混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法

專利名稱：混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，屬于混凝土澆筑質(zhì)量控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)新拌混凝土澆筑振搗效果的可靠測(cè)試與整體評(píng)價(jià)是混凝土質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)之一。目前施工現(xiàn)場(chǎng)采用振搗方法是考慮振搗棒作用半徑，要求以交錯(cuò)方式插入振搗棒保證混凝土澆筑區(qū)域基本都得到振搗密實(shí)。振搗棒振搗時(shí)間/振搗間距以及振搗方式需要根據(jù)新拌混凝土入倉工作性/澆筑部位幾何形狀/模板條件/澆筑厚度/鋼筋密集程度等因素，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定，一般以諸如混凝土不再溢出氣泡/混凝土面不再下沉/表面泛出薄層水泥漿/聲頻漸高且穩(wěn)定等現(xiàn)象判斷混凝土是否振搗密實(shí)，但也不能過分振搗而引起骨料下沉離析。實(shí)踐操作中，工人移動(dòng)振搗點(diǎn)時(shí)，無法做到位置/深度/振搗持續(xù)時(shí)間的精確把握，往往多為經(jīng)驗(yàn)操作，隨意性強(qiáng)，受人為因素與工作條件影響很大；一旦出現(xiàn)欠振/過振/漏振，振搗將不能滿足施工質(zhì)量要求，留下質(zhì)量缺陷且無法及時(shí)獲知。 這已成為混凝土澆筑振搗質(zhì)量的通病，但目前國內(nèi)外并無精確有效的技術(shù)解決方案。顯然，依靠經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)做法無法及時(shí)準(zhǔn)確完整地獲知混凝土澆筑振搗性態(tài)，因此不能客觀準(zhǔn)確地控制/評(píng)價(jià)混凝土澆筑質(zhì)量好壞?，F(xiàn)場(chǎng)若能實(shí)時(shí)可視化獲取混凝土澆筑振搗效果，將對(duì)施工混凝土澆筑成型質(zhì)量評(píng)判提供重要依據(jù)，也能為混凝土施工質(zhì)量控制提供可行的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法基于GPS動(dòng)態(tài)定位測(cè)試的振搗棒點(diǎn)工作軌跡判定系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集/傳輸/處理混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)振搗棒點(diǎn)運(yùn)行軌跡狀態(tài)參數(shù)信息，并采用計(jì)算機(jī)圖形在線方法顯示，依據(jù)混凝土振搗控制參數(shù)(如振搗幾何邊界/振搗有效半徑/振搗插拔閾值等)評(píng)判準(zhǔn)則對(duì)澆筑振搗狀態(tài)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)，避免漏振/欠振/過振和施工冷縫等現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑振搗密實(shí)性態(tài)的準(zhǔn)確量化評(píng)判，以徹底改變混凝土澆筑振搗狀態(tài)完全依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員經(jīng)驗(yàn)判斷的傳統(tǒng)方法。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟1)振搗棒的振搗軌跡和振搗時(shí)間的測(cè)定一首先，在振搗棒的一端安裝用于測(cè)定待振搗混凝土電位的電極，另一端則安裝GPS天線；其次，將振搗棒插拔于待振搗混凝土，且在振搗棒插拔待振搗混凝土?xí)r， 采用傳統(tǒng)RTK工作模式對(duì)GPS天線所反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將該GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)振搗棒棒頭的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)與GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，即可得到每一次振搗棒插拔時(shí)的振搗軌跡(x，y，z);同時(shí)，利用單片機(jī)采集分析振搗棒插拔待振
