CN105975222B - 灌浆抬动曲线特征打印方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灌浆抬动曲线特征打印方法及系统，以节约打印耗材、直观显示抬动的变化模态。本发明公开的灌浆抬动曲线特征打印方法包括：对存储器进行分区，存储区一用于存储灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，存储区二用于存储灌浆抬动曲线打印数据；获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，并通过数据特征提取算法将所述存储区一的原始数据压缩存储至所述存储区二；将所述存储区二的压缩数据作为打印数据输出。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种灌浆抬动曲线特征打印方法及系统。
背景技术
大坝灌浆过程中，灌浆液通过灌浆泵压入裂隙岩体中，以此来加固大坝基础，提高基础的防渗，堵漏能力。研究表明，过大的灌浆压力将引起裂隙地层产生较大的垂直位移(这种垂直方向的位移变化称之为抬动位移，当灌浆压力增大到一定程度，过大抬动值将引起灌浆区域地质条件的破坏，导致周边的建筑和居住人员的安全问题，需进行二次灌浆修复，浪费大量的人力和财力。因此，灌浆抬动值是灌浆工程中的一个重要监测参数。
随着计算机技术、传感器器技术的发展，灌浆抬动监测技术取得了很大的改进。基于光栅传感器或容栅传感器的灌浆抬动监测仪实现了微米级位移的转化，并实现了数据的自动采集，报警及存贮及基本的打印功能，大大节约了人力花费，并提高了记录的准确性。灌浆抬动监测除了在线显示抬动监测量外，常常需将测量数据用打印机打印输出，最直接的方法是打印出抬动变化曲线，便于现场工程师和监理人员直观的了解灌浆抬动的变化趋势。许多抬动监测系统(见四参数灌浆记录仪，授权公告号CN 201488746 U,无线抬动记录仪,授权公告号CN 202039389,U)设计了抬动位移打印功能。参考文献{一种新型的灌浆施工抬动观测方法及装置}中的采样率开展计算，一秒钟采集10个抬动位移数据样本，若不开展数据处理，那么一个每小时至少要采集36000个数据，现行的通用微型打印机，垂直打印点距为180点/英寸，打印纸宽表示位移量，打印数据点的数目决定耗用打印纸长度。若将一个小时的数据曲线完整打印出来，将耗费纸张长度为2.54×36000÷180＝508厘米。一天以监测八小时为例，需要的打印纸长度为4014厘米。这一方面耗费了大量的纸张和其它耗材(墨盒、色带等)，另一方面也不便于工程师观察出抬动的变化特征。其实在灌浆工程中，当岩体裂隙在弹性变化范围内，测量到的抬动量变化变化很小，但灌浆压力控制不当或灌浆压力增大到一定程度，抬动曲线才会有较明显的变化，然后减少灌浆压力，抬动值也会减少。抬动曲线的变化特征是地质条件和灌浆压力控制的综合反映。如能将一个小时的抬动数据进行特征提取，将相似的曲线变化特征压缩打印在10厘米左右的打印纸上。这样既能节约纸张，又能让工程师一目了然的看到这段时间抬动的变化模态，为灌浆参数的优化设计、控制奠定基础。
发明内容
本发明目的在于公开一种灌浆抬动曲线特征打印方法及系统，以节约打印耗材、直观显示抬动的变化模态。
为实现上述目的，本发明公开的灌浆抬动曲线特征打印方法，包括：
对存储器进行分区，存储区一用于存储灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，存储区二用于存储灌浆抬动曲线打印数据；
获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，并通过数据特征提取算法将所述存储区一的原始数据压缩存储至所述存储区二；
将所述存储区二的压缩数据作为打印数据输出。
为实现上述目的，本发明还公开一种灌浆抬动曲线特征打印系统，包括：
模块一，用于对存储器进行分区，存储区一用于存储灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，存储区二用于存储灌浆抬动曲线打印数据；
