CN107026898A - 心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料掺配质量监控技术，为解决目前砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料反铲掺配作业信息采集方法的不足及技术难题。本发明，心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集系统及方法，系统包括流动站、数据中心和监控中心；具体步骤是：1)、反铲掺配作业多源信息采集及初步处理；2)、利用基于蜂窝移动通信技术的数据通讯将采集到的数据传送到数据中心；3)、掺配作业信息集成、储存及报警；4)、录像同步回放及现场管理。本发明主要应用于砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料掺配质量监控场合。

Description

心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集系统及方法

技术领域

本发明涉及一种砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料掺配质量监控技术，具体的说是涉及一种砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料掺配过程中反铲掺配动作远程采集方法。具体讲,涉及蜂窝移动通信心墙掺砾土料反铲掺配动作远程采集方法。

背景技术

在砾石土心墙堆石坝填筑施工中，利用反铲挖掘机进行心墙掺砾土料的掺配作业是控制坝料质量的重要手段，其主要操作为：反铲挖掘机把坝料挖起来，扬起达到2米至3米的高度，再把坝料洒下，同一堆坝料一般需要重复进行3次系列动作。然而在施工现场，坝料掺配过程中反铲挖掘机的作业完全由操作工人来掌握，掺配作业的完成度受人为影响很大，导致心墙掺砾土料不能满足施工质量要求，留下质量缺陷且无法及时获知。因此需要采用精细化、智能化的技术手段和设备有效监测坝料掺配作业，心墙掺砾土料反铲掺配动作远程采集方法是解决该问题的关键技术。

目前尚缺乏心墙掺砾土料掺配作业监测的研究，但围绕挖掘机工作状态监控的研究已得到深入展开。中国专利公开了一种“挖掘机实时监控系统”(专利申请号：201520694589.X)，它可以使驾驶室内的操作人员精确的观察到挖掘机工作状态，但是不能实现挖掘机工作状态的远程采集；中国专利公开了“一种挖掘机工作状态远程监控装置”(专利申请号：200920298783.0)，它由处理器、无线通信模块、主机无线通讯模块、电源转换模块、蓄电池、角速度传感器和无线通讯模块组成，可以及时将挖掘机的动臂、斗杆、铲斗的运动的角速度传输给主机，主机经过计算处理可以得到挖掘机的工作状态，再发送给监控中心，然后此装置还不能完全适用多现场同时作业、施工环境复杂、通讯条件困难的砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料掺配作业现场。

为实现心墙掺砾土料掺配作业远程监测需要克服以下关键问题：1、传统的掺配作业中，忽视了过程数据的采集、传输、管理与反馈，可能导致掺配作业不能满足施工质量要求，且无法记录和追溯掺拌过程数据，难为质量评价和运行维护提供依据；2、砾石土心墙堆石坝的心墙掺砾土料掺配场地往往分散在工区的多个地点，距离营地数据中心较远，且都处于高山峡谷之中，难以将监测数据进行传输、集成，难以实现施工信息的远程采集；3、水利水电工程多处于复杂的施工环境，通讯设备若采用一般材料会受到现场环境各种因素影响，很难满足业务要求，多传感器集成困难。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在解决目前砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料反铲掺配作业信息采集方法的不足及技术难题。本发明采用的技术方案是，心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集系统，包括流动站、数据中心和监控中心；所述流动站分布在每一个掺配料场地，每一个流动站均包括多源信息采集单元、工业控制器和数据传输单元；所述数据中心和监控中心设立于营地；所述流动站与数据中心基于蜂窝移动通讯技术进行数据通讯；所述多源信息采集单元包括倾角传感器、GPS定位设备和摄像装置，并且通过有线、无线或者蓝牙与工业控制器建立网络连接；所述工业控制器安装在反铲挖掘机驾驶室，由驾驶室电源箱供电，并且通过有线的方式与数据传输单元进行连接；所述数据传输单元安装在反铲挖掘机驾驶室，由驾驶室电源箱供电，并且基于蜂窝移动通讯技术与数据中心进行数据通讯；所述数据中心至少包括应用服务器和数据库服务器；所述监控中心至少包括设置有掺配作业信息采集软件客户端的终端；所述软件客户端接入现场视频监控接口，可以针对某个作业点的时间进行录像查询；数据中心与监控中心处于同一局域网中。

