CN117387870B - 真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统，系统包括真空度传感器、智能监测终端、可视化报警设备和精准定位计算平台。膜下真空度传感器网格矩阵式布设于真空预压地基处理现场，智能监测终端实时采集获取传感器数据并计算分析，通过可视化报警设备现场实时反映密封膜破损情况及所在施工区域，数据远程上传至平台后，根据精准定位算法远程在线实时计算膜下真空度分布等值线云图，进一步精准定位密封膜破损位置。实现了真空预压水下密封膜破损情况的现场实时可视化预警与精准定位，避免密封膜破损异常情况发现的滞后性，大范围排查工作量大及水下长时间排查安全隐患高等问题，确保破损密封膜查找与修复工作的及时性与准确性。

Description

真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统

技术领域

本发明涉及真空预压地基处理监测技术领域，具体涉及真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统。

背景技术

目前大面积高含水率软土地基加固处理常采用真空预压方法，真空预压法是指通过在土体中打设塑料排水板作为竖直排水体，地基表面铺垫一定厚度的砂垫层，在砂垫层中铺设排水滤管，将不透气的密封膜铺设在砂垫层之上，边界设置密封墙，然后使用抽真空装置进行抽气，使膜下产生真空负压，在大气压作用下膜内外形成压差，土体中孔隙水在压差作用下通过排水系统排出，最终达到固结沉降的地基加固方法。

确保密封膜密封性，保证膜下真空度满足设计要求是真空预压地基处理固结排水施工质量保障的关键，真空预压地基处理施工期间，密封膜在大气压作用下吸附于砂垫层表面，由于砂垫层存在较多尖锐物易刺破密封膜，以及施工时间长、现场施工机械与人员行走等复杂场地条件与环境条件影响，抽真空期间常导致密封膜破损进而造成漏气。真空预压地基处理施工场地大，密封膜破损难以及时被发现、查找及修复，尤其是恒载期间，场地覆水厚度大，一般达到1.0m以上，水下密封膜破损位置难以形成漩涡而被发现，因而水下密封膜破损更加难以排查修复，一旦密封膜破损未及时发现并修复，将导致施工区域内膜下真空度显著降低，影响地基处理效果。

通过膜下真空度监测能够反映施工期间膜下真空度大小，传统人工监测采用真空压力表测量膜下真空度并形成报表。但现有公开技术主要存在以下局限导致无法快速精准定位并及时修补破损密封膜：其一，受人工监测频率低、观测数据转化为成果慢、受天气因素影响大等因素制约，无法实时现场可视化反映膜下真空度变化情况，进而一线工人难以第一时间发现膜下真空度异常或密封膜破损情况。其二，在发生密封膜漏气的施工区域发现膜下真空度异常下降后，需针对膜下真空度监测异常点位邻近区域大范围排查，排查工作量极大，地毯式排查还存在二次破坏风险。其三，覆水厚度大的水下密封膜漏气大大增加了排查难度，需要人工下水摸排，极难排查破损密封膜位置，并且水下人工摸排存在安全隐患。

经检索，申请号为CN201610726370.2的中国专利公开了快速查找和修复真空预压软基处理中密封膜漏气点的方法，无法现场实时可视化反映压力下降情况，需找到压力指数下降的膜下压力表，而后将其监测范围划分成若干个嫌疑区，每个嫌疑区均需逐一排查，并且其方法针对覆水厚度大的真空预压地基处理施工区域并不适用；申请号为CN201510370550.7的中国专利公开了真空堆载预压密封膜破损的查找方法，在疑似破损的密封膜或已进行覆砂的垫层表面缓慢、依次拖行，同时仔细观察密封膜有无被吸附的现象进而找到破损点，同样无法实时可视化反映密封膜破损情况，也无法精准确定破损密封膜范围，需大范围排查，工作量大，并且不适用于水下密封膜破损排查。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统，能够有效解决现有技术中的真空预压膜下真空度预警、定位方法，存在的无法实时现场可视化反映密封膜破损情况，难以精准定位水下密封膜破损位置，水下大范围排查工作量大及安全隐患高的问题。

