本發(fā)明屬于水利工程中混凝土工程澆筑施工質(zhì)量實時控制領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種振搗臺車定位及插入深度的實時監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

在混凝土澆筑工程中，混凝土振搗工藝是對混凝土性能影響最大的關(guān)鍵工藝，施工過程中對振搗質(zhì)量進行實時監(jiān)測和控制是混凝土質(zhì)量控制的重要一環(huán)?；炷琳駬v的密實程度直接影響混凝土的強度、抗?jié)B及抗凍等性能，對建筑工程施工質(zhì)量和使用產(chǎn)生很大的影響。傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場振搗質(zhì)量控制，是按照人工目測的方法來控制振搗棒的插入位置、插入角度和插入深度等數(shù)據(jù)，從而保證混凝土振搗密實。但在施工過程中，由于人工經(jīng)驗控制經(jīng)常出現(xiàn)偏差以及不按規(guī)范施工的情況遍存在，導(dǎo)致振搗過程中很容易出現(xiàn)重復(fù)振搗、漏振、欠振和插入深度不達標(biāo)等問題，這些情況可能造成混凝土的質(zhì)量缺陷，甚至成為安全隱患。因此需要采用自動化、精確化、智能化的技術(shù)手段監(jiān)測振搗棒的振搗位置和插入深度，控制振搗臺車的振搗施工質(zhì)量。

目前，成都勘測設(shè)計研究院對振搗臺車的實時定位和插入深度監(jiān)控技術(shù)的研究取得了一定的成果，提出了一種振搗臺車實時監(jiān)測定位系統(tǒng)及方法和一種振搗有效深度智能檢測方法，實現(xiàn)了振搗棒振搗位置和插入深度的實時監(jiān)控。但是這些方法仍然存在一些不足，如定位及定向天線安裝不便、在衛(wèi)星信號弱時定向會受影響、單個測距儀的性能有局限等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服以上不足，本發(fā)明的目的是針對混凝土工程澆筑施工過程中振搗臺車振搗質(zhì)量控制問題，提供了一種實時、準(zhǔn)確、自動化的振搗臺車定位及插入深度的實時監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。利用本發(fā)明提供的振搗臺車定位及插入深度監(jiān)控方法，在振搗作業(yè)的過程中，采用傳感器實時獲取GPS定位坐標(biāo)、傾角數(shù)據(jù)、航向角數(shù)據(jù)、振搗開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)以及距離數(shù)據(jù)，對集成安裝在振搗臺車振搗機架上的振搗棒實時定位，并通過應(yīng)用服務(wù)器分析計算得到振搗棒的插入深度。從而有效的控制施工現(xiàn)場漏振、欠振、重復(fù)振搗和插入深度不達標(biāo)的問題，克服傳統(tǒng)方法無法實時監(jiān)控和記錄振搗插入點的位置、監(jiān)控振搗棒空間姿態(tài)和插入深度以及記錄振搗施工過程數(shù)據(jù)的缺點。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種振搗臺車定位及插入深度的實時監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置在由駕駛室、回轉(zhuǎn)平臺、大臂、小臂和振搗機架組成的振搗臺車上，所述振搗機架上設(shè)有振搗棒，所述回轉(zhuǎn)平臺與所述大臂之間設(shè)有GPS天線，所述大臂、小臂和振搗機架上均設(shè)有傾角傳感器，所述振搗機架的兩側(cè)設(shè)有紅外線測距儀和超聲波測距儀，還包括用于測量航向角的電子羅盤、用于所述控制紅外線測距儀和超聲波測距儀的單片機、用于收發(fā)數(shù)據(jù)的無線傳輸設(shè)備和用于對數(shù)據(jù)進行實時分析計算的應(yīng)用服務(wù)器。

一種振搗臺車定位及插入深度的實時監(jiān)控系統(tǒng)的定位監(jiān)控方法，包括以下步驟：

(1).利用GPS天線實時定位大臂和回轉(zhuǎn)平臺連接處O的坐標(biāo)，利用電子羅盤確定大臂與正北方向的水平夾角，利用傾角傳感器實時獲取大臂、小臂和振搗機架與豎直方向的夾角；

