CN106774069A - 一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置及方法，该监控装置包括数据检测模块和监控模块，所述监控模块包括现场处理模块、远程监控模块和手持式无线终端，所述现场处理模块包括现场服务器和现场处理终端，所述远程监控模块包括远程服务器和远程监控终端；该监控方法包括以下步骤：一、数据采集并同步存储；二、数据传输前期处理；三、数据传输；四、现场数据远程监控与诊断；五、多次重复步骤一至步骤四，直至完成所述所施工土方填筑的监测过程。本发明设计合理、操作简便且使用效果好，能实时、准确地对所施工土方填筑进行监控，且检测结果准确。

Description

一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置及方法

技术领域

本发明属于土方填筑监控技术领域，尤其是涉及一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置及方法。

背景技术

土方填筑工程均建在荒山荒坡区、地形地貌复杂、建设时间短，挖填规模大，土方填筑所形成的土方填筑体的压实质量要求高。土方填筑施工中常采用的方法为强力夯实法和冲击碾压法，强力夯实法即强夯法，又称动力固结法，就是利用大型履带式强夯机将8吨～40吨的重锤从6米～40米高度自由落下，利用强大的夯击能，在地基中产生强烈的冲击波和动应力，对土层进行强力夯实；冲击碾压法利用压实原理，通过机械碾压夯击，把土层地基压实；因为冲击碾压法比强力夯实法具有更高的生产效率和经济性，所以目前土方填筑施工中尤以冲击碾压法为主，对土方填筑施工中碾压质量进行有效地监控是保证土方填筑工程安全的关键，依照现行规范，土方填筑冲击碾压质量监控主要包括土方填筑过程中的冲击碾压参数和土方填筑层的压实系数监控。现如今采用的监控方法属于事后监测，且监测点的布设位置有限，虽然对土方填筑有一定的监控作用，但是最后检测结果合格与否不能判断土方填筑整体工程的质量；另外，土方填筑层过程中一般为传统环刀法现场取样，检测土方填筑层的压实系数，一般以土方填筑层中一个点的压实系数作为一个土方填筑层面的压实系数，再以各个土方填筑层面的压实系数去等效整个土方填筑体的压实系数，是“以点代面，以面代体”的检测方法。因此，试验结果存在离散性，其检测结果不能真实地反应整个土方填筑体的整体压实系数，且整体压实系数往往取决于取样的数量和频率，这样操作不仅复杂，成本高，而且每次取样及检测的都耗费人力和时间，工作人员往返于施工现场和测试室，测试效率低，测试进度不能高效率满足施工需求。

由上述内容可知，采用目前的监控装置和方法进行土方填筑时，不仅操作复杂，效率极低，不能满足施工需求；而且检测数据与实际值有所偏离，检测数据准确度较低，测量结果误差较大，不能满足施工准确需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其结构简单、设计合理且成本低，使用操作简便，能实时、准确地对所施工土方填筑进行监控，且检测结果准确。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：包括安装在冲击碾压机上的数据检测模块和对所施工土方填筑进行监控的监控模块，所述监控模块包括现场处理模块、与所述现场处理模块进行通信的远程监控模块和设置在工作人员身上且向冲击碾压机发送控制命令的手持式无线终端，所述现场处理模块包括设置在所施工土方填筑现场且用于存储检测数据的现场服务器和与所述现场服务器连接且对检测数据进行预处理的现场处理终端，所述远程监控模块包括与现场处理终端连接的远程服务器和与远程服务器连接的远程监控终端，所述现场服务器通过第一3G无线通信模块与所述数据检测模块进行无线数据通信，所述数据检测模块包括三维激光扫描单元和用于检测所述冲击碾压机的碾压速度的速度检测单元，所述三维激光扫描单元和速度检测单元均与第一3G无线通信模块相接。

上述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述现场服务器包括与第一3G无线通信模块双向通信的第二3G无线通信模块和与第二3G无线通信模块相接的数据存储器，所述数据存储器和现场处理终端连接。

上述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述远程监控终端包括监控计算机以及与监控计算机相接的第一GSM模块，所述监控计算机的输入端接有参数设置单元，所述监控计算机的输出端接有第一显示器和报警单元。

上述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述手持式无线终端包括主控器和与主控器相接的第二GSM模块，所述主控器的输出端接有第二显示器，所述主控器向冲击碾压机发送控制命令。