模块二，用于获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，并通过数据特征提取算法将所述存储区一的原始数据压缩存储至所述存储区二；
模块三，用于将所述存储区二的压缩数据作为打印数据输出。
本发明具有以下有益效果：
既能保存抬动曲线的变化特征，方便直观地观测抬动的变化模态；又能节约大量的打印耗材，一举两得。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例公开的灌浆抬动曲线特征打印方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种灌浆抬动曲线特征打印方法，如图1所示，包括：
步骤S1、对存储器进行分区，存储区一用于存储灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，存储区二用于存储灌浆抬动曲线打印数据。
较佳的，该步骤还包括：对所述存储区一和存储区二分成存储块，以供下述步骤S2将所述原始数据样本及压缩数据按时段分别存储在所述存储区一和存储区二的对应存储块。
步骤S2、获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，并通过数据特征提取算法将存储区一的原始数据压缩存储至存储区二。
该步骤中，可选的，数据特征提取算法可采用Ramer-Douglas-Peucker算法。该算法的部分原理可参照2005年第2期《铁道勘察》期刊中的“矢量曲线压缩算法与实现”，作者为：贾利峰、齐华。
进一步的，与上述按时段将数据对应存储块存放相对应的，该步骤可依据对应存储块原始采样数据的最大值与最小值之差分别确定各存储块所对应的数据特征提取算法的压缩阀值；例如：对应各存储块的压缩阀值为最大值与最小值之差的四分之一。本发明中，压缩的基本思想是：以时间轴为横坐标，抬动位移为纵坐标，找出与首尾两采样点连线垂直距离最大的中间采样点，判断该中间采样点到两端点连线的垂直距离是否大于给定的阈值(为描述方便，该阈值在本发明中被称为“压缩阀值”，后续不再赘述)，若是，则保留该点，并以该点为界，将曲线分成两部分重复上述操作(具体可参照上述引证期刊中图1的图示及其说明)，否则，舍去首尾两采样点之间所有的采样点，所谓压缩阀值即用于确定相应采样数据点的抬动位移是否保留。藉此，压缩阀值来源于每段数据的自身变化量，相对于常规方法中取一个固定阀值而言具有较好的自适应性；能较好的描述每段数据的变化特征，又能达到节约纸张及避免压缩过度的目的。
而且，更进一步的，本实施例还可以对上述压缩阀值(即初始压缩阀值)做进一步优化。具体包括：统计上段所述“压缩阀值”所对应的打印数据点个数，当该打印数据点个数大于或小于设定的范围时，调整该压缩阀值并基于调整后的压缩阀值重新进行数据特征提取，直至打印数据点个数满足该设定的范围，以得到各时段/各存储块所对应更妥一点的压缩阀值(即最终的压缩阀值)。其中，所设定的打印点个数的范围根据打印纸张的大小及用户的需求进行确定。具体调整方式是：如果压缩过度，所对应的打印数据点个数就少，则采用减少一点压缩阀值的调整方式，假如压缩不够，所对应的打印数据点个数就可能超出纸张大小，则采用增大一点压缩阀值的调整方式。例如，该打印纸张的显示要求如果是将一个小时的数据用一张A4的纸能打印出来，纸长29.7CM，减去上下空白长度4CM，剩下25.7CM，垂直打印点距设为180点/英寸，那么一张纸最大的打印数据点个数大约为1800个数据点，即使以此作为打印数据输出点范围的最大值，其相比于背景技术中一小时需采集36000个数据点而言，最终打印的数据点数量缩减了近20倍。可选的，上述所设定的打印数据点的范围具体根据打印纸张大小和用户喜好进行确定，例如，可具体为600至1200之间。下述举例做进一步说明：