3搗混凝土?xí)r電極所反饋的電位值進(jìn)行振搗棒的振搗時(shí)間計(jì)算，以獲取振搗棒的振搗時(shí)間t ； 最后，單片機(jī)將振搗棒的振搗軌跡與相應(yīng)的振搗時(shí)間整合起來，以形成振搗棒工作時(shí)的四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，1，z, t) ；2)振搗棒振搗狀態(tài)的可視化——將步驟1)所形成的四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，y，z，t)反饋至圖形處理軟件，該圖形處理軟件根據(jù)施工規(guī)范確定的振搗時(shí)間要求，判斷出相應(yīng)的振搗區(qū)域的混凝土振搗效果，并將各區(qū)域振搗效果可視化顯示。所述的振搗棒垂直地插拔待振搗混凝土，且振搗棒與GPS天線相平行。所述傳統(tǒng)RTK工作模式對(duì)GPS天線所反饋的數(shù)據(jù)處理具體為將GPS天線所采集的數(shù)據(jù)反饋至移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)，同時(shí)該移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)也接收基準(zhǔn)站數(shù)字電臺(tái)所發(fā)送的GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合GPS天線所采集的數(shù)據(jù)以及GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行解算處理，即可獲得數(shù)據(jù)格式為GPGGA的GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。所述單片機(jī)根據(jù)振搗棒插拔待振搗混凝土的電位值計(jì)算振搗時(shí)間的步驟具體為 首先，設(shè)置電位值調(diào)整范圍；接著，將振搗棒插拔待振搗混凝土，以分別對(duì)應(yīng)地測(cè)取振搗棒插入待振搗混凝土以及拔離待振搗混凝土?xí)r的電位值，并采用電位值調(diào)整范圍分別對(duì)所測(cè)取的電位值進(jìn)行修正，以分別獲取表征振搗棒插入待振搗混凝土開始振搗作業(yè)的電位閾值 Us以及振搗棒拔離待振搗混凝土的電位閾值化；然后，采用振搗棒對(duì)待振搗混凝土進(jìn)行振搗作業(yè)，振搗作業(yè)開始后，將電極所采集到的電位值U與電位閾值Us、電位閾值Ue進(jìn)行比較，一旦電位值U大于電位閾值Us，即開始振搗時(shí)間的計(jì)時(shí)，直到電位值U小于電位閾值化，停止振搗時(shí)間的計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每次振搗時(shí)間的實(shí)時(shí)采集。步驟2)所述的振搗棒振搗狀態(tài)可視化中振搗區(qū)域效果判斷過程具體為首先，圖形處理軟件根據(jù)四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，y，Z，t)識(shí)別出振搗邊界數(shù)據(jù)，接著，根據(jù)所識(shí)別出的振搗邊界數(shù)據(jù)，建立出振搗區(qū)域；而后，根據(jù)其他四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)與振搗邊界數(shù)據(jù)之間的相應(yīng)位置關(guān)系，標(biāo)示出其四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)在振搗區(qū)域中位置；然后，將待振搗混凝土根據(jù)各數(shù)據(jù)點(diǎn)離散成相應(yīng)數(shù)目的小空間圓柱體，該小空間圓柱體以相應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置為圓心、振搗棒的有效作用半徑為半徑、振搗棒的長(zhǎng)度為柱高；最后，根據(jù)振搗棒的工作軌跡，計(jì)算出相應(yīng)振搗區(qū)域的振搗時(shí)間，根據(jù)施工規(guī)范中振搗時(shí)間要求設(shè)置振搗時(shí)間閾值，判斷振搗區(qū)域狀態(tài)若所計(jì)算出振搗區(qū)域的振搗時(shí)間低于振搗時(shí)間閾值，表明該振搗區(qū)域?yàn)榍氛?，所?jì)算出振搗區(qū)域的振搗時(shí)間高于振搗時(shí)間閾值，則表明該振搗區(qū)域?yàn)檫^振，而振搗區(qū)域中的空白區(qū)域則為漏振。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
