本發(fā)明屬于水利工程中混凝土工程澆筑施工質(zhì)量實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種振搗臺(tái)車(chē)定位及插入深度的實(shí)時(shí)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(duì)混凝土性能影響最大的關(guān)鍵工藝，施工過(guò)程中對(duì)振搗質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)程度直接影響混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B及抗凍等性能，對(duì)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(chǎng)振搗質(zhì)量控制，是按照人工目測(cè)的方法來(lái)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(shí)。但在施工過(guò)程中，由于人工經(jīng)驗(yàn)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(guò)程中很容易出現(xiàn)重復(fù)振搗、漏振、欠振和插入深度不達(dá)標(biāo)等問(wèn)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(dòng)化、精確化、智能化的技術(shù)手段監(jiān)測(cè)振搗棒的振搗位置和插入深度，控制振搗臺(tái)車(chē)的振搗施工質(zhì)量。

目前，成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)振搗臺(tái)車(chē)的實(shí)時(shí)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(tái)車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)及方法和一種振搗有效深度智能檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了振搗棒振搗位置和插入深度的實(shí)時(shí)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(hào)弱時(shí)定向會(huì)受影響、單個(gè)測(cè)距儀的性能有局限等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上不足，本發(fā)明的目的是針對(duì)混凝土工程澆筑施工過(guò)程中振搗臺(tái)車(chē)振搗質(zhì)量控制問(wèn)題，提供了一種實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)化的振搗臺(tái)車(chē)定位及插入深度的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。利用本發(fā)明提供的振搗臺(tái)車(chē)定位及插入深度監(jiān)控方法，在振搗作業(yè)的過(guò)程中，采用傳感器實(shí)時(shí)獲取GPS定位坐標(biāo)、傾角數(shù)據(jù)、航向角數(shù)據(jù)、振搗開(kāi)關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)以及距離數(shù)據(jù)，對(duì)集成安裝在振搗臺(tái)車(chē)振搗機(jī)架上的振搗棒實(shí)時(shí)定位，并通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器分析計(jì)算得到振搗棒的插入深度。從而有效的控制施工現(xiàn)場(chǎng)漏振、欠振、重復(fù)振搗和插入深度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，克服傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄振搗插入點(diǎn)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(guò)程數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

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

一種振搗臺(tái)車(chē)定位及插入深度的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)定位大臂和回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接處O的坐標(biāo)，利用電子羅盤(pán)確定大臂與正北方向的水平夾角，利用傾角傳感器實(shí)時(shí)獲取大臂、小臂和振搗機(jī)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(jì)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(jī)架上表面中心Q的距離，計(jì)算出Q的坐標(biāo)Q(x₂,y₂,z₂)；

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

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

一種振搗臺(tái)車(chē)定位及插入深度的實(shí)時(shí)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(jī)中設(shè)置有程序，利用程序?qū)崿F(xiàn)紅外線測(cè)距儀和超聲波測(cè)距儀之間的切換功能；

b.利用紅外線測(cè)距儀或超聲波測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)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(wú)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(zhǎng)度l與測(cè)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(shí)時(shí)得到振搗棒的插入深度。

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

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

1.提出了振搗臺(tái)車(chē)實(shí)時(shí)定位及插入深度監(jiān)控方法，從而實(shí)現(xiàn)了振搗棒振搗位置和插入深度的自動(dòng)化、精確化、智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為實(shí)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(tái)上，安裝更方便，且受到振搗棒振動(dòng)的影響更小。

3.電子羅盤(pán)根據(jù)地磁場(chǎng)進(jìn)行振搗臺(tái)車(chē)大臂與正北方向水平夾角的測(cè)量，與衛(wèi)星信號(hào)相比，地磁場(chǎng)的波動(dòng)變化可忽略不計(jì)，因此電子羅盤(pán)的工作抗干擾能力較強(qiáng)。