(2).根據(jù)連接處O的坐標(biāo)、水平夾角、大臂與豎直方向的夾角，以及大臂的幾何尺寸數(shù)據(jù)，計算出大臂與小臂連接關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)P(x₁,y₁,z₁)；

(3).根據(jù)水平夾角、小臂與豎直方向的夾角、坐標(biāo)P以及P到小臂與振搗機架上表面中心Q的距離，計算出Q的坐標(biāo)Q(x₂,y₂,z₂)；

(4).通過坐標(biāo)Q(x₂,y₂,z₂)、振搗機架與豎直方向的夾角和振搗機架的三維形體數(shù)據(jù)，實時獲得振搗機架上每個振搗棒頂端與振搗機架連接處的坐標(biāo)；

(5).根據(jù)振搗棒頂端與振搗機架連接處的坐標(biāo)、振搗機架與豎直方向的夾角和振搗棒的幾何尺寸數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用服務(wù)器計算出每個振搗棒上任意一點的坐標(biāo)，最終得到所有振搗棒的實時空間姿態(tài)。

一種振搗臺車定位及插入深度的實時監(jiān)控系統(tǒng)的深度監(jiān)控方法，包括以下步驟：

a.預(yù)先在單片機中設(shè)置有程序，利用程序?qū)崿F(xiàn)紅外線測距儀和超聲波測距儀之間的切換功能；

b.利用紅外線測距儀或超聲波測距儀實時測量振搗棒頂端到混凝土表面的距離l′，并將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線傳輸設(shè)備傳輸至應(yīng)用服務(wù)器；

c.應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)預(yù)先輸入的振搗棒長度l與測到的距離l′做差，將小于零的結(jié)果判定為未插入混凝土，大于零的結(jié)果即為振搗棒的插入深度，因而便實時得到振搗棒的插入深度。

步驟a中通過單片機控制在白天使用不受陽光影響的超聲波測距儀，夜晚使用精度高、響應(yīng)快的紅外線測距儀。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

1.提出了振搗臺車實時定位及插入深度監(jiān)控方法，從而實現(xiàn)了振搗棒振搗位置和插入深度的自動化、精確化、智能化的實時監(jiān)控，為實際工程施工質(zhì)量控制提供了有效方法。

2.GPS天線固定在回轉(zhuǎn)平臺上，安裝更方便，且受到振搗棒振動的影響更小。

3.電子羅盤根據(jù)地磁場進行振搗臺車大臂與正北方向水平夾角的測量，與衛(wèi)星信號相比，地磁場的波動變化可忽略不計，因此電子羅盤的工作抗干擾能力較強。

4.單個測距儀的性能存在其局限性，紅外線測距儀相比超聲波測距儀擁有精度更高、響應(yīng)更快的優(yōu)點，但強烈的太陽光會對測量造成干擾，而超聲波不受太陽光的影響，因此，為了發(fā)揮兩種測距儀各自的優(yōu)勢，在白天使用不受太陽光影響的超聲波測距儀，夜晚使用紅外線測距儀，通過對兩個測距儀切換使用，能夠充分發(fā)揮兩種測距儀各自的優(yōu)勢，揚長避短，對環(huán)境有更好的適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為對振搗臺車進行實時定位監(jiān)控的示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖3為對振搗臺車進行實時深度監(jiān)控的示意圖。

圖4為圖3的側(cè)視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)和方法。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

本例中，圖1和圖2所示為振搗臺車實時定位監(jiān)控方法示意圖，圖3和圖4所示為振搗臺車插入深度實時監(jiān)控方法示意圖。

監(jiān)控系統(tǒng)的具體安裝方法為：選定基準(zhǔn)點并建立GNSS定位差分基準(zhǔn)站在振搗臺車大臂與回轉(zhuǎn)平臺連接處安裝GPS圓盤天線，在大臂的前半段安裝1號傾角傳感器，在小臂的中間部位安裝2號傾角傳感器，在振搗機架左側(cè)邊安裝3號傾角傳感器，電子羅盤安裝在駕駛室內(nèi)中間正前方的平臺上，所有的設(shè)備數(shù)據(jù)線最終都集成在一起連接到布置在駕駛室內(nèi)的無線傳輸設(shè)備上。

