一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统及方法，系统包括安装在振捣台车上的GPS定位设备、倾角传感器、电子罗盘、振动开关状态传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、单片机、无线网络传输设备、报警设备、应用服务器、数据库服务器和监控客户端，振捣机架上设有振捣棒；倾角传感器测量大臂、小臂和振捣机架的倾角；在施工过程中，当一次完整的振捣作业结束后，系统能够将仓面振捣合格、过振、欠振、漏振的区域以不同颜色的图形显示在监控终端，若过振、欠振或漏振的区域比例超过规定的标准，系统将实时报警并发送报警信息，方便现场施工人员和监理人员根据情况及时调整施工方案，保证混凝土振捣质量。

Normal concrete vibration quality visual real-time monitoring system and method

The invention discloses a normal concrete vibration quality visualization of real time monitoring system and method, including the system installed on the vibrating trolley GPS positioning device, angle sensor, electronic compass, vibration switch state sensors, ultrasonic sensors, infrared distance sensor, MCU, wireless network transmission equipment, alarm equipment, application server the database server, and client, the vibrating frame is provided with a vibrator; angle sensor to measure the big arm, small arm and vibrating frame angle; in the construction process, when a complete vibrating operation after the system can be qualified, storehouse surface vibration vibration, vibration, less leakage vibration the area with different color graphic display in the monitoring terminal, if the area ratio of vibration, vibration or vibration less leakage exceeds the standard, the system will alarm and send Alarm information, it is convenient for site construction personnel and supervisors to adjust the construction plan in time according to the situation, and ensure the quality of concrete vibration.

【技术实现步骤摘要】
一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统及方法
本专利技术属于水利工程中混凝土工程浇筑施工质量实时控制领域，具体的说，是涉及一种以振捣台车作为振捣工具的常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统及方法。
技术介绍
常态混凝土重力坝是用常态混凝土修筑的大体积挡水建筑物，因此常态混凝土的浇筑质量的高低将会直接影响到混凝土坝的质量。常态混凝土是一种流动性较大的混凝土，坍落度一般为10mm～100mm。常态混凝土的密实度是一个评判混凝土质量的重要指标，在施工的过程中，一般通过振捣施工来排出混凝土中掺杂的空气，使骨料结合的更加紧密，以达到提高混凝土密实度的目的。因而，混凝土振捣作为常态混凝土坝浇筑过程中最为关键的施工环节，对混凝土坝的强度、抗渗等性能起着决定性作用。目前常态混凝土施工现场振捣质量控制方法是通过振捣棒交错插入来保证仓面混凝土浇筑区域的全覆盖，同时按照经验来控制振捣棒的插入点、插入深度、振捣间距、振捣时间等控制参数，从而保证混凝土振捣密实。但在实际施工中，往往存在不按规范施工的情况，导致振捣施工存在漏振、欠振、过振等问题，造成振捣质量缺陷。由于缺少有效的监控手段，造成这些问题难以及时获知和处理，因此需要采用一种自动化、精细化、可视化的技术手段对振捣位置、振捣时间、插入深度进行有效的监控，实时控制混凝土振捣质量。