本申請(qǐng)涉及研制的GPS定位測(cè)試振搗棒運(yùn)行系統(tǒng)，包括特制振搗插拔時(shí)間測(cè)控裝置， 單片機(jī)實(shí)時(shí)采集/過濾/整合/傳輸混凝土澆筑振搗狀態(tài)參數(shù)信息和的方法，并通過計(jì)算機(jī)圖形在線顯示方法，對(duì)混凝土澆筑空間位置/振搗狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集評(píng)價(jià)與控制，徹底擯棄了混凝土振搗狀態(tài)依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員經(jīng)驗(yàn)判斷的工藝方法，實(shí)現(xiàn)量化表征振搗密實(shí)性態(tài)，有效避免混凝土振搗施工中漏振/欠振/過振/施工冷縫等現(xiàn)象發(fā)生。該技術(shù)應(yīng)用可克服混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)采用制作試塊檢測(cè)強(qiáng)度指標(biāo)以及原位抽檢成型混凝土質(zhì)量等傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法表征性差的缺陷，更具質(zhì)量控制意義，更能準(zhǔn)確可靠反映混凝土澆筑成型質(zhì)量。該技術(shù)發(fā)明更突出的優(yōu)點(diǎn)是避免了現(xiàn)場(chǎng)混凝土振搗不合格后難以處理或處理效果差的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確可靠處理振搗施工缺陷。


圖1是本發(fā)明所述混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法的系統(tǒng)框圖； 圖2是本發(fā)明所述混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法的信號(hào)流程圖； 圖3是本發(fā)明所述振搗棒的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明所述振搗棒的電極卡套結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法的流程框圖； 其中電極組件1 ；導(dǎo)線管11 ；銅電極12 ；電極卡套13 ；十字把手2 ；嵌固旋鈕3 ；振搗棒4;電極電線5;焊接螺絲6。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1至4所示，本發(fā)明所述的混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟1)振搗棒的振搗軌跡和振搗時(shí)間的測(cè)定一首先，在振搗棒的一端安裝用于測(cè)定待振搗混凝土電位的電極，另一端則安裝GPS天線；其次，將振搗棒插拔于待振搗混凝土，且在振搗棒插拔待振搗混凝土?xí)r，采用傳統(tǒng)RTK工作模式對(duì)GPS天線所反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將該GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)振搗棒棒頭的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)與GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，即可得到每一次振搗棒插拔時(shí)的振搗軌跡(X，1，z);同時(shí)，利用單片機(jī)采集分析振搗棒插拔待振搗混凝土?xí)r電極所反饋的電位值進(jìn)行振搗棒的振搗時(shí)間計(jì)算， 以獲取振搗棒的振搗時(shí)間t ；最后，單片機(jī)將振搗棒的振搗軌跡與相應(yīng)的振搗時(shí)間整合起來，以形成振搗棒工作時(shí)的四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，1，z, t) ；2)振搗棒振搗狀態(tài)的可視化——將步驟1)所形成的四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(χ，y，z，t)反饋至圖形處理軟件，該圖形處理軟件根據(jù)施工規(guī)范確定的振搗時(shí)間要求，判斷出相應(yīng)的振搗區(qū)域的混凝土振搗效果，并將各區(qū)域振搗效果可視化顯示。如圖1所示，本發(fā)明所述的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)具體步驟為 1、架設(shè)啟動(dòng)GPS基準(zhǔn)站。