本发明公开了真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法，包括以下步骤：

S1：在真空预压地基处理现场网格矩阵式布设多个膜下真空度传感器；

S2：智能监测终端实时采集获取膜下真空度传感器采集的膜下真空度监测数据，根据传感器协议解析数据，计算处理后将膜下真空度监测数据远程无线上报至精准定位计算平台；

S3：智能监测终端根据预设的预警报警阈值对膜下真空度监测数据进行处理生成预警指令，并将所述预警指令发送给可视化报警设备，使得可视化报警设备根据所述预警指令发出相应的警报信号；

S4：精准定位计算平台根据膜下真空度监测数据进行实时定位处理，以定位密封膜破损位置；其中，具体为：精准定位计算平台利用已知真空预压地基处理区域内网格矩阵式膜下真空度监测值，远程在线实时计算获取区域内任一位置膜下真空度计算值/>；

（1）

为权重系数，n为真空度监测点总数，i为膜下真空度监测点的编号，1≤i≤n；

根据无偏和最小方差/>条件求解/>的方程组为：

（2）

其中，为任一待求点膜下真空度计算值，/>为对应任一待求点膜下真空度真实值，/>和/>分别为区域内第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点的真空度监测值，j为膜下真空度监测点的编号，1≤j≤n；

展开（2）得（3）

为半变异函数，即/>，/>=/>为待求膜下真空度计算值与已知膜下j点真空度值的半方差，即/>，μ为常数；

精准定位计算平台在线实时计算第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点之间的距离及对应的这两个膜下真空度监测点的膜下真空度值的半方差/>，得到数据点（/>，/>），遍历所有的i和j后，得到n×n个平面直角坐标系中的数据点，并根据这n×n个数据点绘制距离d与半方差C之间的关系图；

根据所述关系图，采用理论变异函数模型进行拟合，确定拟合函数，将待求膜下真空度计算点与已知膜下真空度监测点j的已知距离/>代入拟合函数求解得到/>，将代入式（3）求解/>，即/>和μ，代入式（1）最终求解得到任一位置膜下真空度计算值/>;

S5：精准定位计算平台根据任一位置膜下真空度计算值绘制真空预压地基处理施工区域内的膜下真空度等值线云图，确定密封膜破损漏气位置范围，生成目标位置信息，并将所述目标位置信息发送至远程客户端。

优选地，所述拟合函数为：

其中，A ₀、A ₁、d _m为采用非线性最小二乘法和随机搜索法对数据点（，/>）进行拟合得到的参数。

优选地，步骤S3具体包括：

智能监测终端根据预设的第一预警报警阈值和第二预警报警阈值，将膜下真空度监测数据与第一预警报警阈值和第二预警报警阈值进行比较处理，分析判断膜下真空度预警报警状态，生成预警判断结果，并根据预警判断结果控制可视化报警设备进行预警；

所述可视化报警设备根据智能监测终端的预警指令，现场可视化显示膜下真空度状态，当判断到所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第一预警报警阈值时，生成正常状态预警判断结果，控制预警灯闪烁绿灯；当判断到膜下真空度监测数据小于预设的第一预警报警阈值，且膜下真空度监测数据大于等于预设的第二预警报警阈值时，生成预警状态预警判断结果，控制预警灯闪烁黄灯；当判断到膜下真空度监测数据小于预设的第二预警报警阈值时，生成报警状态预警判断结果，控制预警灯闪烁红灯，并控制蜂鸣器发出蜂鸣声。

优选地，所述密封膜破损位置为所述膜下真空度等值线云图的最小值位置，或精准定位多个密封膜破损位置为所述真空预压地基处理施工区域内的膜下真空度等值线云图局域极小值位置。

本发明还公开了一种真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，包括多个膜下真空度传感器、智能监测终端、通讯模块、可视化报警设备、以及精准定位计算平台；