上述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述三维激光扫描单元和速度检测单元的数量均与冲击碾压机的数量相同且三者的数量均为多个，多个所述三维激光扫描单元和速度检测单元分别安装在多个冲击碾压机上，多个所述三维激光扫描单元和多个所述速度检测单元均与第一3G无线通信模块相接。

上述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述三维激光扫描单元包括三维激光扫描仪和定位定姿模块。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、监测效率高、使用效果好的土方填筑监控方法，其特征在于：所述所施工土方填筑为沿厚度方向由下至上分层填筑碾压处理，每一层填筑碾压处理形成一填土层，每个所述填土层的施工方法均相同，其中对任一所述填土层进行监控，监控过程如下：

步骤一、数据采集并同步存储：在冲击碾压机上安装三维激光扫描单元和速度检测单元，三维激光扫描单元实时或定时地将冲击碾压机的碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据经过第一3G无线通信模块传送至现场服务器，同时，速度检测单元实时或定时地将冲击碾压机的速度数据经过第一3G无线通信模块传送至现场服务器，现场服务器对检测数据进行存储并及时更新；其中，所述检测数据包括冲击碾压机的速度数据、冲击碾压机的碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据；

步骤二、数据传输前期处理：现场监控终端通过有线或无线通信方式接收步骤一中现场服务器存储的所述检测数据，并对所述检测数据进行预处理，得到预处理后的检测数据；

步骤三：数据传输：现场监控终端将步骤二中预处理后的检测数据传输至远程服务器，远程服务器将预处理后的检测数据进行相应存储并及时更新，所述远程服务器通过有线或无线通信方式，将步骤二中预处理后的检测数据传送至远程监控终端；

步骤四、现场数据远程监控与诊断：远程监控终端将得到所述预处理后的检测数据进行分析处理，得到冲击碾压机的碾压速度v_t、冲击碾压机的碾压遍数p_(x,y)和所述填土层的体积V，并相应将远程监控与诊断结果发送至手持式控制终端对冲击碾压机进行调整，至符合预先设定的阈值。

步骤五、多次重复步骤一至步骤四，直至完成所述所施工土方填筑的监测过程。

上述的方法，其特征在于：步骤四现场数据远程监控与诊断的具体过程为：

步骤401、碾压速度监控与诊断结果输出：根据预先设定的碾压速度阈值，远程监控终端将速度检测单元所检测到的碾压速度v_t和碾压速度阈值进行判断，当v_t<v_min或者v_t>v_max时，即冲击碾压机的碾压速度不符合预先设定的碾压速度阈值时，远程监控终端输出预警信号，同时，远程监控终端将得到的碾压速度v_t发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端，工作人员操作手持式无线终端给冲击碾压机发送控制命令至冲击碾压机的碾压速度v_t符合预先设定的碾压速度阈值；其中，所述碾压速度阈值包括最小碾压速度阈值和最大碾压速度阈值，且v_min为最小碾压速度阈值，v_max为最大碾压速度阈值；

步骤402、碾压遍数监控与诊断结果输出：根据预先设定的碾压遍数阈值p₀，远程监控终端将所得到的碾压遍数p_(x,y)和碾压遍数阈值p₀进行判断，当p_(x,y)<p₀时，远程监控终端输出预警信号，同时，远程监控终端将所得到的碾压遍数p_(x,y)发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端，工作人员操作手持式无线终端给冲击碾压机发送命令，至冲击碾压机的碾压遍数p_(x,y)符合预先设定的碾压遍数阈值p₀；当p_(x,y)≥p₀时，远程监控终端输出预警信号,同时，远程监控终端将所得到的碾压遍数p_(x,y)发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端，工作人员操作手持式无线终端给冲击碾压机发送命令，使冲击碾压机停止碾压，远程监控终端进一步判断所述填土层的压实系数是否满足压实系数阈值η₀；

步骤403、压实系数监控与诊断结果输出：远程监控终端判断所述填土层的压实系数是否满足压实系数阈值η₀，具体过程如下：

首先，采用远程监控终端且根据公式得到所述填土层的平均干密度ρ₀；其中，ω为所述填土层的含水量，d_s为所述填土层所用土的土粒重度，g为重力加速度，e为所述填土层的孔隙比；再采用现场监控终端根据公式得到所述填土层的压实系数η；其中，ρ_max为所述填土层所用土的最大干密度；