假设压缩阀值A，比如0.5微米，对应的打印数据输出量是600个数据点，压缩阀值B，比如0.25微米，对应的打印数据输出量是1200个数据点，现在打印纸张理想的数据点个数是900左右，则可以尝试把最终的压缩阀值调整成0.4微米。在本实施例上述方法的具体执行过程中，其执行主体可以是计算机系统(可选的，该系统可以集成在灌浆抬动监测仪上)，考虑到灌浆抬动监测仪的光栅传感器或容栅传感器采集的数据通常是电平性质的原始数据样本,例如相应传感器采用的是232接口，而计算机多为USB接口，两者之间可采用232转USB接口线连接传感器与计算机，为数据的传输做好物理连接。即上述步骤获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本之前，还包括：通过灌浆抬动监测仪的光栅传感器或容栅传感器采集电平性质的原始数据样本,并将所述电平性质的原始数据样本转换成串口数据，以供计算机等利用串口读数控件SSCOM接收串口数据。其中，灌浆抬动监测仪工作时，灌浆区域岩体的垂直位移传递给光栅传感器或容栅传感器的移动轴上，从而将地层位移的变化转为传感器的位移变化。有关灌浆抬动检测仪的结构、原理及安装使用为现有技术，可参照授权公告号CN 201488746 U、CN 202039389 U等专利，在此不做赘述。
较佳的，该步骤在获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本后，还可以进一步包括：
将实时采样的原始数据与抬动预警值进行比较，当实时采样的原始数据大于抬动预警值时，输出告警。输出告警的同时，可触发下述步骤S3的打印操作。
步骤S3、将存储区二的压缩数据作为打印数据输出。即建立存储块二中的各存储块与打印机接口的映射关系。
综上，本实施例公开的灌浆抬动曲线特征打印方法，方便直观地观测抬动的变化模态；又能节约大量的打印耗材，一举两得。
实施例2
与上述实施例1相对应的，本实施例公开一种灌浆抬动曲线特征打印系统，至少包括下述模块一至三：
模块一，用于对存储器进行分区，存储区一用于存储灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，存储区二用于存储灌浆抬动曲线打印数据。
模块二，用于获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，并通过数据特征提取算法将存储区一的原始数据压缩存储至存储区二；可选的，该数据特征提取算法可采用Ramer-Douglas-Peucker算法。
模块三，用于将存储区二的压缩数据作为打印数据输出。
较佳的，上述模块一还用于对上述存储区一和存储区二分成存储块；上述模块二还用于将上述原始数据样本及压缩数据按时段分别存储在上述存储区一和存储区二的对应存储块，并依据对应存储块原始采样数据的最大值与最小值之差分别确定各存储块所对应的数据特征提取算法的压缩阀值：例如，上述对应各存储块的压缩阀值取值为最大值与最小值之差的四分之一。进一步的，该模块二还用于统计该压缩阀值所对应的打印数据点个数，当该打印数据点个数大于或小于设定的范围时，调整该压缩阀值并基于调整后的压缩阀值重新进行数据特征提取，直至打印数据点个数满足该设定的范围。进一步的，该模块二还用于在获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本后，还将实时采样的原始数据与抬动预警值进行比较，当实时采样的原始数据大于抬动预警值时，输出告警。
较佳的，本实施例的系统还包括：
模块四，用于通过灌浆抬动监测仪的光栅传感器或容栅传感器采集电平性质的原始数据样本，并将上述电平性质的原始数据样本转换成串口数据供上述模块二获取。
本实施例公开的灌浆抬动曲线打印系统，既能保存抬动曲线的变化特征，方便直观地观测抬动的变化模态；又能节约大量的打印耗材，一举两得。而且，采用本发明实施例的该系统，具有自身的数据获取及处理机制，可以摆脱对专属微型打印机的依赖，普通打印机即能满足打印需求。
实施例3
本实施例是以计算机基于Matlab软件平台和/或Delphi软件平台实现上述实施例1的流程，并具体参数化，有关系统的框架及其流程可参阅上述实施例1和2，在本实施例中不做赘述。