其中，所述膜下真空度传感器埋设在真空预压地基处理现场中，所述智能监测终端分散的布设在靠近膜下真空度传感器的真空预压地基处理现场中，所述通讯模块配置在所述智能监测终端上，所述智能监测终端通过屏蔽线缆与所述膜下真空度传感器连接，所述智能监测终端通过所述通讯模块与所述精准定位计算平台无线连接，所述智能监测终端的输出端与所述可视化报警设备的输入端电气连接。

优选地，采用网格矩阵式将所述膜下真空度传感器埋设在所述真空预压地基处理现场的密封膜下，并通过出膜装置引出线缆，所述线缆的第一端与所述膜下真空度传感器连接，所述线缆的第二端与所述智能监测终端的RS485电路连接。

优选地，所述通讯模块采用ZigBee模块、2G/4G/5G模块、GPRS模块、NB-IoT模块中的一种，或者ZigBee模块、2G/4G/5G模块、GPRS模块、NB-IoT模块的组合。

优选地，还包括配置在所述智能监测终端上的电源模块，所述电源模块包括锂电池、供电接口、以及充电接口，其中，所述锂电池通过所述供电接口与所述膜下真空度传感器的电源端、所述智能监测终端的电源端、所述通讯模块的电源端和所述可视化报警设备的电源端连接，进行供电，所述锂电池通过所述充电接口与外部的太阳能板连接，进行充电。

优选地，所述可视化报警设备包括预警灯和蜂鸣器，所述预警灯的输入端和所述蜂鸣器的输入端与所述智能监测终端的输出端电气连接。

优选地，所述可视化报警设备具体用于：

当判断到所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第一预警报警阈值时，生成正常状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁绿灯；

当判断到所述膜下真空度监测数据小于预设的第一预警报警阈值，且所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第二预警报警阈值时，生成预警状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁黄灯；

当判断到所述膜下真空度监测数据小于预设的第二预警报警阈值时，生成报警状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁红灯，并控制所述蜂鸣器发出蜂鸣声。

综上所述，本实施例提供的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统，与现有技术相比，具有如下优点：

1.相比现有技术根据人工监测成果反馈密封膜破损情况的滞后性，所述真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统给定了真空预压水下密封膜破损可视化预警方法，实现了膜下真空度实时自动采集、计算、分析处理与现场可视化预警，实时现场可视化反映密封膜破损后膜下真空压力下降情况，预警信息直达一线，现场工人能够第一时间发现膜下真空度异常或密封膜破损情况。

2.所述真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统给定了真空预压水下密封膜破损可视化预警与精准定位方法，通过可视化预警第一时间及时发现密封膜破损情况及破损密封膜所在施工区块，并粗略确定破损密封膜所在范围，进一步根据计算精准定位破损密封膜位置范围，极大缩小了破损密封膜查找范围，解决了现有技术需大范围排查，排查工作量大，时间长，且地毯式排查可能二次破坏密封膜等问题，保证了破损密封膜查找与修复工作的及时性与准确性。

3.所述真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统可有效解决覆水厚度大的真空预压地基处理施工区域破损密封膜难以发现以及排查工作难度大等问题，避免了人工长时间水下摸排。

附图说明

图1是本发明实施例提供的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统的整体流程图。

图2是本发明实施例提供的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统的原理框架示意图。

图3是本发明实施例提供的真空预压水下密封膜破损可视化预警场景的平面示意图。

图4是本发明实施例提供的真空预压水下密封膜破损可视化预警场景的剖面示意图。

图5是本发明实施例提供的n×n组距离与半方差关系示意图。

图6是本发明实施例提供的真空预压水下密封膜破损精准定位的效果示意图。

图中：1—膜下真空度传感器；2—智能监测终端；3—可视化报警设备，31—绿色预警灯，32—黄色预警灯，33—红色预警灯；4—精准定位计算平台；5—密封膜；6—密封膜破损位置。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

请参阅图1至图6，本发明的第一实施例提供了真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法，包括以下步骤：

