QC成果水电工程心墙堆石坝碾压遍数自动实时监控系统的研探

心墙堆石坝碾压遍数

自动、实时监控系统的研探糯扎渡水电工程数字大坝QC小组2010年6月发布人:胡彬赵晨生糯扎渡水电工程数字大坝QC小组心墙堆石坝自动、实时监控系统的研探小组概况1选择课题2设定目标3确定最佳方案4制定对策5对策实施6效果检查7标准化8总结及打算91、小组注册情况小组名称糯扎渡水电工程数字大坝QC小组成立时间2008年3月1日注册日期2008年4月25日活动课题心墙堆石坝碾压遍数自动、实时监控系统的研探课题类型创新型注册号NZD/2008-03活动时间2008年5月--2009年3月推进者胡彬活动次数30出勤率100%一、小组概况小组成员情况序号姓名性别年龄职称学历组内分工1刘东海男35副教授博士组长、技术负责2朱启贤男40高工本科副组长、管理负责3佟大威男27讲师博士技术开发4崔博男26讲师博士软件开发与实施5赵晨生男24博士生硕士软件开发与实施6钟桂良男24博士生硕士软件开发与实施7吴刚男38工程师本科现场实施8胡连兴男24博士生硕士现场实施9刘宁男23博士生硕士现场实施2、小组成员及分工一、小组概况糯扎渡水电工程数字大坝QC小组心墙堆石坝自动、实时监控系统的研探小组概况1选择课题2设定目标3确定最佳方案4制定对策5对策实施6效果检查7标准化8总结及打算9糯扎渡掺砾心墙堆石坝坝高居同类坝型世界第一

(261.5m)，建设规模和难度居世界前列，很多技术难题已超出现行规范要求。“千年大计，质量第一”，如何在现有规范基础上，进一步依托先进技术对施工质量进行有效控制，是确保糯扎渡大坝建设质量的重要保障。碾压遍数的控制，是保证掺砾心墙堆石坝施工质量的关键。二、选择课题1、问题的提出难以准确计数，且受人为因素干扰大；无法全天候24小时不间断监控；不能及时发现漏碾、欠碾区域。糯扎渡大坝建设需要监控的工作点多，面广，量大(12个施工分区，11台碾压设备)，而现场质量管理人员数量相对较少传统采用旁站监理计数和测量碾压轨迹间隔方法：二、选择课题1、问题的提出

因此，研究开发一种具有实时性、连续性、自动化、高精度等特点的大坝施工碾压遍数监控系统，实现碾压遍数的实时监测和反馈控制，是非常必要的。课题名称二、选择课题心墙堆石坝碾压遍数自动、实时监控系统的研探2、选择课题糯扎渡水电工程数字大坝QC小组心墙堆石坝自动、实时监控系统的研探小组概况1选择课题2设定目标3确定最佳方案4制定对策5对策实施6效果检查7标准化8总结及打算9三、设定目标1、目标的确定目标1实现全天候24小时、自动地监测施工仓面的碾压遍数目标2实时反馈，一旦存在漏碾、欠碾，提示质量管理人员，以便及时指导现场进行补碾三、设定目标2、目标设定依据（1）GPS定位技术、GPRS无线通讯技术、、Internet网络技术和计算算机技术的发展和普及，为本课题开发发和实施提供了了技术支持。（2）国内外类似研究究，如道路施工中中的质量实时监监控系统，为本本课题开发提供供了借鉴。（3）高精度GPS接收机的民用化化、坝区移动通通讯信号覆盖等等为本课题开发发和实施提供了了硬件保障。（4）既有来自科研研单位，又有来来自工程建设单单位的小组成员员构成，双方联联合攻关与通力力合作，为攻克克具有高难度、、强应用性的本本课题提供了智力和人员保证证。实现目标完全是是可能的！糯扎渡水电工程程数字大坝QC小组心墙堆石坝自动动、实时监控系系统的研探小组概况1选择课题2设定目标3确定最佳方案4制定对策5对策实施6效果检查7标准化8总结及打算9小组运用头脑风风暴法确定了监监控系统的总体体结构:四、提出方案并并确定最佳方案案无线碾压机GPS移动终端GPS差分基准站无线通信网络现场分控站总控中心客户端软件1.碾压机GPS移动终端开发方案及选择提出在碾压车上上安装高精度GPS接收机，进行实时定位，并将定位坐标标通过无线通信网络发送到数据库。。四、提出方案并并确定最佳方案案碾压机GPS移动终端原理图图核心部件四、提出方案并并确定最佳方案案GPS接收机是移动终端的核核心部件，其性性能将直接决定定监测效果的好好坏。1.碾压机GPS移动终端开发方案及选择型号价格性能分析结论徕卡GPS123017万精度高、作业距离最长、抗震性能好、抗干扰能力强；价格高，主机和天线不能分离，不适合碾压机械安装和使用。不采用泰雷斯

