CN106681223A - 一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统及其方法监控，系统包括洒水车、GPS差分基准站、应用服务器、数据库服务器和监控终端，洒水车上设置有GPS定位装置、GPS天线、无线网络数传设备、流量计和流量控制阀；通过本发明方法能够对坝面单位面积理论洒水量、坝面洒水总量进行计算，从而设定加水标准，并对实际洒水量进行监控，并对撒水量不合格部位发出报警，提示现场施工人员和管理人员，以便保证坝面洒水量；此外，利用本发明可生成坝面洒水量图形报告，将坝面的洒水情况进行直观形象的展示，作为坝面施工质量评定及验收的辅助材料。

Description

一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统及其监控方法

技术领域

本发明属于水利工程中堆石坝坝面洒水质量控制领域，具体的说，是涉及一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统及其监控方法。

背景技术

堆石坝是由由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。堆石坝一般采用分层填筑，分层压实的施工工艺，对坝面施工质量的控制直接影响到大坝的安全稳定，堆石料含水率控制是施工质量控制的关键环节，堆石料加水可使石料颗粒表面由干燥状态变为湿润状态，使颗粒间摩擦力减小，有利于相互充填增大密度；其次，也可以使某些软岩颗粒浸润、软化，在压实过程完成破碎、变形，达到减小坝体蓄水运行过程中发生变形的目的，有利于坝体的稳定；此外，水在石料空隙中流动，携带颗粒移动，有利于相互充填增大密度。堆石坝坝料加水作为大坝填筑施工的重要环节，包括坝外加水和坝面加水两部分。

目前，很多学者对堆石坝坝料加水进行了深入研究。郭庆国对堆石料加水和不加水进行了对比实验研究，并从土石体的结构特性、压实原理、水在土体压实中的作用等方面对加水问题进行了研究,揭示了水对压实土体的影响，但是该研究未能对含水率控制提出施工中的方案；刘增峰，李昌凯，姚亚军等对运输车坝外移动加水站进行了研究；贺文涛研究了运输车坝外自动加水系统。另发明专利《堆石坝料用移动加水站》(CN201010106576.8)对运输车坝外移动加水站进行了详细描述；实用新型专利《一种筑坝料加水装置》(CN201320727601.3)和《石料自动加水装置》(CN201420799567.5)对两种运输车坝外固定加水站进行了详细描述；

上述研究多集中在坝外加水控制，对于坝面加水控制领域较少有研究；目前堆石坝坝面主要靠洒水车进行加水，但存在坝面加水不均匀和加水总量不够等问题，现场对加水量缺乏准确的控制标准和控制手段。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种实时、准确、自动化的堆石坝坝面洒水量智能监控系统及其监控方法，旨在对坝面任意位置加水量进行准确记录和精细化监控，同时开发报警功能，为坝面洒水量的计量和质量控制提供科学的技术方法。

通过本发明方法能够对坝面单位面积理论洒水量、坝面洒水总量进行计算，从而设定加水标准，并对实际洒水量进行监控，并对撒水量不合格部位发出报警，提示现场施工人员和管理人员，以便保证坝面洒水量；此外，利用本发明可生成坝面洒水量图形报告，将坝面的洒水情况进行直观形象的展示，作为坝面施工质量评定及验收的辅助材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统，包括洒水车、GPS差分基准站、应用服务器、数据库服务器和监控终端，所述洒水车上设置有GPS定位装置、GPS天线、无线网络数传设备、流量计和流量控制阀；所述应用服务器包括洒水量智能监控系统服务端，用于解析洒水车数据和分析坝面洒水情况；所述数据库服务器包括SQL server数据库，用于洒水车和坝面洒水分析数据的存储；监控终端包括安装于PC上的洒水量智能监控系统客户端，用于了解应用服务器中服务端对坝面洒水量的分析结果和坝面洒水情况。该系统可实现数据收发、数据处理、信息反馈和成果输出功能。