S1：在真空预压地基处理现场网格矩阵式布设多个膜下真空度传感器；

S2：智能监测终端实时采集获取膜下真空度传感器采集的膜下真空度监测数据，根据传感器协议解析数据，计算处理后将膜下真空度监测数据远程无线上报至精准定位计算平台；

S3：智能监测终端根据预设的预警报警阈值对膜下真空度监测数据进行处理生成预警指令，并将所述预警指令发送给可视化报警设备，使得可视化报警设备根据所述预警指令发出相应的警报信号；

具体地，步骤S3具体包括：

智能监测终端根据预设的第一预警报警阈值和第二预警报警阈值，将膜下真空度监测数据与第一预警报警阈值和第二预警报警阈值进行比较处理，分析判断膜下真空度预警报警状态，生成预警判断结果，并根据预警判断结果控制可视化报警设备进行预警；

所述可视化报警设备根据智能监测终端的预警指令，现场可视化显示膜下真空度状态，当判断到所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第一预警报警阈值时，生成正常状态预警判断结果，控制预警灯闪烁绿灯；当判断到膜下真空度监测数据小于预设的第一预警报警阈值，且膜下真空度监测数据大于等于预设的第二预警报警阈值时，生成预警状态预警判断结果，控制预警灯闪烁黄灯；当判断到膜下真空度监测数据小于预设的第二预警报警阈值时，生成报警状态预警判断结果，控制预警灯闪烁红灯，并控制蜂鸣器发出蜂鸣声。

S4：准定位计算平台根据膜下真空度监测数据进行实时定位处理，以定位密封膜破损位置；其中，具体为：精准定位计算平台利用已知真空预压地基处理区域内网格矩阵式膜下真空度监测值，远程在线实时计算获取区域内任一位置膜下真空度计算值/>；

（1）

为权重系数，n为真空度监测点总数，i为膜下真空度监测点的编号，1≤i≤n；

根据无偏和最小方差/>条件求解/>的方程组为：

（2）

其中，为任一待求点膜下真空度计算值，/>为对应任一待求点膜下真空度真实值，/>和/>分别为区域内第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点的真空度监测值，j为膜下真空度监测点的编号，1≤j≤n；

展开（2）得（3）

为半变异函数，即/>，/>=/>为待求膜下真空度计算值与已知膜下j点真空度值的半方差，即/>，μ为常数；

精准定位计算平台在线实时计算第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点之间的距离及对应的这两个膜下真空度监测点的膜下真空度值的半方差/>，得到数据点（/>，/>），遍历所有的i和j后，得到n×n个平面直角坐标系中的数据点，并根据这n×n个数据点绘制距离d与半方差C之间的关系图；

根据所述关系图，采用理论变异函数模型进行拟合，确定拟合函数，将待求膜下真空度计算点与已知膜下真空度监测点j的已知距离/>代入拟合函数求解得到/>，将代入式（3）求解/>，即/>和μ，代入式（1）最终求解得到任一位置膜下真空度计算值/>;

具体地，在本实施例中，绘制已知n×n组距离与半方差关系图，平台实时在线拟合得到理论变异函数模型，采用指数模型进行拟合，确定拟合函数为

其中，A ₀、A ₁、d _m为通过非线性最小二乘法和随机搜索法对数据点（，/>）进行拟合得到的参数。

将待求膜下真空度计算点与已知膜下真空度监测点的已知距离代入拟合函数即可求解得到/>，将/>代入式（3）

求解，即求解获得/>和μ，再代入式（1）/>，最终可求解得到任一位置膜下真空度计算值/>。

S5：精准定位计算平台根据任一位置膜下真空度计算值绘制真空预压地基处理施工区域内的膜下真空度等值线云图，确定密封膜破损漏气位置范围，生成目标位置信息，并将所述目标位置信息发送至远程客户端。

具体地，在本实施例中，现场技术人员根据可视化报警设备第一时间发现可能的密封膜破损情况及所在施工区域，并根据精准定位计算结果获取密封膜破损位置范围，及时排查并修复破损密封膜，确保真空预压地基处理施工质量。