然后，远程监控终端根据判定条件η≥η₀进行判定，其中，η₀为压实系数阈值，当判定条件η≥η₀成立时，说明所述填土层的碾压满足所施工土方填筑的施工要求；当判定条件η≥η₀不成立时，说明所述填土层的碾压不满足所施工土方填筑的施工要求，远程监控终端输出预警信号，同时，远程监控终端将所得到的所述填土层的压实系数η发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端，工作人员操作手持式无线终端给冲击碾压机发送命令，调整至所述填土层的压实系数η满足所述判定条件。

上述的方法，其特征在于：步骤二中所述预处理包括对步骤一中所述检测数据进行去噪处理；

步骤四中采用远程监控终端得到所述填土层的体积V，具体过程如下：

首先，在进行步骤一前，采用所述三维激光扫描单元对上一所述填土层所在区域的原始激光点云数据进行采集，并将采集到的所述原始激光点云数据经过预处理传送至远程监控终端；其中上一所述填土层为位于所述填土层下方的填土层；

然后，远程监控终端采用数字高程模型DEM将所述原始激光点云数据和所述填土层的激光点云数据进行处理，得到所述填土层的体积V。

上述的方法，其特征在于：步骤四中采用远程监控终端得到所述碾压遍数p_(x,y)，具体过程如下：

首先，采用远程监控终端在所述碾压航迹数据中选取一坐标点；然后，采用远程监控终端计算所述坐标点在所述碾压航迹数据中出现的次数，所述坐标点出现的次数则为所述碾压遍数p_(x,y)。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的监控装置结构简单、设计合理且安装布设简便，投入成本较低。

2、所采用的监控装置使用操作简便，能实时、准确地对所施工土方填筑进行监控，且检测结果准确。

3、所采用监控装置的检测效率高，降低工作人员现场取样及检测的复杂度，不仅成本低，而且减少人力和时间耗费，提高检测效率低，满足高效率施工需求。

4、所采用的监控装置使用效果好且检测结果准确，第一，能对所施工土方填筑过程中的每一填土层进行实时检测，减少因每一填土层检测不准确带来的误差，而且保证最终形成的土方填筑体满足施工质量要求；第二，在冲击碾压机上安装三维激光扫描单元，采用三维激光扫描单元对每一填土层进行实时检测，取代了现如今采用的事后监测，使土方填筑体的检测改为每一填土层的检测，通过保证每一填土层的质量，从而保证了土方填筑体的质量，消除了对土方填筑体最后检测而存在的误差，确保满足施工要求；第三，采用三维激光扫描单元计算每一填土层的体积而得到填土层的平均干密度，取代了目前“以点代面，以面代体”的检测方法，大大降低了由于采样的数量和频率不当而造成的误差，导致对每一填土层的干密度检测不准确；第四、节省检测时间及人工能耗：安装好三维激光扫描单元和速度检测单元，不需要工作人员现场参数，便能实时地或定时地对每一填土层进行检测，而且将检测数据无线发送至远程监控终端进行预处理，且最终发送至远程监控终端进行远程监控与诊断，并将监控与诊断处理结果无线发送至手持式无线终端，工作人员通过操作手持式无线终端发送至控制命令至满足施工要求，智能化程度高，提高了监控效率，且使得所施工土方填筑施工过程易于控制且实现方便。第五、通过设置现场处理终端对检测数据进行预处理，减少干扰信号带来的影响，提高了检测数据的准确度。

5、所采用的土方填筑监控方法步骤简单、实现方便且操作简便，节省时间，不仅能提高监测效率，而且提高检测数据的准确性。

6、所采用的土方填筑监控方法数据处理速度快，能同步分析处理得出每一填土层的监控与诊断处理结果，实时性强。

7、所采用的土方填筑监控方法操作简便且使用效果好，为提高检测数据准确性，本发明实时检测每一填土层，通过保证每一填土层的质量，从而保证了土方填筑体的质量，消除了对土方填筑体最后检测而存在的误差，并且检测结果准确；同时，能将检测数据发送回手持式控制终端，使工作人员直观、准确获得检测结果；且本发明采用三维激光扫描单元和速度检测单元进行监控，减少检测时间和人工能耗。因而，采用本发明能有效提高检测数据的准确性，并提高监控效率。

综上所述，本发明设计合理、操作简便且使用效果好，能实时、准确地对所施工土方填筑进行监控，且检测结果准确。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明基于三维激光扫描的土方填筑监控装置的电路原理框图。