一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统的监控方法，包括以下步骤：

(1)实时获取洒水车的动态数据，包括：洒水作业时的流量数据、洒水车的瞬时位置及速度；

(2)根据规划坝面面积A、铺料厚度h、料源含水率a和坝区气象信息，计算坝面单位面积洒水量和总量，并作为洒水控制标准；

(3)应用服务器对接收到的实时数据进行处理和分析，对单位面积加水量和加水总量进行实时判断，对不合格情况发出报警，并将实时数据存储到数据库服务器；

(4)应用服务器实时判断洒水车所在位置洒水量情况，当判断洒水合格或者不在坝面内时，向洒水车无线网络数传设备发出指令，关闭洒水水管阀门；

(5)监控终端通过监控界面的实时刷新，以图形形式展现坝面任意位置洒水量情况，坝面洒水结束后，生成坝面洒水量图形报告，展示坝面任意位置洒水量，从而为坝面洒水质量提供评判依据。

步骤(2)中坝区气象信息包括温度b、风速c和降雨量d。

步骤(2)中，将单位面积洒水量作为洒水车作业时的过程控制，以实现对洒水过程的实时精细化控制，坝面某位置t时刻的应洒水量计算公式为：

q(t)＝α·h·s-a·h·s+f(b,c,d,t)·h·s

其中，s为洒水单位面积，α为现场控制标准最大含水率，f(b,c,d,t)为含水率随时间蒸发函数，其函数表达式可根据现场实测获得；

步骤(2)中，坝面洒水总量作为坝面整体加水情况的控制标准，建立于单位面积洒水量合格的基础上，计算公式为：

通过手持PDA采集料源含水率。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明提出了堆石坝坝面洒水量实时监控方法，并建立了相应的实时监控系统，为工程管理人员、监理人员提供了直观、方便、实时、准确的施工过程监控手段。

2.本发明监控系统具有实时性，能够堆石坝坝面洒水情况实时跟进，对施工过程作出快速反应。

3.本发明监控系统具有报警机制，对于堆石坝坝面单位面积洒水量和洒水总量不合格情况进行实时报警，并以短信形式发送至相关人员，能够让监理人员、施工人员及早发现问题并进行决策。

4.在堆石坝坝面洒水结束后，系统会生成该坝面的坝面洒水量图形报告，直观形象地展示坝面任意位置洒水量，从而为坝面洒水质量提供评判依据。

5.应用SQL server数据库对实时监控数据进行存储，可供相关人员对历史坝面施工情况进行查询，并可作为大坝工程施工质量的验收材料。

附图说明

图1为洒水车的结构示意图。

图2为本发明监控系统及其监控方法的监控体系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1，图2所示，本实施将监控系统应用于中国西南地区某心墙堆石坝施工过程中，具体实施方式如下：

1.选定视野开阔位置的基准点并建立GPS定位差分基准站，通过无线电台实时发送差分信号。

2.在洒水车上安装GPS定位装置和无线电台差分装置，通过卫星定位和线电台差分信号得到洒水车的实时动态数据，包括：洒水车的瞬时位置、速度。

3.在洒水车上安装流量计、流量控制阀门和无线网络数传设备，当洒水车进行洒水作业时，获取实时流量数据，并将洒水车位置信息和洒水流量信息实时上传到网络。

4.系统通过实时采集料源含水率a、坝区降雨量、坝区气象信息(温度b、风速c、降雨量d)等信息，结合规划坝面面积A、铺料厚度h和压实厚度等，计算坝面单位面积洒水量和总量，并作为洒水控制标准；本实施中通过手持PDA采集料源石料的含水率，并在坝区建设气象站实时采气象信息。

单位面积洒水量作为洒水车作业时的过程控制，可以实现对洒水过程的实时精细化控制，坝面某位置t时刻的应洒水量计算公式为：

q(t)＝α·h·s-a·h·s+f(b,c,d,t)·h·s

其中，s为洒水单位面积，α为现场控制标准最大含水率，f(b,c,d,t)为含水率随时间蒸发函数，其函数表达式可根据现场实测获得；

坝面洒水总量作为坝面整体加水情况的控制标准，其判断应建立于单位面积洒水量合格的基础上，计算公式为：

5.洒水车的实时数据通过端口传输到安装有服务端的应用服务器中，服务端对接收到的数据进行以下工作：(1)接收数据，进行整理后，存储到数据库服务器中；(2)对数据进行分析，在安装于监控终端的客户端进行展示；(3)对数据进行判断，是否达到预警和报警的条件，如果达到，则会以短信形式将报警信息发送至相关人员，同时会在安装于监控终端的客户端中以对话框形式提示报警信息。报警针对“单位面积加洒水量不合格”和“坝面洒水总量不合格”两项；(4)对于正在施工和已经施工结束的坝面，安装于监控终端的客户端可以生成堆石坝坝面洒水量图形报告，直观形象地展示坝面各部位洒水量。