測距設(shè)備具體安裝方法為：在振搗機架左側(cè)安裝紅外線測距儀，在振搗機架右側(cè)安裝超聲波測距儀，兩個測距儀的軸線與所有振搗棒的軸線保持在統(tǒng)一平面內(nèi)，并且保證測距儀的發(fā)射口邊緣與振搗棒頂端平面對齊，兩個測距儀通過數(shù)據(jù)線與安裝在駕駛室內(nèi)的單片機相連接，通過單片機實現(xiàn)測距儀之間的切換，再由單片機通過數(shù)據(jù)線把采集到的距離數(shù)據(jù)傳輸給無線傳輸設(shè)備。

本例中，振搗臺車實時定位監(jiān)控方法具體工作步驟如下：

步驟1、GPS圓盤天線實時定位頂端圓盤的坐標(biāo)O‘(x,y,z)，大臂上的傾角傳感器實時測量傾角a，小臂上的傾角傳感器實時測量傾角b，振搗機架上的傾角傳感器實時測量傾角c，電子羅盤實時測量振搗機大臂與正北方向的水平夾角A，無線傳輸設(shè)備將測得的實時數(shù)據(jù)打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至應(yīng)用服務(wù)器。

步驟2、應(yīng)用服務(wù)器對接收到的數(shù)據(jù)進行分析計算。首先，根據(jù)已知的圓盤天線高度L和頂端圓盤的坐標(biāo)O′(x,y,z)，則大臂和回轉(zhuǎn)平臺連接處坐標(biāo)為O(x,y,z-L)，結(jié)合預(yù)先輸入的大臂的幾何尺寸數(shù)據(jù)夾角d和兩個連接關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的距離L₁，計算出大臂與小臂連接關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)P(x₁,y₁,z₁)，公式為

x₁＝x+L₁sinAcos(90°+a-d)

y₁＝y(tǒng)+L₁cosA cos(90°+a-d)

z₁＝z+L₁sin(90°+a-d)

步驟3、求出P點坐標(biāo)以后，根據(jù)點P坐標(biāo)和P到小臂與振搗機架上表面中心Q的距離L₂，計算出振搗機架上表面中心的坐標(biāo)Q(x₂,y₂,z₂)，公式為

x₂＝x₁+L₂sinAsinb

y₂＝y(tǒng)₁+L₂cosAsinb

z₂＝z₁-L₂cosb

步驟4、求出Q點坐標(biāo)后，根據(jù)振搗機架上每個振搗棒位置相對于Q點是固定且已知的，振搗棒長度也是已知的，再根據(jù)測得的振搗機架傾角c，因而可以求出所有振搗棒上任意一點的坐標(biāo)。

本例中，振搗臺車插入深度實時監(jiān)控方法具體工作步驟如下：

步驟1、單片機根據(jù)程序中設(shè)定的時間定時啟閉紅外線測距儀和超聲波從測距儀，并將測得的實時距離數(shù)據(jù)傳輸給無線傳輸設(shè)備。

步驟2、無線傳輸設(shè)備將測得的實時數(shù)據(jù)打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至應(yīng)用服務(wù)器。

步驟3、應(yīng)用服務(wù)器中的服務(wù)端對接收到的實時距離數(shù)據(jù)進行分析計算。首先，將振搗棒的長度數(shù)據(jù)l與測得的距離l′作差，得到差值Δ＝l′-l。

步驟4、然后，將差值Δ與0比較，若Δ≤0，則服務(wù)端判定振搗棒未插入混凝土，插入深度計為0；若Δ>0，則服務(wù)端判定振搗棒插入到混凝土中，插入深度即為Δ。

本發(fā)明并不限于上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。