图2为本发明基于三维激光扫描的土方填筑监控方法的流程框图。

附图标记说明:

1—三维激光扫描单元； 2—速度检测单元； 3—现场服务器；

3-1—第二3G无线通信模块； 3-2—数据存储器；

4—现场处理终端； 5—远程服务器； 6—远程监控终端；

6-1—第一显示器； 6-2—报警单元； 6-3—参数设置单元；

6-4—第一GSM模块； 6-5—监控计算机；

7—第一3G无线通信模块； 8—手持式控制终端；

8-1—第二显示器； 8-2—主控器； 8-3—第二GSM模块；

9—冲击碾压机。

具体实施方式

如图1所示的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，包括包括安装在冲击碾压机9上的数据检测模块和对所施工土方填筑进行监控的监控模块，所述监控模块包括现场处理模块、与所述现场处理模块进行通信的远程监控模块和设置在工作人员身上且向冲击碾压机9发送控制命令的手持式无线终端8，所述现场处理模块包括设置在所施工土方填筑现场且用于存储检测数据的现场服务器3和与所述现场服务器3连接且对检测数据进行预处理的现场处理终端4，所述远程监控模块包括与现场处理终端4连接的远程服务器5和与远程服务器5连接的远程监控终端6，所述现场服务器3通过第一3G无线通信模块7与所述数据检测模块进行无线数据通信，所述数据检测模块包括三维激光扫描单元1和用于检测所述冲击碾压机9的碾压速度的速度检测单元2，所述三维激光扫描单元1和速度检测单元2均与第一3G无线通信模块7相接。

本实施例中，所述现场服务器3包括与第一3G无线通信模块7双向通信的第二3G无线通信模块3-1和与第二3G无线通信模块3-1相接的数据存储器3-2，所述数据存储器3-2和现场处理终端4连接。

本实施例中，所述远程监控终端6包括监控计算机6-5以及与监控计算机6-5相接的第一GSM模块6-4，所述监控计算机6-5的输入端接有参数设置单元6-3，所述监控计算机6-5的输出端接有第一显示器6-1和报警单元6-2。

本实施例中，所述手持式无线终端8包括主控器8-2和与主控器8-2相接的第二GSM模块8-3，所述主控器8-2的输出端接有第二显示器8-1，所述主控器8-2向冲击碾压机9发送控制命令。

本实施例中，所述三维激光扫描单元1和速度检测单元2的数量均与冲击碾压机9的数量相同且三者的数量均为多个，多个所述三维激光扫描单元1和速度检测单元2分别安装在多个冲击碾压机9上，多个所述三维激光扫描单元1和多个所述速度检测单元2均与第一3G无线通信模块7相接。

本实施例中，所述三维激光扫描单元1包括三维激光扫描仪和定位定姿模块。

本实施例中，通过设置所述三维激光扫描仪对上一所述填土层的原始激光点云数据和所述填土层的激光点云数据进行采集，便于得到所述填土层的体积V。通过设置所述定位定姿模块对冲击碾压机9的碾压航迹数据进行采集，得到碾压遍数。

如图2所示的一种采用本发明监控装置对土方填筑进行监控的方法，其特征在于：所述所施工土方填筑为沿厚度方向由下至上分层填筑碾压处理，每一层填筑碾压处理形成一填土层，每个所述填土层的施工方法均相同，其中对任一所述填土层进行监控，监控过程如下：

步骤一、数据采集并同步存储：在冲击碾压机9上安装三维激光扫描单元1和速度检测单元2，三维激光扫描单元1实时或定时地将冲击碾压机9的碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据经过第一3G无线通信模块7传送至现场服务器3，同时，速度检测单元2实时或定时地将冲击碾压机9的速度数据经过第一3G无线通信模块7传送至现场服务器3，现场服务器3对检测数据进行存储并及时更新；其中，所述检测数据包括冲击碾压机9的速度数据、冲击碾压机9的碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据；

步骤二、数据传输前期处理：现场监控终端4通过有线或无线通信方式接收步骤一中现场服务器3存储的所述检测数据，并对所述检测数据进行预处理，得到预处理后的检测数据；

步骤三：数据传输：现场监控终端4将步骤二中预处理后的检测数据传输至远程服务器5，远程服务器5将预处理后的检测数据进行相应存储并及时更新，所述远程服务器5通过有线或无线通信方式，将步骤二中预处理后的检测数据传送至远程监控终端6；