6.数据库服务器安装SQL server数据库，接收数据并存储，可作为历时数据，以备后期查询使用。

7.坝面洒水结束后，监控终端的客户端可以生成坝面洒水量图形报告，直观形象地展示坝面任意位置洒水量，从而为坝面洒水质量提供评判依据。

8.不同用户具有不同权限，通过账号和密码在监控终端的客户端进行登录，系统识别后，会自动对应该用户的操作权限，用户可以在值班室电脑中安装客户端，对现场施工过程进行远程操作与监控，进行堆石坝坝面规划、坝面边界修改、非洒水区域排除、施工机械排遣、报警意见处理以及坝面施工合格后升成图形报告、关闭坝面等操作。

本发明系统在用户操作下，通过客户端与服务端和数据库进行交互，从而实现实时的、全天候、不间断的堆石坝坝面洒水量实时监控。为实际工程施工质量控制提供了有效方法。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统，其特征在于，包括洒水车、GPS差分基准站、应用服务器、数据库服务器和监控终端，所述洒水车上设置有GPS定位装置、GPS天线、无线网络数传设备、流量计和流量控制阀；所述应用服务器包括洒水量智能监控系统服务端，用于解析洒水车数据和分析坝面洒水情况；所述数据库服务器包括SQL server数据库，用于洒水车和坝面洒水分析数据的存储；监控终端包括安装于PC上的洒水量智能监控系统客户端，用于了解应用服务器中服务端对坝面洒水量的分析结果和坝面洒水情况，该系统可实现数据收发、数据处理、信息反馈和成果输出功能。

2.根据权利要求1所述一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)实时获取洒水车的动态数据，包括：洒水作业时的流量数据、洒水车的瞬时位置及速度；

(2)根据规划坝面面积A、铺料厚度h、料源含水率a和坝区气象信息，计算坝面单位面积洒水量和总量，并作为洒水控制标准；

(3)应用服务器对接收到的实时数据进行处理和分析，对单位面积加水量和加水总量进行实时判断，对不合格情况发出报警，并将实时数据存储到数据库服务器；

(4)应用服务器实时判断洒水车所在位置洒水量情况，当判断洒水合格或者不在坝面内时，向洒水车无线网络数传设备发出指令，关闭洒水水管阀门；

(5)监控终端通过监控界面的实时刷新，以图形形式展现坝面任意位置洒水量情况，坝面洒水结束后，生成坝面洒水量图形报告，展示坝面任意位置洒水量，为坝面洒水质量提供评判依据。

3.根据权利要求2所述一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统的监控方法，其特征在于，步骤(2)中坝区气象信息包括温度b、风速c和降雨量d。

4.根据权利要求2所述一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统的监控方法，其特征在于，步骤(2)中，将单位面积洒水量作为洒水车作业时的过程控制，以实现对洒水过程的实时精细化控制，坝面某位置t时刻的应洒水量计算公式为：

q(t)＝α·h·s-a·h·s+f(b,c,d,t)·h·s

其中，s为洒水单位面积，α为现场控制标准最大含水率，f(b,c,d,t)为含水率随时间蒸发函数，其函数表达式可根据现场实测获得。

5.根据权利要求2所述一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统的监控方法，其特征在于，步骤(2)中，坝面洒水总量作为坝面整体加水情况的控制标准，建立于单位面积洒水量合格的基础上，计算公式为：

6.根据权利要求2所述一种堆石坝坝面洒水量智能监控系统的监控方法，其特征在于，通过手持PDA采集料源含水率。