲并计算和记录地表以上触探杆的高度H，累计脉冲数N和触探杆的高度H均储存在数据存储模块中；通过人机交互接口输入动力触探测试项目编号，控制模块对累计脉冲数N和触探杆的高度H进行计算并生成测试类型所要求的标准深度的累计锤击数Np和累计贯入深度hn-1，将Np和hn-1与工作区域内的岩/土层典型指标进行比对，计算出相应的岩/土层物理力学性质及承载力指标，再发送至输出模块，所述输出模块根据要求形成成果并输出至网络通信模块，所述网络通信模块通过互联网将成果实时传输给客户和技术审核人员进行审核。
2.根据权利要求1所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述输出模块包括用于根据要求形成并输出所需图件的成图模块单元和用于形成岩/土层性质的评价报告的评价模块单元，所述评价模块单元将所述图件嵌入岩/土层性质的评价报告中形成所述成果。
3.根据权利要求2所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述移动终端还包括现场信息获取模块，所述现场信息获取模块与所述控制模块连接，所述现场信息获取模块由用于定位现场坐标的GPS定位模块、用于通过网络通讯模块自动获取联网时间的时间获取模块单元和用于拍照获取工作场地环境信息的图像采集模块组成，所述GPS定位模块和时间获取模块单元将现场坐标和时间自动嵌入由图像采集模块所拍摄的照片中形成图片再传输至网络通信模块，或者所述图片经过控制模块处理后传输至输出模块的成图模块单元，由成图模块单元将图片嵌入岩/土层性质的评价报告中。
4.根据权利要求3所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述人机交互接口包括用于输入动力触探测试项目编号的输入模块单元和显示模块单元。
5.根据权利要求4所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述网络通信模块包括UART串口模块单元、WIFI通信模块单元和BT4.0蓝牙通信模块单元。
6.根据权利要求5所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述网络通信模块还包括移动通讯模块单元和USB串口模块单元。
7.根据权利要求6所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述数据存储模块包括FLASH模块单元、EEPROM模块单元和DDRAM模块单元。
8.根据权利要求7所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述数据存储模块还包括MICROSD模块单元和/或TIF模块单元。
9.根据权利要求8所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述触发按钮、第一无线电信号发射器和超声波发射器设置在套固于触探杆上的工作盘上，其中，所述触发按钮位于工作盘的下盘面上，所述工作盘的盘面上具有一对用于穿过动力触探设备的牵引线的缺口。
10.根据权利要求9所述的基于互联网的动力触探测试数据采集及成果实时传输装置，其特征在于：所述成果通过互联网传送至客户和技术审核人员的邮箱、手机或平板电脑。
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