步骤四、现场数据远程监控与诊断：远程监控终端6将得到所述预处理后的检测数据进行分析处理，得到冲击碾压机9的碾压速度v_t、冲击碾压机9的碾压遍数p_(x,y)和所述填土层的体积V，并相应将远程监控与诊断结果发送至手持式控制终端8对冲击碾压机9进行调整，至符合预先设定的阈值。

步骤五、多次重复步骤一至步骤四，直至完成所述所施工土方填筑的监测过程。

本实施例中，步骤一中安装好三维激光扫描单元1和速度检测单元2，不需要工作人员现场进行检测采集数据，便能实时地或定时地对每一填土层进行检测。

本实施例中，步骤二中所述检测数据无线发送至现场监控终端4进行预处理，减少干扰信号带来的影响，提高了检测数据的准确度。

本实施例中，步骤四远程监控终端6对经过预处理后的检测数据进行处理，得到远程监控与诊断结果，并将监控与诊断处理结果无线发送至手持式无线终端8，工作人员通过操作手持式无线终端8发送控制命令控制冲击碾压机9的碾压速度、碾压遍数和所述填土层的压实系数满足施工要求，智能化程度高，提高了监控效率，且使得所施工土方填筑施工过程易于控制且实现方便。

本实施例中，步骤一中在冲击碾压机上安装三维激光扫描单元1，采用三维激光扫描单元1对每一填土层进行实时检测，取代了现如今采用的事后监测，使所施工土方填筑的检测改为每一填土层的检测，通过保证每一填土层的质量，从而保证了所施工土方填筑形成的土方填筑体的质量，消除了对土方填筑体最后检测而存在的误差，确保满足施工要求。

本实施例中，步骤一中第一3G无线通信模块7接收三维激光扫描单元1检测到的所述碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据并发送出去，现场服务器3中数据存储器3-2通过第二3G无线通信模块3-1接收第一3G无线通信模块7发送的所述碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据，并进行存储和更新。

本实施例中，工作人员预先通过参数设置单元6-3设置最小碾压速度阈值、最大碾压速度阈值、碾压遍数阈值和压实系数阈值。

本实施例中，现场监控终端4中的监控计算机6-5控制报警单元6-2进行预警，实现现场监控终端4输出预警信号。

本实施例中，远程监控终端6中的监控计算机6-5通过第一GSM模块向手持式无线终端8中发送碾压速度v_t、碾压遍数p_(x,y)和所述填土层的压实系数η，主控器8-2通过第二GSM模块8-3接收到第一GSM模块6-4发送的碾压速度v_t、碾压遍数p_(x,y)和所述填土层的压实系数η，实现远程监控终端6和设置在工作人员身上的手持式无线终端8的无线数据通信。

本实施例中，步骤四现场数据远程监控与诊断的具体过程为：

步骤401、碾压速度监控与诊断结果输出：根据预先设定的碾压速度阈值，远程监控终端6将速度检测单元2所检测到的碾压速度v_t和碾压速度阈值进行判断，当v_t<v_min或者v_t>v_max时，即冲击碾压机9的碾压速度不符合预先设定的碾压速度阈值时，远程监控终端6输出预警信号，同时，远程监控终端6将得到的碾压速度v_t发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端8，工作人员操作手持式无线终端8给冲击碾压机9发送控制命令至冲击碾压机9的碾压速度v_t符合预先设定的碾压速度阈值；其中，所述碾压速度阈值包括最小碾压速度阈值和最大碾压速度阈值，且v_min为最小碾压速度阈值，v_max为最大碾压速度阈值；

步骤402、碾压遍数监控与诊断结果输出：根据预先设定的碾压遍数阈值p₀，远程监控终端6将所得到的碾压遍数p_(x,y)和碾压遍数阈值p₀进行判断，当p_(x,y)<p₀时，远程监控终端6输出预警信号，同时，远程监控终端6将所得到的碾压遍数p_(x,y)发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端8，工作人员操作手持式无线终端8给冲击碾压机9发送命令，至冲击碾压机9的碾压遍数p_(x,y)符合预先设定的碾压遍数阈值p₀；当p_(x,y)≥p₀时，远程监控终端6输出预警信号,同时，远程监控终端6将所得到的碾压遍数p_(x,y)发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端8，工作人员操作手持式无线终端8给冲击碾压机9发送命令，使冲击碾压机9停止碾压，远程监控终端6进一步判断所述填土层的压实系数是否满足压实系数阈值η₀；