心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集方法，步骤如下：

1)、反铲掺配作业多源信息采集及初步处理；

2)、利用基于蜂窝移动通信技术的数据通讯将采集到的数据传送到数据中心；

3)、掺配作业信息集成、储存及报警；

4)、录像同步回放及现场管理。

反铲掺配作业多源信息采集及初步处理具体为：通过安装在反铲挖掘机关键部位的倾角传感器、GPS定位设备和摄像装置，以一秒一次的频率采集反铲挖掘机的掺配动作信息、定位信息和视频信息，并将此多源信息通过有线、无线或者蓝牙的方式传送到工业控制器，工业控制器内部署数据处理软件，将多源信息进行初步的处理、统计与分析，并将结果转换为特定的数据格式后发送到数据传输单元由其发送出去。

基于蜂窝移动通信技术的数据通讯具体为：数据传输单元获取掺配作业多源信息的统计分析结果，通过蜂窝移动通信技术将数据发送到数据中心，所述数据传输单元，采用zigbee点对多点的无线数据通信系统。

掺配作业信息集成、储存及报警具体为：数据中心获得各个流动站的掺配作业数据报文和视频数据，收到数据后，应用服务器对数据进行解析并且保存在数据库中，数据采集每1秒采集1条数据，如果掺配作业不符合作业规范，应用服务器将产生报警并且把报警信息发送至监控中心，所述的应用服务器、数据库服务器通过有线、无线或光纤网络建立通信连接，并各自对应不同的通讯端口。

录像同步回放及现场管理具体为：监控中心的掺配作业信息采集软件客户端对心墙掺砾土料反铲掺配动作进行实时模拟和数据查询，如果发生掺配作业报警，录像同步回放根据某个不符合作业规范的作业点的时间进行录像查询，如果确认报警信息为真，管理人员对现场操作人员进行反馈。

本发明的特点及有益效果是：

本发明的有益效果为，可实现心墙掺砾土料掺配质量监控的智能化及网络化，保障数据传输的稳定性和可靠性，从而有效控制心墙掺砾土料反铲掺配作业过程中的施工质量。

附图说明：

图1心墙掺砾土料反铲掺配动作远程采集系统结构。

具体实施方式

针对目前砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料反铲掺配作业信息采集方法的不足，本发明建立一种基于蜂窝移动通信技术的掺砾土料反铲掺配动作远程采集方法，该方法采集表征反铲挖掘机作业状态的多源信息，并通过蜂窝移动通信技术对采集的多源进行传输和集成，数据中心对挖掘机的作业信息进行建模和实时统计分析。通过该方法，在监控终端、服务器、工程施工及管理人员之间建立一种有效的数据即时通讯通道，以数字化的方式实现施工全过程的精确监控，从而实现心墙掺砾土料掺配质量智能监控。

针对目前砾石土心墙堆石坝心墙掺砾土料反铲掺配作业信息采集方法的不足及技术难题，本发明采用的技术方案是：一种基于蜂窝移动通信技术的心墙掺砾土料反铲掺配动作远程采集方法。

一种基于蜂窝移动通信技术的心墙掺砾土料反铲掺配动作远程采集方法的系统组成包括流动站、数据中心和监控中心；所述流动站分布在每一个掺配料场地，每一个流动站均包括多源信息采集单元、工业控制器和数据传输单元；所述数据中心和监控中心设立于营地；所述流动站与数据中心基于蜂窝移动通讯技术进行数据通讯；所述多源信息采集单元包括倾角传感器、GPS定位设备和摄像装置，并且通过有线、无线或者蓝牙与工业控制器建立网络连接；所述工业控制器安装在反铲挖掘机驾驶室，由驾驶室电源箱供电，并且通过有线的方式与数据传输单元进行连接；所述数据传输单元安装在反铲挖掘机驾驶室，由驾驶室电源箱供电，并且基于蜂窝移动通讯技术与数据中心进行数据通讯；所述数据中心至少包括应用服务器和数据库服务器；所述监控中心至少包括掺配作业信息采集软件客户端；数据中心与监控中心处于同一局域网中。

