CN110675611A - 一种大坝压实监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大坝压实监测系统及监测方法，该系统包括北斗差分定位系统、数据传输终端、数据采集终端、平板电脑、光电传感器A、振动传感器、光电传感器B、固定架；北斗差分定位系统包括北斗卫星接收机、发射电台、北斗卫星基站接收机；数据传输终端与北斗卫星接收机通信连接；数据传输终端与数据采集终端采用无线通信方式连接；光电传感器A、振动传感器、光电传感器B与数据采集终端通信连接；数据传输终端通过互联网与平板电脑通信连接；系统利用北斗卫星定位系统以及相关的传感器对压路机在大坝碾压施工过程中的碾压参数实施监控并记录，实现大坝填筑施工质量精细化管理，减少人员投入，加快施工进度。

Description

一种大坝压实监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及大坝碾压施工过程监控技术领域，具体涉及一种大坝压实监测系统及监测方法。

背景技术

在大坝碾压施工中是否压实，施工质量是否过关，传统方法对施工质量及碾压参数的控制依靠监理和施工人员，受人为因素干扰大，管理粗放，难以实现对压实质量的精准控制。同时在大坝验收时通常以单元验收时的试坑检测结果为判断依据。随机选用的有限个试坑检测结果去反映整个施工单元仓面的碾压质量，会存在较大的误差；挖坑作业也会对大坝仓面施工作业带来干扰，由于验收试验结果无法快速获得，会影响施工进度，故难以满足以高强度、高机械化为特点的大型土石坝工程施工要求；常规的质量控制手段易于造成欠压和超压。过度碾压会使土层表面翻松，并致使骨料(粗颗粒)破碎。因此传统的大坝碾压的施工质量及验收过程受到人为因素较大、费时费力的同时影响大坝施工进度及施工质量。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种大坝压实监测系统及监测方法，该系统利用北斗卫星定位系统以及相关的传感器对压路机在大坝碾压施工过程中的碾压参数实施监控并记录，保证了大坝碾压的施工质量，同时为后期的大坝验收提供数据依据，有效解决了传统的大坝碾压的施工质量及验收过程受到人为因素较大、费时费力的同时影响了大坝施工进度及施工质量问题，实现大坝填筑施工质量精细化管理，减少人员投入，加快施工进度。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种大坝压实监测系统，包括北斗差分定位系统、数据传输终端、数据采集终端、平板电脑、光电传感器A、振动传感器、光电传感器B、固定架；所述的北斗差分定位系统包括北斗卫星接收机、发射电台、北斗卫星基站接收机；所述的数据传输终端与北斗卫星接收机通信连接；所述的数据传输终端与数据采集终端采用无线通信方式连接；所述的光电传感器A、振动传感器、光电传感器B与数据采集终端通信连接；所述的数据传输终端通过互联网与平板电脑通信连接；所述的电传感器A7、振动传感器8、数据采集终端2、光电传感器B9安装在固定架10上。

优选的，所述的固定架为有两个平行的半圆结构中间通过三个立杆连接构成，上部半圆结构上依次安装光电传感器A、振动传感器、数据采集终端、光电传感器B；所述的光电传感器A、光电传感器B垂直安装固定架上部半圆结构的两端，光电传感器的感应位置位于固定架外侧；所述的固定架下部半圆结构上设置有固定孔。

优选的，所述的数据传输终端包括单片机A、4G透传模块、ZigBee无线传输模A、RS232转TTL模块、锂电池A、DC-DC转换模块A；所述的锂电池A采用 24V输出电压，其输出端与DC-DC转换模块A输入端连接，所述的DC-DC转换模块A输出5V电压为单片机A、4G透传模块、ZigBee无线传输模A、RS232转TTL 模块供电；所述的北斗卫星接收机通过RS232转TTL模块与单片机A的UART1 端连接，实现数据传输终端与斗卫星接收机的通信连接；所述的ZigBee无线传输模A与单片机A的UART2端连接；所述的4G透传模块与单片机A的UART3端连接；数据传输终端通过4G透传模块接入互联网与平板电脑实现通信。