Z-MAX15.5万价格较低，抗震性能较好；性能不太稳定，外观封闭性一般。不采用天宝570016万性能稳定、抗震性能好、外观封闭性好、作业距离相对较长，适合碾压机械安装采用为了提高GPS接收机的定位精精度（厘米级），以满足质量量控制的要求，，需要采用GPS动态差分技术。四、提出方案并并确定最佳方案案2、GPS差分基准站建设方案的选择因此，需建设基基准站，包括GPS接收机及卫星天线，差分信号无线发发送电台及天线等集成与安装GPS接收机卫星天线差分无线电台及及天线方案卫星信号强度安全性结论左岸坝顶821.5m高程平台坝轴线处左岸坝底有部分区域信号较弱

（搜星数<4）位于观礼台旁，人员多，不利于设备安全不采用右岸坝顶821.5m高程平台坝轴线处右岸坝底有部分区域信号较弱

（搜星数<4）位于观礼台处，人员多，不利于设备安全不采用左岸坝顶867m高程变形监测房处差分无线信号覆盖整个工区，信号强度高（搜星数均>4）已建有房屋，设备安全有保障采用四、提出方案并并确定最佳方案案2、GPS差分基准站建设方案的选择经比选，选定了了左岸坝顶867m高程变形监测房房处建设基准站。该处无线信号覆盖整整个工区，卫星星信号强度高，，且设备安全有有保障。总控中心是监控控系统的核心组组成部分，其实实现如下功能：：数据接收、分析析、存储、备份份对碾压遍数进行行远程监控最终方案内容特点业主营地建设总控中心服务器系统，网络系统和双通道投影系统有显示度，三防保证，供电稳定，网速快，方便四、提出方案并并确定最佳方案案3、总控中心建设方案的选择经过多方案论证证，考虑系统的显示度、网速、供电和监控便利性，确定了最佳建建设方案：GPS移动定位装置碾压机GPS移动终端采集的的动态坐标，需需要通过无线通信网络传传输到总控中心系统统服务器。四、提出方案并并确定最佳方案案4、通信网络建设方案的选择无线通讯网络？综合考虑建设费费用、信号强度度、移动性和传传输速度，通过过与无线扩频网网络技术比较，，最终选定了移动GPRS技术。该技术网络覆盖广，建设费用低，传输速度满足实实际需求。方案费用信号覆盖区传输速度结论无线扩频网络技术需一次性建设费用约30万有效距离5km，需多个中继站带宽大，速度快，2M/s不采用移动GPRS技术每月费用不超过1000元，共计不超过5万元覆盖区域广，移动性好带宽小，速度约50K/s，但能满足数据传输要求采用四、提出方案并并确定最佳方案案4、通信网络建设方案的选择分控站设在施工工现场，是质量量管理人员对碾碾压过程进行实时监控的场所所。方案优点缺点结论建设在上游围堰距离施工现场较近，现场情况反馈迅速；硬件条件差，供电、网络不稳定不采用建设在左岸坝顶办公条件较好，供电、供水、网络稳定，监控视野良好；距离施工现场较远，不易快速到达坝面采用四、提出方案并并确定最佳方案案5、现场分控站建设方案的选择综合考虑监控效果、办公条件、网络和供电稳定性等，通过与建在在上游围堰方案案比较，最终确确定分控站建在在左岸坝顶。客户端软件功能能：实现碾压遍数的的实时显示；是质量管理人员员的监控平台。。四、提出方案并并确定最佳方案案6、客户端软件开发方案的选择方案讨论与试验验分析开发方式计算精度运行速度界面美观开发时间结论基于网格的图形算法0.5m×0.5m12-22帧/s尚好半月左右不采用基于像素的图形算法根据需要任意定义，取约0.1m×0.1m20-30帧/s好1-2个月采用软件开发中，碾压遍数可视化化算法是核心要解决的的问题。经过与与基于网格的图图形算法作综合合比较，最终确确定基于像素的图形形算法开发方案。该算算法具有计算精度高、运运行速度快，绘绘制实时性高，，表现界面美观观等优点，缺点是是开发周期较长。四、提出方案并并确定最佳方案案6、客户端软件开发方案的选择四、提出方案并并确定最佳方案案7、确定最佳方案132456基于像素的图形形算法糯扎渡水电工程程数字大坝QC小组心墙堆石坝自动动、实时监控系系统的研探小组概况1选择课题2设定目标3确定最佳方案4制定对策5对策实施6效果检查7标准化8总结及打算9序号对策目标措施地点负责人时间1GPS移动终端安装每台碾压机械和基准站各安装一台GPS移动终端，且能获取监测数据1、购置GPS移动终端；2、安装GPS移动终端北京四维远见公司刘东海2008.5.20-5.252GPS差分基准站建设使GPS移动终端的监测精度达到厘米级1、购置基准站设备；2、组装基准站设备糯扎渡工地左岸坝顶钟桂良2008.5.20-5.253总控中心建设接收、分析、存储、备份监测数据；管理客户端软件；远程监控碾压遍数1、购置总控中心设备；2、组装总控中心设备糯扎渡工地业主营地刘东海2008.5.23-5.29五、制定对策根据确定的最佳佳方案，遵循5W1H原则，制定了对对策表，总计7项对策。--对策表--序号对策目标措施地点负责人时间4通信网络建设实现监测数据的传输1、购置通信设备；2、GPRS无线网络接入INTERNET网络糯扎渡工地现场崔博2008.5.29-5.305现场分控站建设远程监控碾压遍数；反馈指导现场施工1、购置分控站设备；2、组装分控站设备糯扎渡工地赵晨生2008.5.25-5.306客户端软件开发碾压遍数的实时显示；为质量管理人员的提供监控平台软件开发糯扎渡工地业主营地崔博2008.5.20-6.307系统测试与运行全天候、自动、实时监控碾压遍数；出现漏碾欠碾，及时报警并指导现场补碾系统在糯扎渡工地投入测试及运行糯扎渡工地佟大威08.7.1-09.3.31--对策表--五、制定对策糯扎渡水电工程程数字大坝QC小组心墙堆石坝自动动、实时监控系系统的研探小组概况1选择课题2设定目标3确定最佳方案4制定对策5对策实施6效果检查7标准化8总结及打算9全部11台碾压机上均安安装了GPS移动终端；通过专用软件件测试，每套设设备均能正常采采集位置数据。。安装GPS移动终端天线移动终端及三防防机箱六、对策实施实施一GPS移动终端购置及安装效果确认对策一目标实现经测试：整个工工区范围内差分分信号覆盖很好好，定位平面坐坐标精度达到1-3cm，满足工程要求求。差分基准站内部部结构六、对策实施实施二GPS差分基准站建设左岸坝顶867m高程变形监测房房效果确认对策二目标实现经测试：监测数数据能通过无线线传输装置正常常传输到总控中中心数据库服务务器。无线传输装置六、对策实施实施三通信网络建设效果确认对策三目标实现经测试：系统服服务器能够正常常的接收和存储储监测数据，可可以对碾压遍数数进行多仓面远远程监控。系统服务器双通道投影系统统-方便多仓面监控控六、对策实施实施四