(1)架設(shè)基準(zhǔn)站和天線，保持兩腳架之間距離不小于:3m，避免電臺(tái)干擾GPS信號(hào)?；鶞?zhǔn)站需架設(shè)在地勢(shì)較高/視野開闊地方，避免強(qiáng)磁場(chǎng)，以利于UHF (Ultra High Frequency)無線信號(hào)傳送和衛(wèi)星信號(hào)接收。(2)在基準(zhǔn)站和天線支座上分別安裝固定基準(zhǔn)站衛(wèi)星接收機(jī)和電臺(tái)天線。若移動(dòng)站距離較遠(yuǎn)，可增設(shè)使用電臺(tái)天線加長(zhǎng)桿。使用接收機(jī)啟動(dòng)衛(wèi)星接收，直到衛(wèi)星燈間隔5秒閃N次，表明接收到N顆衛(wèi)星信號(hào)。(3)在天線腳架上安裝固定基準(zhǔn)站數(shù)字電臺(tái)。電臺(tái)上三個(gè)串口分別與電臺(tái)天線/ 電源/衛(wèi)接收機(jī)連接。(其中電臺(tái)與接收機(jī)通過電臺(tái)數(shù)據(jù)傳線連接，與電源通過電臺(tái)電源線連接)
(4)打開電臺(tái)，查看電臺(tái)電源，確?；鶞?zhǔn)站設(shè)置成功并正常向移動(dòng)站接受機(jī)發(fā)射差分?jǐn)?shù)據(jù)。電臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸距離能力不宜小于5km。2、安裝啟動(dòng)GPS移動(dòng)站。
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2. 1、將對(duì)中桿與GPS天線擰緊，利用GPS天線連接線與移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)連接。2. 2、啟動(dòng)接收機(jī)，利用接收機(jī)天線接收基準(zhǔn)站發(fā)來差分?jǐn)?shù)據(jù)；查看信號(hào)燈確保接收
機(jī)正常接收差分?jǐn)?shù)據(jù)。2. 3、利用手簿設(shè)置接收機(jī)數(shù)據(jù)輸出格式為GPGGA(GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句)格式， 數(shù)
據(jù)定位時(shí)間間隔為1秒。3、測(cè)量顯示振搗邊界
3.1、啟動(dòng)儀器箱中的開關(guān)電源和單片機(jī)，根據(jù)顯示屏上提示，一直按OK鍵確認(rèn)，直至 GPS數(shù)據(jù)及精度狀態(tài)顯示出來。3. 2、給配套(即數(shù)據(jù)傳輸波特率相同)的另一電臺(tái)接通電源，與電腦連接；打開電腦上振搗顯示分析計(jì)算軟件，新建并命名項(xiàng)目和澆筑層，設(shè)定澆筑層為活動(dòng)層，即數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)顯示并保存在該澆筑層目錄下。3. 3、GPS天線依次有序(順時(shí)針或者逆時(shí)針)選取測(cè)量擬振搗區(qū)域邊界上的特征點(diǎn)，當(dāng)顯示屏上顯示精度狀態(tài)為固定解時(shí)，按down鍵發(fā)送數(shù)據(jù)，并查看確認(rèn)分析計(jì)算軟件中數(shù)據(jù)接受無誤，然后天線移至下一特征點(diǎn)，重復(fù)上述過程。3. 4、待測(cè)量完成振搗邊界閉合回路后，右鍵點(diǎn)擊軟件中的活動(dòng)層，選擇“繪制圖形，，選項(xiàng)，在彈出對(duì)話框中的“生成，，選項(xiàng)卡中選擇點(diǎn)擊“完整圖形”選項(xiàng)，生成顯示振搗邊界。4、安裝啟動(dòng)振搗時(shí)間測(cè)控系統(tǒng)
4.1、振搗棒手持操作棒端部位安裝嵌固GPS天線十字把手套管，將對(duì)中桿一頭與套管上的焊接螺絲擰緊固定。4. 2、將特制的電極裝置固定在振搗棒棒頭附近，并將電極電源線另一端與單片機(jī)連接。4. 3、特制電極卡套制作過程(尼龍材料或不銹鋼材料)
1)材料塊上開電極孔，按照如圖3所示的結(jié)構(gòu)圖，利用車床車出電極卡套基本形狀和倒角，并用小功率的拋光機(jī)進(jìn)行拋光處理；
2)采用直徑4mm的銅棒制作電極，銅棒截?cái)喑擅慷?5mm，并在打磨工作臺(tái)上將其一端打磨成尖角，另一端打磨成平面；使用臺(tái)鉆(2mm的鉆頭)在每段銅棒磨平一端豎直打孔，深度2(T30mm，制成銅電極；