振捣台车是一种由挖掘机改装的施工机械，是为了保证混凝土振捣施工的效率和效果，将多个振捣棒集成在振捣机架上然后安装在挖掘机斗杆(小臂)前端的一种振捣机械。振捣台车作为一种大体积混凝土振捣的重要设备，其振捣施工的实时监控和质量控制具有很重要的意义。当前针对常态混凝土振捣质量实时控制的研究取得了一定进展。以单个插入式振捣棒为振捣工具，田正宏、边策、毛龙、吴越建，提出了一种基于GPS动态跟踪的可视化监测方法；龚杰、喻毅提出了一种基于UWB定位技术的混凝土振捣质量实时监控方法。以振捣台车为振捣工具，王仁坤、陈万涛、邱向东、尹习双、刘金飞、钟桂良、赖刚、刘永亮提出了一种混凝土振捣质量实时监控方法。该方法采用GPS定位装置、角度传感器确定振捣棒的空间位置，结合测距模块(超声波或红外线)和应用服务器计算振捣棒有效插入深度，再通过应用服务器计时并结合相应公式，计算出振捣有效时间。该方法虽然建立了一套比较完整的混凝土振捣质量实时监控、评价和报警机制，但仍存在一些不足，如定位及定向天线安装不便、在卫星信号弱时定向会受影响、没有考虑振捣能量传播的衰减效应等。
技术实现思路
为克服上述现有技术缺点，本专利技术的目的是针对常态混凝土重力坝施工过程中振捣台车施工的振捣质量问题，提供一种实时、准确、自动化的监控常态混凝土振捣质量的监控系统及方法。利用本专利技术监控系统及监控方法，在施工过程中，当一次完整的振捣作业结束后，系统能够将仓面振捣合格、过振、欠振、漏振的区域以不同颜色的图形显示在监控终端，若过振、欠振或漏振的区域比例超过规定的标准，系统将实时报警并发送报警信息，方便现场施工人员和监理人员根据情况及时调整施工方案，保证混凝土振捣质量。此外，利用本专利技术可实时生成振捣质量监控图形报告，将仓面振捣控制效果做出直观形象的展示，并作为仓面施工质量评定及验收的辅助材料。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统，包括安装在振捣台车上的GPS定位设备、倾角传感器、电子罗盘、振动开关状态传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、单片机、无线网络传输设备、报警设备、应用服务器、数据库服务器和监控客户端，振捣台车由驾驶室、大臂、小臂和振捣机架组成；振捣机架上设有振捣棒，GPS定位设备定位大臂和回转平台连接处的坐标；倾角传感器测量大臂、小臂和振捣机架的倾角；电子罗盘测量振捣机大臂和正北方的水平夹角(即航向角)；振动开关状态传感器监测振捣台车的振捣棒启闭状态；超声波测距传感器用于白天测量振捣机架底部距离混凝土表面的距离；红外线测距传感器用于夜晚测量振捣机架底部距离混凝土表面的距离；单片机根据设置好的时间定时开启和关闭超声波测距传感器和红外线测距传感器；无线网络传输设备将接收到的施工机械实时动态数据发送至应用服务器；报警设备通过声光报警提示施工人员施工不达标，须及时调整改进；应用服务器上的振捣质量实时监控系统服务端对接收到的实时数据进行分析处理，计算出振捣棒插入点坐标、插入深度和有效振捣时间，然后将所有处理好的数据展示在振捣质量实时监控客户端，并在数据库服务器进行存储，并对不满足施工规范的振捣孔发出报警信息；振捣质量实时监控客户端实时接收服务端发送的数据，并在客户端监控界面实时刷新，以图形的形式展现仓面振捣作业区域混凝土的振捣情况；数据库服务器利用安装的SQLserver数据库，接收服务端的数据，并存储，作为历时数据，以备后期查询使用。具体的，常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统的监控方法，包括以下步骤：(1)建仓时，系统根据仓面设计获取浇筑厚度和振捣区域边界参数，得到浇筑的块体，对块体进行处理后绘制振捣区域平面图和立面浇注图，并将平面图和立面图相互关联对应；(2)振捣台车驾驶室内的无线传输设备将传感器测得的实时数据打包，通过GPRS或无线局域通讯网络发送至应用服务器，应用服务器中的服务端对接收到的实时数据进行分析计算；(3)每次完整的振捣作业(有效振捣时段内振捣棒完成的施工作业)期间，应用服务器对振捣棒插入孔间距、插入深度、振捣时间进行实时监测分析，对没达到标准的情况进行实时报警，通知施工人员和现场监管人员采取措施；(4)施工期间系统获取施工实时数据，并将振捣棒振捣影响区域内振捣时间统计结果与预存的标准参数进行比较，分析计算出振捣质量监控成果，并在监控终端实时更新振捣图形，图形中不同振捣质量的区域按颜色区分，分级显示；(5)系统根据用户选择判断是否生成振捣质量监控图形报告，计算并统计出振捣区域的振捣合格率。步骤(1)所述浇筑块体的处理方式为：先沿厚度方向从底面起向上将块体等分成若干份，自底面从数字0开始将所有的截面按序编号至混凝土表面(包含表面)，将所有编号的平面用单元边长为a(a的取值根据实际需要而定)的方格矩阵进行离散化处理，则生成了不同厚度平面的监控平面图。当处于最上层表面平面图的视图下，在监控客户端中双击任一条网格线，即可显示出由该条网格线把块体竖直剖开的立面浇注图。