优选的，所述的数据采集终端包括单片机B、ZigBee无线传输模B、DC-DC 转换模块B、锂电池B；所述的锂电池B采用24V输出电压，其输出端与DC-DC 转换模块B输入端和振动传感器的电源端连接，所述的DC-DC转换模块B输出 5V电压为单片机B、光电传感器A、光电传感器B供电、ZigBee无线传输模B 供电；所述的振动传感器的输出端对地连接电阻R3，其后端与单片机B的ADC_IN 端连接，所述的单片机B的UART1端与ZigBee无线传输模B连接；所述的ZigBee 无线传输模A与ZigBee无线传输模B无线数据收发通信连接，实现了数据传输终端与数据采集终端的无线通信连接；所述的光电传感器A、光电传感器B的信号输出端分别连接单片机B的GPIO1和GPIO2端，并分别连接有上拉电阻R1和R2。

一种大坝压实监测系统的监测方法；包括如下步骤：

步骤1：将数据采集终端、光电传感器A、振动传感器、光电传感器B通过固定架安装在压路机压轮的侧面端部，北斗卫星接收机安装在压路机顶部随车移动，在大坝附近的高坡上安装斗卫星基站接收机并部署电台；数据传输终端放置在压路机驾驶室；

步骤2：根据碾压参数调节压路机振动参数，启动对大坝碾压作业，作业时根据北斗差分定位系统获取压路机运动的坐标，每秒一次，通过数据传输终端1 发送至平板电脑计算碾压长度及碾压面积；通过电传感器A、光电传感器B获取压路机前进或后退的运行状态，结合坐标轨迹通过平板电脑统计计算碾压遍数；

步骤3：根据步骤2中统计出的碾压长度、碾压面积、碾压遍数统计计算碾压合格面积并通过平板电脑显示合格面积坐标，后续作业不再碾压，加快施工效率；

步骤4：提取在碾压合格面积区域碾压时压路机的运行速度，振动频率，结合碾压长度、碾压面积、碾压遍数对施工质量开展评价并进行验收工作。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

该系统数据采集终端与数据传输终端采用ZigBee无线传输方式，实现了数据采集终端可直接安装在压轮上，为压轮的正反转提供便利的同时，对压路机振动频率实现更精确的采集；系统使用了北斗差分定位系统，相比单个北斗接收机定位精度更高，大坝碾压面积计算更精确，有效避免了碾压合格面积再次被重复碾压的问题；数据传输终端将数据发送至互联网，工程监理可随时随地通过平板电脑查看统计数据，实现大坝填筑施工质量精细化管理，减少人员投入，加快施工进度。

附图说明

图1为本发明一种大坝压实监测系统的结构示意图；

图2为本发明在具体实施时数据采集终端安装在固定架的结构示意图；

图3为本发明在具体实施时数据采集终端通过固定架固定在压路机的压轮上的结构示意图；

图4为数据传输终端的电路图；

图5为数据采集终端的电路图

图中：数据传输终端1、数据采集终端2、北斗卫星接收机3、发射电台4、北斗卫星基站接收机5、平板电脑6、光电传感器A7、振动传感器8、光电传感器B9、固定架10、单片机A11、4G透传模块12、ZigBee无线传输模A13、RS232转TTL 模块14、锂电池A15、DC-DC转换模块A16、单片机B21、ZigBee无线传输模B22、 DC-DC转换模块B23、锂电池B24、压轮30、压轮托架31。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：