3)把導(dǎo)線插入銅電極一端小孔，并用小口徑高倍力矩(3mnT4mm)壓芯鉗壓實(shí)；在導(dǎo)線和電極連接處套上口徑合適(內(nèi)4mm外6mm)的尼龍管；把連接部件安裝進(jìn)電極卡套，并在安裝過程中使用高強(qiáng)度的AB膠填充任何有空隙的空間，靜置15分鐘后放入烤箱，在60攝氏度環(huán)境下烘烤6小時(shí)即可。4)打磨處理電極卡套和振動(dòng)棒安裝面，形成無塵表面，使用強(qiáng)力AB粘合，靜置M 小時(shí)即可投入使用。4. 4、根據(jù)單片機(jī)顯示屏上提示，設(shè)定電位值調(diào)整范圍，按單片機(jī)上up鍵增大， down鍵減小，按OK鍵確認(rèn)完成設(shè)定；然后顯示屏提示將振搗棒插入振搗倉面，按下單片機(jī)上OK鍵，接著顯示屏?xí)崾景纬稣駬v棒，拔出時(shí)再按OK鍵，顯示屏上將實(shí)時(shí)顯示振搗狀態(tài)(插入顯示為valid/拔出顯示為invalid)和振搗位置(GPS坐標(biāo))。5、進(jìn)行振搗作業(yè)
開啟振搗棒，進(jìn)行振搗作業(yè)。振搗作業(yè)過程中，GPS天線應(yīng)盡量保持豎直，以保證得到高精度固定解；查看振搗顯示分析計(jì)算軟件中的活動(dòng)層數(shù)據(jù)是否實(shí)時(shí)刷新顯示，并通過對(duì)講機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行溝通、指導(dǎo)、監(jiān)督。6、圖形顯示
右鍵點(diǎn)擊分析計(jì)算軟件中的活動(dòng)層，選擇“繪制圖形”選項(xiàng)，在彈出對(duì)話框中的“參數(shù)設(shè)定”選項(xiàng)卡中設(shè)定參數(shù)，包括振搗作用半徑、最小振搗時(shí)間、最大振搗時(shí)間(實(shí)驗(yàn)率定)等。然后先后點(diǎn)擊“更新振搗數(shù)據(jù)”和“完整圖形”選項(xiàng)，實(shí)時(shí)生成顯示振搗圖。根據(jù)振搗圖，實(shí)時(shí)對(duì)漏振和欠振區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)振。7、描述本發(fā)明創(chuàng)造的工作原理及工作過程本發(fā)明工作原理是
一方面，采用傳統(tǒng)RTK (Real Time Kinematic)工作模式進(jìn)行GPS的數(shù)據(jù)處理，即在振搗棒棒頭安裝固定GPS天線，進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)接收并發(fā)送給GPS無線接收機(jī)移動(dòng)站；同時(shí)接收機(jī)移動(dòng)站也接受基準(zhǔn)站發(fā)送來的GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合GPS天線發(fā)來的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行解算處理，得到振搗棒棒頭的高精度定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，發(fā)送給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)振搗棒的振搗軌跡的實(shí)時(shí)獲取。另一方面，采用特制尼龍?zhí)坠?，并根?jù)振搗過程套管上混凝土殘留漿液在插入和拔離混凝土拌合物時(shí)電位值的不同，在套管上安裝銅棒固定電極和焊接防水耐磨導(dǎo)線，并在電線的另一端與單片機(jī)連接；單片機(jī)利用電極傳輸?shù)碾娦盘?hào)，計(jì)算出插拔的時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)振搗時(shí)間的實(shí)時(shí)獲取?；谝陨蟽身?xiàng)工作的完成，單片機(jī)整合振搗棒的振搗軌跡和振搗時(shí)間數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)包的形式通過無線電臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程終端的計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)首先被自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫并保存，根據(jù)實(shí)際需要可實(shí)時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)，利用編寫的計(jì)算機(jī)可視化軟件結(jié)合施工規(guī)范和振搗參數(shù)設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算分析，然后在線圖形化顯示澆筑振搗混凝土密實(shí)狀態(tài)，準(zhǔn)確判斷振搗施工中漏振/欠振/過振等現(xiàn)象，并及時(shí)為采取相應(yīng)處理措施提供可視化評(píng)價(jià)依據(jù)，避免施工冷縫出現(xiàn)，保證混凝土澆筑質(zhì)量符合規(guī)定要求。7.1.振搗棒棒頭坐標(biāo)計(jì)算原理