步骤(2)所述服务端对接收到的实时数据进行分析计算的过程包括：根据接收到的GPS定位坐标，结合预先输入的振捣台车机械参数，利用数学公式推求每个振捣棒上所有点坐标；比较测距传感器测量的距离数据和预先输入的振捣棒棒长参数，判定振捣棒的插入状态，并将二者做差得出插入深度值；结合插入状态判定结果和振捣棒启闭状态监控数据，获取有效振捣时间；对振捣棒插入混凝土的部分，在其周围生成振捣影响区域；在振捣影响区域内将振捣作用效果按照规定的衰减规律进行衰减处理；计算振捣区域内各点的实时总振捣时间。所述实时数据包括GPS定位坐标、倾角传感器倾角数据、航向角、振捣开关状态数据、距离数据。所述插入状态判定方法为：比较测距传感器测得的距离l1和振捣棒棒长l0的大小关系，若l0≤l1,则判定振捣棒未插入混凝土；若l0＞l1，则判定振捣棒插入了混凝土。所述振捣有效时间获取方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统，其特征在于，包括安装在振捣台车上的GPS定位设备、倾角传感器、电子罗盘、振动开关状态传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、单片机、无线网络传输设备、报警设备、应用服务器、数据库服务器和监控客户端，所述振捣台车由驾驶室、大臂、小臂和振捣机架组成；所述振捣机架上设有振捣棒，所述GPS定位设备安装在所述大臂和回转平台的连接处；所述倾角传感器用于测量所述大臂、小臂和振捣机架的倾角；所述电子罗盘用于测量航向角；所述超声波测距传感器用于在白天测量振捣机架底部距离混凝土表面的距离，所述红外线测距传感器用于在夜晚测量振捣机架底部距离混凝土表面的距离；所述单片机根据设定的时间定时开启和关闭超声波测距传感器和红外线测距传感器；所述无线网络传输设备将接收到的施工机械实时动态数据发送至所述应用服务器；所述应用服务器对接收到的实时动态数据进行分析处理，处理后的数据展示在所述监控客户端，并通过所述数据库服务器进行存储，所述报警设备对振捣质量不达标的振捣孔发出报警信息。

【技术特征摘要】
1.一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统，其特征在于，包括安装在振捣台车上的GPS定位设备、倾角传感器、电子罗盘、振动开关状态传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、单片机、无线网络传输设备、报警设备、应用服务器、数据库服务器和监控客户端，所述振捣台车由驾驶室、大臂、小臂和振捣机架组成；所述振捣机架上设有振捣棒，所述GPS定位设备安装在所述大臂和回转平台的连接处；所述倾角传感器用于测量所述大臂、小臂和振捣机架的倾角；所述电子罗盘用于测量航向角；所述超声波测距传感器用于在白天测量振捣机架底部距离混凝土表面的距离，所述红外线测距传感器用于在夜晚测量振捣机架底部距离混凝土表面的距离；所述单片机根据设定的时间定时开启和关闭超声波测距传感器和红外线测距传感器；所述无线网络传输设备将接收到的施工机械实时动态数据发送至所述应用服务器；所述应用服务器对接收到的实时动态数据进行分析处理，处理后的数据展示在所述监控客户端，并通过所述数据库服务器进行存储，所述报警设备对振捣质量不达标的振捣孔发出报警信息。2.根据权利要求1所述一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建仓时，根据仓面设计获取浇筑厚度和振捣区域边界参数，得到浇筑的块体，对块体进行处理后绘制振捣区域平面图和立面浇注图，并将平面图和立面浇注图相互关联对应；(2)通过振捣台车驾驶室内的无线传输设备将传感器测得的实时数据打包并发送至应用服务器，应用服务器中的服务端对接收到的实时数据进行分析计算；(3)每次完整的振捣作业期间，应用服务器对振捣棒插入孔间距、插入深度、振捣时间进行实时监测分析，对没有达到标准的情况实时报警，并通知施工人员和现场监管人员采取措施；(4)施工期间监控系统获取施工实时数据，分析计算出振捣质量监控成果，并在监控客户端实时更新振捣图形，振捣图形中不同振捣质量的区域按颜色区分，分级显示；(5)计算并统计出振捣区域的振捣合格率。3.根据权利要求2所述一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统的监控方法，其特征在于，步骤(2)中应用服务器中的服务端对接收到的实时数据进行分析计算过程包括：根据接收到的GPS定位坐标，结合预先输入的振捣台车机械参数，推求每个振捣棒上的所有点坐标；比较测距传感器测量的距离数据和预先输入的振捣棒棒长参数，判定振捣棒的插入状态，并将二者做差得出插入深度值；结合插入状态判定结果和振捣棒启闭状态监控数据，获取有效振捣时间；对振捣棒插入混凝土的部分，在其周围生成振捣影响区域；在振捣影响区域内将振捣作用效果按衰减规律进行衰减处理；计算振捣区域内各点的实时总振捣时间。4.根据权利要求2所述一种常态混凝土振捣质量可视化实时监控系统的监控方法，其特征在于，步骤(2)中所述实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟登华，沈子洋，任炳昱，崔博，吕鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12