其中，所述密封膜破损位置为所述膜下真空度等值线云图的最小值位置，或精准定位多个密封膜破损位置为所述真空预压地基处理施工区域内的膜下真空度等值线云图局域极小值位置。

其中，精准定位计算公式符号及对应含义如表1所示：

表1 精准定位计算公式符号及对应含义表

本发明的第二实施例提供了一种真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，包括多个膜下真空度传感器1、智能监测终端2、通讯模块、可视化报警设备3以及精准定位计算平台4；

其中，所述膜下真空度传感器1埋设在真空预压地基处理现场中，所述智能监测终端2分散的布设在靠近膜下真空度传感器1的真空预压地基处理现场中，所述通讯模块配置在所述智能监测终端2上，所述智能监测终端2通过屏蔽线缆与所述膜下真空度传感器1连接，所述智能监测终端2通过所述通讯模块与所述精准定位计算平台4无线连接，所述智能监测终端的输出端与所述可视化报警设备3的输入端电气连接；

所述智能监测终端2，用于实时采集获取膜下真空度传感器采集的膜下真空度监测数据，根据传感器协议解析数据，计算处理后将膜下真空度监测数据远程无线上报至精准定位计算平台；

所述精准定位计算平台4，用于根据膜下真空度监测数据进行实时定位处理，以定位密封膜破损位置；其中，具体为：精准定位计算平台利用已知真空预压地基处理区域内网格矩阵式膜下真空度监测值，远程在线实时计算获取区域内任一位置膜下真空度计算值；

（4）

为权重系数，n为真空度监测点总数，i为膜下真空度监测点的编号，1≤i≤n；

根据无偏和最小方差/>条件求解/>的方程组为：

（5）

其中，为任一待求点膜下真空度计算值，/>为对应任一待求点膜下真空度真实值，/>和/>分别为区域内第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点的真空度监测值，j为膜下真空度监测点的编号，1≤j≤n；

展开（2）可得（6）

为半变异函数，即/>，/>=/>为待求膜下真空度计算值与已知膜下j点真空度值的半方差，即/>，μ为常数；

精准定位计算平台4在线实时计算第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点之间的距离及对应的这两个膜下真空度监测点的膜下真空度值的半方差/>，得到数据点（/>，/>），遍历所有的i和j后，得到n×n个平面直角坐标系中的数据点，并根据这n×n个数据点绘制距离d与半方差C之间的关系图；

根据所述关系图，采用理论变异函数模型进行拟合，确定拟合函数，将待求膜下真空度计算点与已知膜下真空度监测点j的已知距离/>代入拟合函数求解得到/>，将代入式（3）求解/>，即/>和μ，代入式（1）最终求解得到任一位置膜下真空度计算值/>;

根据任一位置膜下真空度计算值绘制真空预压地基处理施工区域内的膜下真空度等值线云图，确定密封膜破损漏气位置范围，生成目标位置信息，并将所述目标位置信息发送至远程客户端。

具体的，在本实施例中，采用网格矩阵式将所述膜下真空度传感器1埋设在所述真空预压地基处理现场的密封膜下，并通过出膜装置引出线缆，所述线缆的第一端与所述膜下真空度传感器连接，所述线缆的第二端与所述智能监测终端的RS485电路连接。即，所述膜下真空度传感器1采用网格矩阵式布设在真空预压地基处理现场的密封膜5下，并通过出膜装置引出线缆，所述智能监测终端2分散的配置在靠近膜下真空度传感器1的真空预压地基处理现场中，所述通讯模块配置在所述智能监测终端2上，所述智能监测终端2通过屏蔽线缆与所述膜下真空度传感器1连接，所述智能监测终端2的输出端与所述可视化报警设备3的输入端电气连接，所述智能监测终端2通过所述通讯模块与所述精准定位计算平台4无线连接。