步骤403、压实系数监控与诊断结果输出：远程监控终端6判断所述填土层的压实系数是否满足压实系数阈值η₀，具体过程如下：

首先，采用远程监控终端6且根据公式得到所述填土层的平均干密度ρ₀；其中，ω为所述填土层的含水量，d_s为所述填土层所用土的土粒重度，g为重力加速度，e为所述填土层的孔隙比；再采用远程监控终端6根据公式得到所述填土层的压实系数η；其中，ρ_max为所述填土层所用土的最大干密度；

然后，远程监控终端6根据判定条件η≥η₀进行判定，其中，η₀为压实系数阈值，当判定条件η≥η₀成立时，说明所述填土层的碾压满足所施工土方填筑的施工要求；当判定条件η≥η₀不成立时，说明所述填土层的碾压不满足所施工土方填筑的施工要求，远程监控终端6输出预警信号，同时，远程监控终端6将所得到的所述填土层的压实系数η发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端8，工作人员操作手持式无线终端8给冲击碾压机9发送命令，调整至所述填土层的压实系数η满足所述判定条件。

本实施例中，设置最小碾压速度阈值和最大碾压速度阈值，是因为冲击碾压机9的碾压速度过大时，冲击碾压机9的碾压轮在接触地面后快速弹起，冲击能量转化为压实能的效率低，不利于压实；同时，如果冲击碾压机9的碾压速度过小，冲击碾压机9的碾压轮的动能小，冲击能不够，降低了单次冲击碾压的质量，不能保证碾压质量。

本实施例中，步骤403中采用三维激光扫描单元1计算每一填土层的体积而得到填土层的平均干密度，取代了目前“以点代面，以面代体”的检测方法，大大降低了由于采样的数量和频率不当而造成的误差，导致对每一填土层的干密度检测不准确，导致所施工土方填筑压实系数检测的不准确。

实际施工过程中，当判定条件η≥η₀不成立时，即所述填土层的碾压不满足所施工土方填筑的施工要求时，当所述填土层小于最优含水率时，工作人员向所述填土层加水，且工作人员通过操作手持式无线终端8发送至控制命令控制冲击碾压机9增加碾压遍数，至满足压实系数阈值和最优含水率要求；当所述填土层大于最优含水率时，工作人员向所述填土层加填土，且工作人员通过操作手持式无线终端8发送至控制命令控制冲击碾压机9增加碾压遍数，至满足压实系数阈值和最优含水率要求。

本实施例中，所述填土层所用土的最大干密度为采用击实试验获得。

实际施工时，当所述填土层所用土未粉质粘土时，d_s的取值范围2.72～2.7；当所述填土层所用土为砂土时，d_s的取值范围2.65～2.69；当所述填土层所用土为粘土时，d_s的取值范围2.74～2.76。

本实施例中，步骤二中所述预处理包括对步骤一中所述检测数据进行去噪处理；

步骤四中采用远程监控终端6得到所述填土层的体积V，具体过程如下：

首先，在进行步骤一前，采用所述三维激光扫描单元1对上一所述填土层所在区域的原始激光点云数据进行采集，并将采集到的所述原始激光点云数据经过预处理传送至远程监控终端6；其中上一所述填土层为位于所述填土层下方的填土层；

然后，远程监控终端6采用数字高程模型DEM将所述原始激光点云数据和所述填土层的激光点云数据进行处理，得到所述填土层的体积V。

本实施例中，步骤四中采用远程监控终端6得到所述碾压遍数p_(x,y)，具体过程如下：

首先，采用远程监控终端6在所述碾压航迹数据中选取一坐标点；然后，采用远程监控终端6计算所述坐标点在所述碾压航迹数据中出现的次数，所述坐标点出现的次数则为所述碾压遍数p_(x,y)。