如图1所示，一种大坝压实监测系统，包括北斗差分定位系统、数据传输终端1、数据采集终端2、平板电脑6、光电传感器A7、振动传感器8、光电传感器B9、固定架10；所述的北斗差分定位系统包括北斗卫星接收机3、发射电台4、北斗卫星基站接收机5；北斗卫星基站接收机5通过发射电台4将差分数据发送至北斗卫星接收机3实现高精度的差分定位；所述的数据传输终端1与北斗卫星接收机3通信连接，获取定位数据；所述的数据传输终端1与数据采集终端2 采用无线通信方式连接；所述的光电传感器A7、振动传感器8、光电传感器B9与数据采集终端2通信连接；所述的数据传输终端1通过互联网与平板电脑6 通信连接；所述的固定架10为有两个平行的半圆结构中间通过三个立杆连接构成(如图2所示)，上部半圆结构上依次安装光电传感器A7、振动传感器8、数据采集终端2、光电传感器B9；所述的光电传感器A7、光电传感器B9垂直安装固定架10上部半圆结构的两端，光电传感器的感应位置位于固定架10外侧；所述的固定架10下部半圆结构上设置有固定孔，具体实施时，北斗卫星接收机3 安装在压路机顶部；将固定架10安装在压路机压轮30的侧面端部，半圆形结构的圆弧一侧靠近压路机压轮30边沿，在压路机作业时，压轮30带动固定架10 旋转，光电传感器A7和光电传感器B9压轮托架31侧面挡板，可检测压路机压轮30的旋转方向(压路机前进还是后退)，为系统统计压路机大坝碾压的遍数提供依据，振动传感器8可有效检测压轮30的振动频率；数据采集终端2与数据传输终端1无无线通信，相比有线通信而言压轮30转动可不受，同时振动传感器8固定在压轮8上检测更灵敏精确；数据传输终端1通过北斗卫星接收机3 获取卫星定位数据包括位移坐标，时间、速度、加速度等参数，为系统统计碾压面积、碾压长度、碾压时间、碾压遍数提供数据支撑；最终，数据传输终端1 将所接收到的数据发送至平板电脑6，平板电脑6对数据进行统计分析和保存。

如图4所示，所述的数据传输终端1包括单片机A11(Atmega1280)、4G透传模块12(WH-LTE-7S4)、ZigBee无线传输模A13、RS232转TTL模块14、锂电池A15、DC-DC转换模块A16；所述的锂电池A15采用24V输出电压，其输出端与DC-DC转换模块A16输入端连接，所述的DC-DC转换模块A16输出5V电压为单片机A11、4G透传模块12、ZigBee无线传输模A13、RS232转TTL模块14供电；所述的北斗卫星接收机3通过RS232转TTL模块14与单片机A11的UART1 端连接，实现数据传输终端1与斗卫星接收机3的通信连接；所述的ZigBee无线传输模A13与单片机A11的UART2端连接；所述的4G透传模块12与单片机 A11的UART3端连接；数据传输终端1通过4G透传模块12接入互联网与平板电脑6实现通信。

如图5所示，所述的数据采集终端2包括单片机B21、ZigBee无线传输模 B22、DC-DC转换模块B23、锂电池B24；所述的锂电池B24采用24V输出电压，其输出端与DC-DC转换模块B23输入端和振动传感器8的电源端连接，所述的 DC-DC转换模块B23输出5V电压为单片机B21、光电传感器A7、光电传感器B9 供电、ZigBee无线传输模B22供电，所述的振动传感器8的输出端(采用输出信号4-20mA的振动传感器)对地连接电阻R3(采用精度为0.1％、阻值为250Ω的电阻)，其后端与单片机B21的ADC_IN(模拟量输入)端连接，所述的单片机B21 的UART1端与ZigBee无线传输模B22连接；所述的ZigBee无线传输模A13与 ZigBee无线传输模B22无线数据收发通信连接，实现了数据传输终端1与数据采集终端2的无线通信连接；所述的光电传感器A7、光电传感器B9的信号输出端分别连接单片机B21的GPIO1和GPIO2(通用输入输出接口)端，并分别连接有上拉电阻R1(阻值2KΩ)和R2(阻值2KΩ)。

一种大坝压实监测系统的监测方法；包括如下步骤：

步骤1：将数据采集终端2、光电传感器A7、振动传感器8、光电传感器B9 通过固定架10安装在压路机压轮30的侧面端部，北斗卫星接收机3安装在压路机顶部随车移动，在大坝附近的高坡上安装斗卫星基站接收机5并部署电台4；数据传输终端1放置在压路机驾驶室；

步骤2：根据碾压参数调节压路机振动参数，启动对大坝碾压作业，作业时根据北斗差分定位系统获取压路机运动的坐标，每秒一次，通过数据传输终端1 发送至平板电脑6计算碾压长度及碾压面积；通过电传感器A7、光电传感器B9 获取压路机前进或后退的运行状态，结合坐标轨迹通过平板电脑6统计计算碾压遍数；