在本实施例中，所述智能监测终端2具有低功耗运行、主动采集、数据解析、边缘计算和预警判断等功能，实时主动采集获取膜下真空度传感器数据并进行数据解析、格式转换，自主解算数据得到监测物理量，同时根据预设阈值及预警判断算法进行边缘计算分析，分析结果实时反馈并控制所述可视化报警设备3。所述智能监测终端2通过远程无线通讯方式传输处理监测数据至服务器，所述精准定位计算平台4根据算法远程实时在线计算密封膜破损位置6后发送目标位置信息至用户端。

具体地，在本实施例中，所述通讯模块采用ZigBee模块、2G/4G/5G模块、GPRS模块、NB-IoT模块中的一种，或者ZigBee模块、2G/4G/5G模块、GPRS模块、NB-IoT模块的组合。

具体地，在本实施例中，还包括配置在所述智能监测终端2上的电源模块，所述电源模块包括锂电池、供电接口、以及充电接口，其中，所述锂电池通过所述供电接口与所述膜下真空度传感器1的电源端、所述智能监测终端2的电源端、所述通讯模块的电源端和所述可视化报警设备3的电源端连接，进行供电，所述锂电池通过所述充电接口与外部的太阳能板连接，进行充电。

优选地，所述可视化报警设备3包括预警灯和蜂鸣器，所述预警灯的输入端和所述蜂鸣器的输入端与所述智能监测终端的输出端电气连接。

优选地，所述可视化报警设备可视化报警设备3具体用于：

当判断到所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第一预警报警阈值时，生成正常状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁绿灯；

当判断到所述膜下真空度监测数据小于预设的第一预警报警阈值，且所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第二预警报警阈值时，生成预警状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁黄灯；

当判断到所述膜下真空度监测数据小于预设的第二预警报警阈值时，生成报警状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁红灯，并控制所述蜂鸣器发出蜂鸣声。

具体地，在本实施例中，用以下例子解释所述真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法及系统的具体步骤。请参阅图1，在本实施例中，真空预压地基处理现场密封膜5下网格矩阵式布设23个（n=23）真空度传感器1，结合图3和图4所示，形成真空预压地基处理膜下真空度感知网，膜下真空度传感器1位置信息如表2所示；通过线缆引出接入智能监测终端2；安装调试完成后智能监测终端2实时（采集时间间隔t为1min）采集膜下真空度传感器数据，并根据传感器协议及预设预警判断逻辑计算处理数据，当80kPa≤膜下真空度，判定处于正常状态，可视化报警设备3闪烁绿灯；当70kPa≤膜下真空度＜80kPa，判定处于预警状态，闪烁黄灯；当膜下真空度＜70kPa，判定处于报警状态，闪烁红灯并发出蜂鸣声。现场技术员根据可视化报警设备3即可直观掌握膜下真空度状态，第一时间发现异常情况及异常区块，响应时间小于1min，如表2所示，无需通过人工采用压力表逐一采集获取膜下真空度数据，且大面积人工监测工作量大，监测频率低，一般施工期间1次/1~3d，难以及时发现异常情况。

监测数据实时远程传输至后端服务器，根据实时获取的膜下真空度数据，精准定位计算平台根据插值算法远程在线实时计算区域内膜下真空度大小分布，以报警后某时刻数据（表2）为例，根据插值算法，利用已知23点（Z₁~Z₂₃）某时刻膜下真空度值计算区域内膜下真空度分布。

表2 某时刻膜下真空度数据表

计算结果如图6所示，根据计算结果可快速精准找到疑似密封膜破损漏气点6（即膜下真空度最小位置），计算得到疑似漏气点位置为（155.93，61.83），真空度值为64.74kPa，而实际密封膜破损位置（146.83，60.37），计算疑似漏气点与实际密封膜破损位置（146.83，60.37）距离9.2m＜10m，如表3所示，定位疑似破损密封膜分布范围，并将目标位置信息（155.93，61.83）发送至用户，缩小排查范围至计算疑似漏气点10m半径范围内（314.16m²）以内，采用现有技术需针对13个预警报警点邻近范围（每个点前后25m）进行人工排查，排查面积达32500m²，其中重点排查范围（红色预警点邻近区域）达20000m²；采用本技术，现场技术人员根据可视化预警系统第一时间发现可能的密封膜破损情况及所在施工区域，并根据精准定位方法计算获取密封膜破损位置6范围，及时排查并修复破损密封膜，确保真空预压地基处理施工质量。