(1)根據(jù)振搗施工要求，施工人員應(yīng)將振搗棒垂直插入混凝土拌合物中，也就是GPS天線也要保持豎直(從可操作性出發(fā)，天線水平誤差應(yīng)控制在IOcm以內(nèi))，確保收到的GPS定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)的有效精度；否則，GPS天線歪斜嚴(yán)重，判斷數(shù)據(jù)精度會(huì)降低。(2)單片機(jī)上顯示屏?xí)?shí)時(shí)顯示坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度，并依據(jù)程序設(shè)計(jì)，濾掉不滿足振搗施工要求精度的數(shù)據(jù)，只向計(jì)算機(jī)發(fā)送滿足要求的高精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)。(3)由于振搗棒垂直振搗混凝土，振搗棒棒頭坐標(biāo)與GPS天線固定點(diǎn)坐標(biāo)的X值與 Y值相同，Z值的差值為棒頭與固定點(diǎn)的距離。從而得到棒頭的X、Y、Z值。7. 2.單片機(jī)對(duì)振搗時(shí)間測(cè)試的工作原理
(1)安裝固定在振搗棒上，并與單片機(jī)連接；根據(jù)單片機(jī)顯示屏上的提示，首先對(duì)要振搗的混凝土倉面進(jìn)行插入與拔離，對(duì)電位值進(jìn)行采樣。(2)首先，考慮到插入與拔離時(shí)混凝土漿液阻值從變化到穩(wěn)定存在客觀時(shí)間間隔和振搗的混凝土性能參數(shù)變異，因此可通過設(shè)定電位調(diào)整值(利用之前相關(guān)振搗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合混凝土和易性與電位值調(diào)整范圍關(guān)系曲線，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試測(cè)混凝土和易性以確定電位值調(diào)整范圍)，適時(shí)增大插入時(shí)采樣的電位值和縮小拔離時(shí)采樣的電位值，以作為判定是否處于振搗作業(yè)狀態(tài)的閾值，即當(dāng)電位值不小于上限閾值(插入時(shí)采樣并調(diào)整后的電位值)時(shí)， 單片機(jī)開始振搗時(shí)間計(jì)時(shí)，當(dāng)電位值不大于下限閾值(拔離時(shí)采樣并調(diào)整后的電位值)時(shí)， 由單片機(jī)停止振搗時(shí)間計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)振搗時(shí)間的計(jì)算。舉例說明若電位調(diào)整值設(shè)定為10，插入混凝土漿液時(shí)采樣電位值為150，拔出時(shí)值為80，則經(jīng)過電位調(diào)整值調(diào)整后的上限閾值經(jīng)顯示屏顯示為140，下限閾值為90，當(dāng)電位值大于140時(shí)，狀態(tài)為插入(顯示為 valid),單片機(jī)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)電位值小于90時(shí)，狀態(tài)為拔出(顯示為invalid)，單片機(jī)停止計(jì)時(shí)；若調(diào)整值設(shè)定為30時(shí)，則顯示屏上顯示的上限閾值將為120，下限閾值為110，當(dāng)電位值大于120時(shí)，狀態(tài)為插入(顯示為valid)，單片機(jī)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)電位值小于110時(shí)，狀態(tài)為拔出(顯示為invalid)，單片機(jī)停止計(jì)時(shí)。(3)其次，考慮到振搗時(shí)的人為因素和環(huán)境因素隨機(jī)影響，當(dāng)電阻值不小于上限閾值(插入時(shí)采樣修正后的電阻值)時(shí)，單片機(jī)開始振搗時(shí)間計(jì)時(shí)后，電阻值一直不穩(wěn)定或穩(wěn)定時(shí)間較短，單片機(jī)將自動(dòng)停止計(jì)算振搗時(shí)間，并濾掉此次振搗時(shí)間數(shù)據(jù)。7. 3、計(jì)算機(jī)中顯示與評(píng)判混凝土欠振/過振的建模分析和實(shí)現(xiàn)過程