由上述内容可知，本发明采用的土方填筑监控方法简单、设计合理且使用效果好且检测结果准确，能对所施工土方填筑中的每一填土层进行实时检测，保证每一填土层施工过程中碾压速度v_t、碾压遍数p_(x,y)和所述填土层的压实系数η分别符合预先设定的碾压速度阈值、碾压遍数阈值和压实系数阈值，保证每一填土层的检测参数符合施工要求，减少因每一填土层检测不准确带来的误差，以此类推，直至完成所施工土方填筑的监测，从而保证所施工土方填筑最终形成的土方填筑体满足施工质量要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：包括安装在冲击碾压机(9)上的数据检测模块和对所施工土方填筑进行监控的监控模块，所述监控模块包括现场处理模块、与所述现场处理模块进行通信的远程监控模块和设置在工作人员身上且向冲击碾压机(9)发送控制命令的手持式无线终端(8)，所述现场处理模块包括设置在所施工土方填筑现场且用于存储检测数据的现场服务器(3)和与所述现场服务器(3)连接且对检测数据进行预处理的现场处理终端(4)，所述远程监控模块包括与现场处理终端(4)连接的远程服务器(5)和与远程服务器(5)连接的远程监控终端(6)，所述现场服务器(3)通过第一3G无线通信模块(7)与所述数据检测模块进行无线数据通信，所述数据检测模块包括三维激光扫描单元(1)和用于检测所述冲击碾压机(9)的碾压速度的速度检测单元(2)，所述三维激光扫描单元(1)和速度检测单元(2)均与第一3G无线通信模块(7)相接。

2.按照权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述现场服务器(3)包括与第一3G无线通信模块(7)双向通信的第二3G无线通信模块(3-1)和与第二3G无线通信模块(3-1)相接的数据存储器(3-2)，所述数据存储器(3-2)和现场处理终端(4)连接。

3.按照权利要求1或2所述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述远程监控终端(6)包括监控计算机(6-5)以及与监控计算机(6-5)相接的第一GSM模块(6-4)，所述监控计算机(6-5)的输入端接有参数设置单元(6-3)，所述监控计算机(6-5)的输出端接有第一显示器(6-1)和报警单元(6-2)。

4.按照权利要求3所述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述手持式无线终端(8)包括主控器(8-2)和与主控器(8-2)相接的第二GSM模块(8-3)，所述主控器(8-2)的输出端接有第二显示器(8-1)，所述主控器(8-2)向冲击碾压机(9)发送控制命令。

5.按照权利要求1或2所述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述三维激光扫描单元(1)和速度检测单元(2)的数量均与冲击碾压机(9)的数量相同且三者的数量均为多个，多个所述三维激光扫描单元(1)和速度检测单元(2)分别安装在多个冲击碾压机(9)上，多个所述三维激光扫描单元(1)和多个所述速度检测单元(2)均与第一3G无线通信模块(7)相接。

6.按照权利要求1或2所述的一种基于三维激光扫描的土方填筑监控装置，其特征在于：所述三维激光扫描单元(1)包括三维激光扫描仪和定位定姿模块。

7.一种利用如权利要求1所述监控装置对土方填筑进行监控的方法，其特征在于：所述所施工土方填筑为沿厚度方向由下至上分层填筑碾压处理，每一层填筑碾压处理形成一填土层，每个所述填土层的施工方法均相同，其中对任一所述填土层进行监控，监控过程如下：

步骤一、数据采集并同步存储：在冲击碾压机(9)上安装三维激光扫描单元(1)和速度检测单元(2)，三维激光扫描单元(1)实时或定时地将冲击碾压机(9)的碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据经过第一3G无线通信模块(7)传送至现场服务器(3)，同时，速度检测单元(2)实时或定时地将冲击碾压机(9)的速度数据经过第一3G无线通信模块(7)传送至现场服务器(3)，现场服务器(3)对检测数据进行存储并及时更新；其中，所述检测数据包括冲击碾压机(9)的速度数据、冲击碾压机(9)的碾压航迹数据和所述填土层的激光点云数据；

步骤二、数据传输前期处理：现场监控终端(4)通过有线或无线通信方式接收步骤一中现场服务器(3)存储的所述检测数据，并对所述检测数据进行预处理，得到预处理后的检测数据；

步骤三：数据传输：现场监控终端(4)将步骤二中预处理后的检测数据传输至远程服务器(5)，远程服务器(5)将预处理后的检测数据进行相应存储并及时更新，所述远程服务器(5)通过有线或无线通信方式，将步骤二中预处理后的检测数据传送至远程监控终端(6)；