一种基于蜂窝移动通信技术的心墙掺砾土料反铲掺配动作远程采集方法主要包括以下主要步骤：

1、反铲掺配作业多源信息采集及初步处理；

2、基于蜂窝移动通信技术的数据通讯；

3、掺配作业信息集成、储存及报警；

4、录像同步回放及现场管理。

反铲掺配作业多源信息采集及初步处理具体为：通过安装在反铲挖掘机关键部位的倾角传感器、GPS定位设备和摄像装置，以一秒一次的频率采集反铲挖掘机的掺配动作信息、定位信息和视频信息，并将此多源信息通过有线、无线或者蓝牙的方式传送到工业控制器，工业控制器内部署数据处理软件，将多源信息进行初步的处理、统计与分析，并将结果转换为特定的数据格式后发送到数据传输单元。

基于蜂窝移动通信技术的数据通讯具体为：数据传输单元获取掺配作业多源信息的统计分析结果，通过蜂窝移动通信技术将数据发送到数据中心。所述数据传输单元，采用zigbee点对多点的无线数据通信系统，采用微处理器和先进的数字信号处理技术，保证了在恶劣的工业现场环境中同样也具有卓越的、高可靠的数据传输性能。由于采用了数字信号处理(DSP)技术以软件的方式实时地实现先进的无线数字调制解调算法和快速自适应均衡算法，从而保证了在各种恶劣的工业现场环境中，数据传输性能的稳定性和一致性，克服了传统的用硬件实现的调制解调器因温度变化或是环境恶化带来的性能下降的缺点，所述数据传输单元完成至少3路倾角信息数据采集和1路定位数字信号采集。

掺配作业信息集成、储存及报警具体为：数据中心获得各个流动站的掺配作业数据报文和视频数据，收到数据后，应用服务器对数据进行解析并且保存在数据库中，数据采集每1秒采集1条数据，如果掺配作业不符合作业规范，应用服务器将产生报警并且把报警信息发送至监控中心，所述的应用服务器、数据库服务器通过有线、无线或光纤网络建立通信连接，并各自对应不同的通讯端口。

录像同步回放及现场管理具体为：监控中心的掺配作业信息采集软件客户端对心墙掺砾土料反铲掺配动作进行实时模拟和数据查询，如果发生掺配作业报警，录像同步回放根据某个不符合作业规范的作业点的时间进行录像查询，如果确认报警信息为真，管理人员对现场操作人员进行反馈。

下面根据附图，对本发明做进一步的详细描述。

本发明提出的一种基于蜂窝移动通信技术的心墙掺砾土料反铲掺配动作远程采集方法，主要技术方案是在心墙掺砾土料反铲掺配作业过程中，在反铲挖掘机关键部位安装倾角传感器、定位设备及摄像装置，在反铲挖掘机驾驶室内安装工业控制器和数据传输单元，解决掺配动作数据采集问题，基于蜂窝移动通讯技术解决掺配质量监控数据传输问题，保障数据传输稳定性和可靠性。

具体的实施流程如下：

1、反铲掺配作业多源信息采集及初步处理：

通过安装在反铲挖掘机关键部位的倾角传感器、GPS定位设备和摄像装置，以一秒一次的频率采集反铲挖掘机的掺配动作信息、定位信息和视频信息，并将此多源信息通过有线、无线或者蓝牙的方式传送到工业控制器，工业控制器内部署数据处理软件，将多源信息进行初步的处理、统计与分析，并将结果转换为特定的数据格式后发送到数据传输单元；

2、基于蜂窝移动通信技术的数据通讯：

数据传输单元获取掺配作业多源信息的统计分析结果，通过蜂窝移动通信技术将数据发送到数据中心。所述数据传输单元，采用zigbee点对多点的无线数据通信系统，采用微处理器和先进的数字信号处理技术，保证了在恶劣的工业现场环境中同样也具有卓越的、高可靠的数据传输性能。由于采用了数字信号处理(DSP)技术以软件的方式实时地实现先进的无线数字调制解调算法和快速自适应均衡算法，从而保证了在各种恶劣的工业现场环境中，数据传输性能的稳定性和一致性，克服了传统的用硬件实现的调制解调器因温度变化或是环境恶化带来的性能下降的缺点，所述数据传输单元完成至少3路倾角信息数据采集和1路定位数字信号采集；