具体的：光栅传感器或容栅传感器以向232接口传输数据，每次测量抬动位移格式为#02315。#表示一个位移量的起始字符，位移值大小用五位BCD码表示，高位不足用0表示，02315表示抬动位移量为2315微米，若下一个数据为#12315，则表示抬动位移量为12315微米。计算机利用串口读数控件SSCOM接收串口数据后。计算机串口通信的波特率为2400，采用较低的波特率有利于数据的稳定传输，每帧字符长度为10bit，每个抬动位移数据为六个字符长度，如#02315，那么理论上一秒钟可以监测到2400÷(6×10)＝40个抬动位移数据。实际上位机读数参照DLT 5148—2001《水工建筑物水泥灌浆施工规范》和上述提供文献资料，计算机系统每秒钟接收20个数据完全符合抬动连续监测要求。
参照DLT 5148—2001标准，计算机通过串口一小时可以接收60*60*20＝72000个数据。并监控每小时的最大位移量和最小位移量。在该数据获取过程中，还一并将实时采样数据与工程抬动预警值进行比较，若大于预警值，则驱动电脑报警，让工程师适当调整灌浆压力。并将72000个实时数据及最大最小位移量用一个单独的文本文件保存下来(不足一小时没有影响，停止监控时，若没有工作一个小时，比如说只采样了2个数据样本，也保存为一个独立文本)。然后基于RDP(Ramer-Douglas-Peucker)数据特征提取算法对每个文本文件的数据进行数据处理，经过这个算法的处理，一些数据可以忽略，这样就可以大大压缩打印数据，既节约打印耗材又能方便看到抬动位移量变化趋势。每个保存原始采样数据的文本文件对应一个相应的数据压缩文件，当按下打印控制键后，调动存储区二中相应存储块的压缩文本数据，送到打印机口进行打印。该算法的部分原理实现可参照2005年第2期《铁道勘察》期刊中的“矢量曲线压缩算法与实现”，作者为：贾利峰、齐华。其中，主要的数据压缩算法如下：
步骤(1)：依据每个文本内的最大值和最小值的差的四分之一来确定一个压缩阀值(epsilon)。
步骤(2)：确定好压缩阀值后，将所有实时采样数据看成一个向量组V(不包括计算得到的最大值和最小值，数据的长度为length),首先取出每个文本的首尾两个数据作为初始数据连线(该算法中首尾两个数据一定要打印出来,初始数据记为v[0]，最后一个数据记作v[length-1])，若length<3，表明该文本只有两个数据，则直接连接首尾。
步骤(3)：若数据样本大于等于3，首先取出每个文本的首尾两个数据作为初始数据连线(该算法中首尾两个数据一定要打印出来,初始数据记为v[0]，最后一个数据记作v[length-1])；然后寻找距离该连线(L1)最大的数据点(标记为DK)，并计算DK到L1的距离，若该距离大于给定压缩阀值，保留该点(记做v[i])，将整个曲线以v[i]为分界点，分为两部分，一部分以v[0]v[i]为连线，另一部分以v[i]v[length-1]为连线，分别在两个区域内重复上述操作，直到所有区域最后只剩下两个点。
该步骤(3)中，计算点到线段的距离为本领域技术人员的公知常识，在此不做赘述；而找出距离已知连线距离最大点的方法可以是，首先设置一个初始距离变量(记为dist＝0),按照数据依次计算，每个点到已知连线的距离(记为cDist)，若cDist>dist，就令dist＝cDist；并记下当前位置index＝i，当i从0依次加1，直到length-1(该描述针对的是第一次针对(L1)的连线，其中，当确定新的分界点之后，其具体对应的连线及对应的遍历距离做相应调整)，这样表示所有的点距离已知线段的距离查找完毕，此时的dist一定为到已知线段的距离的最大距离。其中，若DK到L1的距离小于给定压缩阀值，忽略该点，直接以首尾连线作为最终的打印线。
此外，具体打印时，还可以连同抬动曲线(具体表现形式可以是：前后两点数据之间用直线连线，横坐标表示数据的首尾时间)及压缩阀值，一并将最终所打印曲线各点的抬动值及其时间列表打印出来，且为便于观测，优先打印各时段分段数据的最大值和最小值，其余按照时间先后顺序依次排列，也可以直接在抬动曲线上显示各点的抬动值及其时间，而省略相关的列表。值得说明的是：上述举例中所对应时段(1小时)的压缩阀值也是可调整的，调整方式同实施例1和2，具体包括：统计该压缩阀值所对应的打印数据点个数，当该打印数据点个数大于或小于设定的范围时，调整该压缩阀值并基于调整后的压缩阀值重新进行数据特征提取，直至打印数据点个数满足该设定的范围。