步骤四、现场数据远程监控与诊断：远程监控终端(6)将得到所述预处理后的检测数据进行分析处理，得到冲击碾压机(9)的碾压速度v_t、冲击碾压机(9)的碾压遍数p_(x,y)和所述填土层的体积V，并相应将远程监控与诊断结果发送至手持式控制终端(8)对冲击碾压机(9)进行调整，至符合预先设定的阈值。

步骤五、多次重复步骤一至步骤四，直至完成所述所施工土方填筑的监测过程。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤四现场数据远程监控与诊断的具体过程为：

步骤401、碾压速度监控与诊断结果输出：根据预先设定的碾压速度阈值，远程监控终端(6)将速度检测单元(2)所检测到的碾压速度v_t和碾压速度阈值进行判断，当v_t<v_min或者v_t>v_max时，即冲击碾压机(9)的碾压速度不符合预先设定的碾压速度阈值时，远程监控终端(6)输出预警信号，同时，远程监控终端(6)将得到的碾压速度v_t发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端(8)，工作人员操作手持式无线终端(8)给冲击碾压机(9)发送控制命令至冲击碾压机(9)的碾压速度v_t符合预先设定的碾压速度阈值；其中，所述碾压速度阈值包括最小碾压速度阈值和最大碾压速度阈值，且v_min为最小碾压速度阈值，v_max为最大碾压速度阈值；

步骤402、碾压遍数监控与诊断结果输出：根据预先设定的碾压遍数阈值p₀，远程监控终端(6)将所得到的碾压遍数p_(x,y)和碾压遍数阈值p₀进行判断，当p_(x,y)<p₀时，远程监控终端(6)输出预警信号，同时，远程监控终端(6)将所得到的碾压遍数p_(x,y)发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端(8)，工作人员操作手持式无线终端(8)给冲击碾压机(9)发送命令，至冲击碾压机(9)的碾压遍数p_(x,y)符合预先设定的碾压遍数阈值p₀；当p_(x,y)≥p₀时，远程监控终端(6)输出预警信号,同时，远程监控终端(6)将所得到的碾压遍数p_(x,y)发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端(8)，工作人员操作手持式无线终端(8)给冲击碾压机(9)发送命令，使冲击碾压机(9)停止碾压，远程监控终端(6)进一步判断所述填土层的压实系数是否满足压实系数阈值η₀；

步骤403、压实系数监控与诊断结果输出：远程监控终端(6)判断所述填土层的压实系数是否满足压实系数阈值η₀，具体过程如下：

首先，采用远程监控终端(6)且根据公式得到所述填土层的平均干密度ρ₀；其中，ω为所述填土层的含水量，d_s为所述填土层所用土的土粒重度，g为重力加速度，e为所述填土层的孔隙比；再采用远程监控终端(6)根据公式得到所述填土层的压实系数η；其中，ρ_max为所述填土层所用土的最大干密度；

然后，远程监控终端(6)根据判定条件η≥η₀进行判定，其中，η₀为压实系数阈值，当判定条件η≥η₀成立时，说明所述填土层的碾压满足所施工土方填筑的施工要求；当判定条件η≥η₀不成立时，说明所述填土层的碾压不满足所施工土方填筑的施工要求，远程监控终端(6)输出预警信号，同时，远程监控终端(6)将所得到的所述填土层的压实系数η发送回设置在工作人员身上的手持式无线终端(8)，工作人员操作手持式无线终端(8)给冲击碾压机(9)发送命令，调整至所述填土层的压实系数η满足所述判定条件。

9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤二中所述预处理包括对步骤一中所述检测数据进行去噪处理；

步骤四中采用远程监控终端(6)得到所述填土层的体积V，具体过程如下：

首先，在进行步骤一前，采用所述三维激光扫描单元(1)对上一所述填土层所在区域的原始激光点云数据进行采集，并将采集到的所述原始激光点云数据经过预处理传送至远程监控终端(6)；其中上一所述填土层为位于所述填土层下方的填土层；

然后，远程监控终端(6)采用数字高程模型DEM将所述原始激光点云数据和所述填土层的激光点云数据进行处理，得到所述填土层的体积V。

10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤四中采用远程监控终端(6)得到所述碾压遍数p_(x,y)，具体过程如下：

首先，采用远程监控终端(6)在所述碾压航迹数据中选取一坐标点；然后，采用远程监控终端(6)计算所述坐标点在所述碾压航迹数据中出现的次数，所述坐标点出现的次数则为所述碾压遍数p_(x,y)。