3、掺配作业信息集成、储存及报警：

数据中心获得各个流动站的掺配作业数据报文和视频数据，收到数据后，应用服务器对数据进行解析并且保存在数据库中，数据采集每1秒采集1条数据，如果掺配作业不符合作业规范，应用服务器将产生报警并且把报警信息发送至监控中心，所述的应用服务器、数据库服务器通过有线、无线或光纤网络建立通信连接，并各自对应不同的通讯端口；

4、录像同步回放及现场管理：

监控中心的掺配作业信息采集软件客户端对心墙掺砾土料反铲掺配动作进行实时模拟和数据查询，如果发生掺配作业报警，录像同步回放根据某个不符合作业规范的作业点的时间进行录像查询，如果确认报警信息为真，管理人员对现场操作人员进行反馈。

除上述内容外，因施工环境不尽相同，在特殊的环境下，设备还应该采用特殊材料制成，使设备具有防水、防尘、抗震、抗腐蚀、极限环境温度工作等特性，保障设备在特殊环境下工作正常，如可在超低温或是高温下作业，可以高海拔作业。

Claims (6)

1.一种心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集系统，其特征是，包括流动站、数据中心和监控中心；所述流动站分布在每一个掺配料场地，每一个流动站均包括多源信息采集单元、工业控制器和数据传输单元；所述数据中心和监控中心设立于营地；所述流动站与数据中心基于蜂窝移动通讯技术进行数据通讯；所述多源信息采集单元包括倾角传感器、GPS定位设备和摄像装置，并且通过有线、无线或者蓝牙与工业控制器建立网络连接；所述工业控制器安装在反铲挖掘机驾驶室，由驾驶室电源箱供电，并且通过有线的方式与数据传输单元进行连接；所述数据传输单元安装在反铲挖掘机驾驶室，由驾驶室电源箱供电，并且基于蜂窝移动通讯技术与数据中心进行数据通讯；所述数据中心至少包括应用服务器和数据库服务器；所述监控中心至少包括设置有掺配作业信息采集软件客户端的终端；所述软件客户端接入现场视频监控接口，可以针对某个作业点的时间进行录像查询；数据中心与监控中心处于同一局域网中。

2.一种心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集方法，其特征是，步骤如下：

1)、反铲掺配作业多源信息采集及初步处理；

2)、利用基于蜂窝移动通信技术的数据通讯将采集到的数据传送到数据中心；

3)、掺配作业信息集成、储存及报警；

4)、录像同步回放及现场管理。

3.如权利要求2所述的心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集方法，其特征是，反铲掺配作业多源信息采集及初步处理具体为：通过安装在反铲挖掘机关键部位的倾角传感器、GPS定位设备和摄像装置，以一秒一次的频率采集反铲挖掘机的掺配动作信息、定位信息和视频信息，并将此多源信息通过有线、无线或者蓝牙的方式传送到工业控制器，工业控制器内部署数据处理软件，将多源信息进行初步的处理、统计与分析，并将结果转换为特定的数据格式后发送到数据传输单元由其发送出去。

4.如权利要求2所述的心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集方法，其特征是，基于蜂窝移动通信技术的数据通讯具体为：数据传输单元获取掺配作业多源信息的统计分析结果，通过蜂窝移动通信技术将数据发送到数据中心，所述数据传输单元，采用zigbee点对多点的无线数据通信系统。

5.如权利要求2所述的心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集方法，其特征是，掺配作业信息集成、储存及报警具体为：数据中心获得各个流动站的掺配作业数据报文和视频数据，收到数据后，应用服务器对数据进行解析并且保存在数据库中，数据采集每1秒采集1条数据，如果掺配作业不符合作业规范，应用服务器将产生报警并且把报警信息发送至监控中心，所述的应用服务器、数据库服务器通过有线、无线或光纤网络建立通信连接，并各自对应不同的通讯端口。

6.如权利要求2所述的心墙掺砾土料反铲掺配远程动作采集方法，其特征是，录像同步回放及现场管理具体为：监控中心的掺配作业信息采集软件客户端对心墙掺砾土料反铲掺配动作进行实时模拟和数据查询，如果发生掺配作业报警，录像同步回放根据某个不符合作业规范的作业点的时间进行录像查询，如果确认报警信息为真，管理人员对现场操作人员进行反馈。