表3 某区块某时刻可视化预警响应与精准定位处理结果表

综上，所述真空预压膜下真空度可视化预警及精准定位系统具有以下有益效果：

1.相比现有技术根据人工监测成果反馈密封膜破损情况的滞后性，所述真空预压膜下真空度可视化预警及精准定位系统，实现了膜下真空度实时自动采集、计算、分析处理与现场可视化预警，如图3和图4所示，实时现场可视化反映密封膜破损后膜下真空压力下降情况，预警信息直达一线，现场工人能够第一时间发现膜下真空度异常或密封膜破损情况。

2.所述真空预压膜下真空度可视化预警及精准定位系统，如图3所示，通过可视化预警第一时间及时发现密封膜破损情况及破损密封膜所在施工区块，并粗略确定破损密封膜所在范围，进一步根据计算精准定位破损密封膜位置范围，如图6所示，极大缩小了破损密封膜查找范围，解决了现有技术需大范围排查，排查工作量大，时间长，且地毯式排查可能二次破坏密封膜等问题，保证了破损密封膜查找与修复工作的及时性与准确性。

3.所述真空预压膜下真空度可视化预警及精准定位系统可有效解决覆水厚度大的真空预压地基处理施工区域破损密封膜难以发现以及排查工作难度大等问题，避免了人工长时间水下摸排。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在真空预压地基处理现场网格矩阵式布设多个膜下真空度传感器；

S2：智能监测终端实时采集获取膜下真空度传感器采集的膜下真空度监测数据，根据传感器协议解析数据，计算处理后将膜下真空度监测数据远程无线上报至精准定位计算平台；

S3：智能监测终端根据预设的预警报警阈值对膜下真空度监测数据进行处理生成预警指令，并将所述预警指令发送给可视化报警设备，使得可视化报警设备根据所述预警指令发出相应的警报信号；

S4：精准定位计算平台根据膜下真空度监测数据进行实时定位处理，以定位密封膜破损位置；其中，具体为：精准定位计算平台利用已知真空预压地基处理区域内网格矩阵式膜下真空度监测值，远程在线实时计算获取区域内任一位置膜下真空度计算值/>；

（1）

为权重系数，n为真空度监测点总数，i为膜下真空度监测点的编号，1≤i≤n；

根据无偏和最小方差/>条件求解/>的方程组为：

（2）

其中，为任一待求点膜下真空度计算值，/>为对应任一待求点膜下真空度真实值，/>和/>分别为区域内第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点的真空度监测值，j为膜下真空度监测点的编号，1≤j≤n；

展开（2）得（3）

为半变异函数，即/>，/>=/>为待求膜下真空度计算值与已知膜下j点真空度值的半方差，即/>，μ为常数；

精准定位计算平台在线实时计算第i个膜下真空度监测点和第j个膜下真空度监测点之间的距离及对应的这两个膜下真空度监测点的膜下真空度值的半方差/>，得到数据点（/>，/>），遍历所有的i和j后，得到n×n个平面直角坐标系中的数据点，并根据这n×n个数据点绘制距离d与半方差C之间的关系图；

根据所述关系图，采用理论变异函数模型进行拟合，确定拟合函数，将待求膜下真空度计算点与已知膜下真空度监测点j的已知距离/>代入拟合函数求解得到/>，将/>代入式（3）求解/>，即/>和μ，代入式（1）最终求解得到任一位置膜下真空度计算值/>;

S5：精准定位计算平台根据任一位置膜下真空度计算值绘制真空预压地基处理施工区域内的膜下真空度等值线云图，确定密封膜破损漏气位置范围，生成目标位置信息，并将所述目标位置信息发送至远程客户端。