总控中心建设效果确认对策四目标实现监理能够在现场场分控站通过客客户端软件实时时监测碾压遍数数信息，并实时时反馈指导现场场施工。左岸坝顶分控站站六、对策实施实施五

现场分控站建设监理在线指导现现场施工效果确认对策五目标实现开发了具有自动动、实时、高精精度等特点的心心墙堆石坝碾压压遍数监控系统统。碾压遍数图形报报告输出六、对策实施实施六

软件系统开发效果确认碾压遍数实时监监控界面对策六目标实现碾压遍数实时自动监控系统六、对策实施实施七

系统测试与运行效果确认经现场测试和人人工比对：系统统运行正常，精精度高，能满足足质量控制要求求。对策七目标实现糯扎渡水电工程程数字大坝QC小组心墙堆石坝自动动、实时监控系系统的研探小组概况1选择课题2设定目标3确定最佳方案4制定对策5对策实施6标准化8效果检查7总结及打算9利用鼠标移动实实时查询碾压遍遍数信息1、目标1检查全天候24小时、自动监测测施工仓面的碾碾压遍数通过图形报告输输出仓面碾压遍遍数的分布情况况七、效果检查（1）分控站监理及时发现漏压、欠压情况（2）反馈现场，补碾合格在线监控|及时反馈|指导施工碾压遍数图形报告2、目标2检查实时反馈，一旦旦存在漏碾、欠欠碾区域，醒目目提示质量管理理人员，以及时时指导现场进行行补碾七、效果检查心墙区碾压遍数数监控结果（全部760个仓面）3、监控效果分析七、效果检查控制标准：10遍以上90%，8遍以上95%实际情况：10遍以上均值97.3%，8遍以上均值99.6%95%90%达标率%经1629个试坑点挖坑质质量检测，心墙墙区压实度均值达到到99.56%，且方差较小；表明：现场施工满足质质量控制要求，，且稳定性较好好实际压实度均值为99.56%3、监控效果分析七、效果检查4、监控系统在糯扎渡水电工程建设中发挥的重要作用克服了人为因素素干扰，管理难难度大等问题，，确保了碾压遍遍数处于真实受控状态，，消除了欠压造造成的质量隐患患。可有效减少返工工次数，从而可可以提高施工效率，加快施工进度度。可有效减少现场质管人人员的工作量。创新了质量管理理手段，为把糯扎渡打打造成优质精品工程提供了强有力的的技术保障。七、效果检查5、推广价值该成果不仅适用用于心墙堆石坝坝，还适用于混凝土面板堆石石坝和碾压混凝土坝。我国正在和将要要建设一