4.單個(gè)測(cè)距儀的性能存在其局限性，紅外線測(cè)距儀相比超聲波測(cè)距儀擁有精度更高、響應(yīng)更快的優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)烈的太陽(yáng)光會(huì)對(duì)測(cè)量造成干擾，而超聲波不受太陽(yáng)光的影響，因此，為了發(fā)揮兩種測(cè)距儀各自的優(yōu)勢(shì)，在白天使用不受太陽(yáng)光影響的超聲波測(cè)距儀，夜晚使用紅外線測(cè)距儀，通過(guò)對(duì)兩個(gè)測(cè)距儀切換使用，能夠充分發(fā)揮兩種測(cè)距儀各自的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，對(duì)環(huán)境有更好的適應(yīng)性。

附圖說(shuō)明

圖1為對(duì)振搗臺(tái)車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)控的示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖3為對(duì)振搗臺(tái)車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)深度監(jiān)控的示意圖。

圖4為圖3的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，詳細(xì)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(shí)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(shí)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(tái)車(chē)實(shí)時(shí)定位監(jiān)控方法示意圖，圖3和圖4所示為振搗臺(tái)車(chē)插入深度實(shí)時(shí)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(diǎn)并建立GNSS定位差分基準(zhǔn)站在振搗臺(tái)車(chē)大臂與回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接處安裝GPS圓盤(pán)天線，在大臂的前半段安裝1號(hào)傾角傳感器，在小臂的中間部位安裝2號(hào)傾角傳感器，在振搗機(jī)架左側(cè)邊安裝3號(hào)傾角傳感器，電子羅盤(pán)安裝在駕駛室內(nèi)中間正前方的平臺(tái)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(wú)線傳輸設(shè)備上。

測(cè)距設(shè)備具體安裝方法為：在振搗機(jī)架左側(cè)安裝紅外線測(cè)距儀，在振搗機(jī)架右側(cè)安裝超聲波測(cè)距儀，兩個(gè)測(cè)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(cè)距儀的發(fā)射口邊緣與振搗棒頂端平面對(duì)齊，兩個(gè)測(cè)距儀通過(guò)數(shù)據(jù)線與安裝在駕駛室內(nèi)的單片機(jī)相連接，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距儀之間的切換，再由單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線把采集到的距離數(shù)據(jù)傳輸給無(wú)線傳輸設(shè)備。

本例中，振搗臺(tái)車(chē)實(shí)時(shí)定位監(jiān)控方法具體工作步驟如下：

步驟1、GPS圓盤(pán)天線實(shí)時(shí)定位頂端圓盤(pán)的坐標(biāo)O‘(x,y,z)，大臂上的傾角傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)A角a，小臂上的傾角傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)A角b，振搗機(jī)架上的傾角傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)A角c，電子羅盤(pán)實(shí)時(shí)測(cè)量振搗機(jī)大臂與正北方向的水平夾角A，無(wú)線傳輸設(shè)備將測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)打包后通過(guò)無(wú)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(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。首先，根據(jù)已知的圓盤(pán)天線高度L和頂端圓盤(pán)的坐標(biāo)O′(x,y,z)，則大臂和回轉(zhuǎn)平臺(tái)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(gè)連接關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的距離L₁，計(jì)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(diǎn)坐標(biāo)以后，根據(jù)點(diǎn)P坐標(biāo)和P到小臂與振搗機(jī)架上表面中心Q的距離L₂，計(jì)算出振搗機(jī)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(diǎn)坐標(biāo)后，根據(jù)振搗機(jī)架上每個(gè)振搗棒位置相對(duì)于Q點(diǎn)是固定且已知的，振搗棒長(zhǎng)度也是已知的，再根據(jù)測(cè)得的振搗機(jī)架傾角c，因而可以求出所有振搗棒上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)。

本例中，振搗臺(tái)車(chē)插入深度實(shí)時(shí)監(jiān)控方法具體工作步驟如下：

步驟1、單片機(jī)根據(jù)程序中設(shè)定的時(shí)間定時(shí)啟閉紅外線測(cè)距儀和超聲波從測(cè)距儀，并將測(cè)得的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)傳輸給無(wú)線傳輸設(shè)備。

步驟2、無(wú)線傳輸設(shè)備將測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)打包后通過(guò)無(wú)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(duì)接收到的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。首先，將振搗棒的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)l與測(cè)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(jì)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(shí)施方式。以上對(duì)具體實(shí)施方式的描述旨在描述和說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實(shí)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(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。