本领域技术人员可以理解实施例中的系统中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种灌浆抬动曲线特征打印方法，其特征在于，包括：
对存储器进行分区，存储区一用于存储灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，存储区二用于存储灌浆抬动曲线打印数据；
获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，并通过数据特征提取算法将所述存储区一的原始数据压缩成灌浆抬动曲线后，存储至所述存储区二；对所述存储区一和存储区二分成存储块；将所述原始数据样本及压缩数据按时段分别存储在所述存储区一和存储区二的对应存储块；依据对应存储块原始采样数据的最大值与最小值之差分别确定各存储块所对应的数据特征提取算法的压缩阀值；
将所述存储区二的压缩数据作为打印数据输出。
2.根据权利要求1所述的灌浆抬动曲线特征打印方法，其特征在于，所述数据特征提取算法采用Ramer-Douglas-Peucker算法。
3.根据权利要求2所述的灌浆抬动曲线特征打印方法，其特征在于，还包括：统计该压缩阀值所对应的打印数据点个数，当该打印数据点个数大于或小于设定的范围时，调整该压缩阀值并基于调整后的压缩阀值重新进行数据特征提取，直至打印数据点个数满足该设定的范围。
4.根据权利要求1至3任一所述的灌浆抬动曲线特征打印方法，其特征在于，所述获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本之前，还包括：
通过灌浆抬动监测仪的光栅传感器或容栅传感器采集电平性质的原始数据样本,并将所述电平性质的原始数据样本转换成串口数据；以及
所述获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本后还包括：
将实时采样的原始数据与抬动预警值进行比较，当实时采样的原始数据大于抬动预警值时，输出告警。
5.一种灌浆抬动曲线特征打印系统，其特征在于，包括：
模块一，用于对存储器进行分区，存储区一用于存储灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，存储区二用于存储灌浆抬动曲线打印数据；所述模块一还用于对所述存储区一和存储区二分成存储块；
模块二，用于获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本，并通过数据特征提取算法将所述存储区一的原始数据压缩成灌浆抬动曲线后，存储至所述存储区二；所述模块二还用于将所述原始数据样本及压缩数据按时段分别存储在所述存储区一和存储区二的对应存储块，并依据对应存储块原始采样数据的最大值与最小值之差分别确定各存储块所对应的数据特征提取算法的压缩阀值；
模块三，用于将所述存储区二的压缩数据作为打印数据输出。
6.根据权利要求5所述的灌浆抬动曲线特征打印系统，其特征在于，所述数据特征提取算法采用Ramer-Douglas-Peucker算法。
7.根据权利要求6所述的灌浆抬动曲线特征打印系统，其特征在于，所述模块二还用于统计该压缩阀值所对应的打印数据点个数，当该打印数据点个数大于或小于设定的范围时，调整该压缩阀值并基于调整后的压缩阀值重新进行数据特征提取，直至打印数据点个数满足该设定的范围。
8.根据权利要求5至7任一所述的灌浆抬动曲线特征打印系统，其特征在于，还包括：
模块四，用于通过灌浆抬动监测仪的光栅传感器或容栅传感器采集电平性质的原始数据样本，并将所述电平性质的原始数据样本转换成串口数据供所述模块二获取；
其中，所述模块二还用于在获取灌浆抬动监测仪采样的原始数据样本后，还将实时采样的原始数据与抬动预警值进行比较，当实时采样的原始数据大于抬动预警值时，输出告警。
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