2.根据权利要求1所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

智能监测终端根据预设的第一预警报警阈值和第二预警报警阈值，将膜下真空度监测数据与第一预警报警阈值和第二预警报警阈值进行比较处理，分析判断膜下真空度预警报警状态，生成预警判断结果，并根据预警判断结果控制可视化报警设备进行预警；

所述可视化报警设备根据智能监测终端的预警指令，现场可视化显示膜下真空度状态，当判断到所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第一预警报警阈值时，生成正常状态预警判断结果，控制预警灯闪烁绿灯；当判断到膜下真空度监测数据小于预设的第一预警报警阈值，且膜下真空度监测数据大于等于预设的第二预警报警阈值时，生成预警状态预警判断结果，控制预警灯闪烁黄灯；当判断到膜下真空度监测数据小于预设的第二预警报警阈值时，生成报警状态预警判断结果，控制预警灯闪烁红灯，并控制蜂鸣器发出蜂鸣声。

3.根据权利要求1所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法，其特征在于，所述密封膜破损位置为所述膜下真空度等值线云图的最小值位置，或精准定位多个密封膜破损位置为所述真空预压地基处理施工区域内的膜下真空度等值线云图局域极小值位置。

4.根据权利要求1所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法，其特征在于，所述拟合函数为：

其中，A ₀、A ₁、d _m为采用非线性最小二乘法和随机搜索法对数据点（ ，/>）进行拟合得到的参数。

5.一种真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，用于实现如权利要求1至4任一项所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位方法；其特征在于，包括多个膜下真空度传感器、智能监测终端、通讯模块、可视化报警设备、以及精准定位计算平台；

其中，所述膜下真空度传感器埋设在真空预压地基处理现场中，所述智能监测终端分散的布设在靠近膜下真空度传感器的真空预压地基处理现场中，所述通讯模块配置在所述智能监测终端上，所述智能监测终端通过屏蔽线缆与所述膜下真空度传感器连接，所述智能监测终端通过所述通讯模块与所述精准定位计算平台无线连接，所述智能监测终端的输出端与所述可视化报警设备的输入端电气连接。

6.根据权利要求5所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，其特征在于，采用网格矩阵式将所述膜下真空度传感器埋设在所述真空预压地基处理现场的密封膜下，并通过出膜装置引出线缆，所述线缆的第一端与所述膜下真空度传感器连接，所述线缆的第二端与所述智能监测终端的RS485电路连接。

7.根据权利要求5所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，其特征在于，所述通讯模块采用ZigBee模块、2G/4G/5G模块、GPRS模块、NB-IoT模块中的一种，或者ZigBee模块、2G/4G/5G模块、GPRS模块、NB-IoT模块的组合。

8.根据权利要求5所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，其特征在于，还包括配置在所述智能监测终端上的电源模块，所述电源模块包括锂电池、供电接口、以及充电接口，其中，所述锂电池通过所述供电接口与所述膜下真空度传感器的电源端、所述智能监测终端的电源端、所述通讯模块的电源端和所述可视化报警设备的电源端连接，进行供电，所述锂电池通过所述充电接口与外部的太阳能板连接，进行充电。

9.根据权利要求5所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，其特征在于，所述可视化报警设备包括预警灯和蜂鸣器，所述预警灯的输入端和所述蜂鸣器的输入端与所述智能监测终端的输出端电气连接。

10.根据权利要求9所述的真空预压水下密封膜破损可视化精准定位系统，其特征在于，所述可视化报警设备具体用于：

当判断到所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第一预警报警阈值时，生成正常状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁绿灯；

当判断到所述膜下真空度监测数据小于预设的第一预警报警阈值，且所述膜下真空度监测数据大于等于预设的第二预警报警阈值时，生成预警状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁黄灯；

当判断到所述膜下真空度监测数据小于预设的第二预警报警阈值时，生成报警状态预警判断结果，控制所述预警灯闪烁红灯，并控制所述蜂鸣器发出蜂鸣声。