步骤3：根据步骤2中统计出的碾压长度、碾压面积、碾压时间、碾压遍数统计计算碾压合格面积并通过平板电脑6显示合格面积坐标，后续作业不再碾压，加快施工效率；

步骤4：提取在碾压合格面积区域碾压时压路机的运行速度，振动频率，结合碾压长度、碾压面积、碾压时间、碾压遍数对施工质量开展评价并进行验收工作。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种大坝压实监测系统，包括北斗差分定位系统、数据传输终端、数据采集终端、平板电脑、光电传感器A、振动传感器、光电传感器B、固定架；所述的北斗差分定位系统包括北斗卫星接收机、发射电台、北斗卫星基站接收机；其特征在于：所述的数据传输终端与北斗卫星接收机通信连接；所述的数据传输终端与数据采集终端采用无线通信方式连接；所述的光电传感器A、振动传感器、光电传感器B与数据采集终端通信连接；所述的数据传输终端通过互联网与平板电脑通信连接；所述的电传感器A、振动传感器、数据采集终端、光电传感器B安装在固定架上。

2.根据权利要求1所述的一种大坝压实监测系统，其特征在于：所述的固定架为有两个平行的半圆结构中间通过三个立杆连接构成，上部半圆结构上依次安装光电传感器A、振动传感器、数据采集终端、光电传感器B；所述的光电传感器A、光电传感器B垂直安装固定架上部半圆结构的两端，光电传感器的感应位置位于固定架外侧；所述的固定架下部半圆结构上设置有固定孔。

3.根据权利要求2所述的一种大坝压实监测系统，其特征在于：所述的数据传输终端包括单片机A、4G透传模块、ZigBee无线传输模A、RS232转TTL模块、锂电池A、DC-DC转换模块A；所述的锂电池A采用24V输出电压，其输出端与DC-DC转换模块A输入端连接，所述的DC-DC转换模块A输出5V电压为单片机A、4G透传模块、ZigBee无线传输模A、RS232转TTL模块供电；所述的北斗卫星接收机通过RS232转TTL模块与单片机A的UART1端连接，实现数据传输终端与斗卫星接收机的通信连接；所述的ZigBee无线传输模A与单片机A的UART2端连接；所述的4G透传模块与单片机A的UART3端连接；数据传输终端通过4G透传模块接入互联网与平板电脑实现通信。

4.根据权利要求3所述的一种大坝压实监测系统，其特征在于：所述的数据采集终端包括单片机B、ZigBee无线传输模B、DC-DC转换模块B、锂电池B；所述的锂电池B采用24V输出电压，其输出端与DC-DC转换模块B输入端和振动传感器的电源端连接，所述的DC-DC转换模块B输出5V电压为单片机B、光电传感器A、光电传感器B供电、ZigBee无线传输模B供电；所述的振动传感器的输出端对地连接电阻R3，其后端与单片机B的ADC_IN端连接，所述的单片机B的UART1端与ZigBee无线传输模B连接；所述的ZigBee无线传输模A与ZigBee无线传输模B无线数据收发通信连接，实现了数据传输终端与数据采集终端的无线通信连接；所述的光电传感器A、光电传感器B的信号输出端分别连接单片机B的GPIO1和GPIO2端，并分别连接有上拉电阻R1和R2。

5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种大坝压实监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将数据采集终端、光电传感器A、振动传感器、光电传感器B通过固定架安装在压路机压轮的侧面端部，北斗卫星接收机安装在压路机顶部随车移动，在大坝附近的高坡上安装斗卫星基站接收机并部署电台；数据传输终端放置在压路机驾驶室内；

步骤2：根据碾压参数调节压路机振动参数，启动对大坝碾压作业，作业时根据北斗差分定位系统获取压路机运动的坐标，每秒一次，通过数据传输终端1发送至平板电脑计算碾压长度及碾压面积；通过电传感器A、光电传感器B获取压路机前进或后退的运行状态，结合坐标轨迹通过平板电脑统计计算碾压遍数；

步骤3：根据步骤2中统计出的碾压长度、碾压面积、碾压遍数统计计算碾压合格面积并通过平板电脑显示合格面积坐标，后续作业不再碾压，加快施工效率；

步骤4：提取在碾压合格面积区域碾压时压路机的运行速度，振动频率，结合碾压长度、碾压面积、碾压遍数对施工质量开展评价并进行验收工作。

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