(1)將單片機(jī)傳來振搗棒四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z，t)自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫并保存
(2)由計(jì)算機(jī)圖形處理軟件識(shí)別數(shù)據(jù)庫中的振搗邊界數(shù)據(jù)，建立振搗區(qū)域，再將數(shù)據(jù)庫中的其他有效數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)與邊界數(shù)據(jù)之間相應(yīng)的位置計(jì)算對(duì)比，在振搗區(qū)域中標(biāo)示出振搗數(shù)據(jù)點(diǎn)位置；
(3)將空間澆筑體根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)離散為若干個(gè)小空間圓柱體，以振搗數(shù)據(jù)點(diǎn)位置作為圓心振搗棒有效作用半徑(依據(jù)混凝土流變特征和振搗棒規(guī)格型號(hào)，確定5倍 10倍
的振搗棒直徑)作為振搗影響范圍，振搗棒長(zhǎng)作為柱高；
(4)根據(jù)振搗棒工作軌跡，計(jì)算振搗區(qū)域時(shí)間疊加，根據(jù)施工規(guī)范確定的振搗時(shí)間要求，判斷振搗區(qū)域效果若低于閾值即為欠振，高于閾值即為過振，空白區(qū)域則為漏振；并以不同顏色和尺度方式顯示欠振/漏振/過振區(qū)域。7. 4.單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)
(1)單片機(jī)接收由GPS定位振搗軌跡測(cè)控系統(tǒng)傳送的差分?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為GPGGA(GPS 固定數(shù)據(jù)輸出語句)。GPGGA格式數(shù)據(jù)的定位數(shù)字必須為4 (即固定數(shù)據(jù))才能滿足精度要求，單片機(jī)會(huì)采集滿足此類的定位數(shù)據(jù)，濾掉不符合要求的定位數(shù)據(jù)；此外，單片機(jī)上顯示屏?xí)?shí)時(shí)同步顯示接收定位數(shù)據(jù)的精度狀態(tài)，便于施工人員及時(shí)查看并調(diào)整自己振搗方式，提高振搗參數(shù)解算質(zhì)量；
(2)單片機(jī)依照已述的振搗時(shí)間計(jì)算工作過程，利用振搗時(shí)間電極裝置，獲得振搗時(shí)間的數(shù)據(jù)；
(3)單片機(jī)將滿足混凝土插拔振搗時(shí)間計(jì)算要求和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)整合起來，以新的數(shù)據(jù)格式編寫，并通過無線電臺(tái)發(fā)送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)；
(4)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)利用編寫的坐標(biāo)處理和分析軟件將讀取以新數(shù)據(jù)格式編寫的振搗棒點(diǎn)空間四維坐標(biāo)(χ，y，ζ，t)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫保存；
7.5.塑料透明儀器箱的工作過程
8(1)箱上開孔，一方面便于安裝固定移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)和角形鐵，另一方面便于接收機(jī)天線、GPS天線連接線、電源插頭、紅色電極電源線接頭延伸出箱外；
(2)在高質(zhì)量環(huán)氧樹脂板上打孔，以自攻螺絲將電臺(tái)、顯示屏、單片機(jī)、開關(guān)電源擰緊固定在板上，板再固定于角形鐵上；
(3)箱內(nèi)設(shè)置220V/35W開關(guān)電源，采用電源插頭引220V電源至開關(guān)電源，經(jīng)開關(guān)電源再變壓至5V和12V，其中5V電壓供單片機(jī)使用，12V電壓供風(fēng)扇、電臺(tái)、移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)使用；
(4)單片機(jī)的兩根電極電源線用黑、綠、黃三根帶有杜邦接頭的排線與單片機(jī)連接，其中綠線為電源正極線，插入單片機(jī)上5V針口，黑線為電源負(fù)極線，插入單片機(jī)GND針口，黃線為信號(hào)線，插入J3左針口。電極電源線與排線的接法為電源正極線與一根電源線焊接， 信號(hào)線與另一根電源線、IOK電阻一端焊接在一起，電源負(fù)極線與IOK電阻另一端焊接。焊接完后在焊接頭外包裹熱縮套管，再外纏絕緣膠布；
(5)塑料箱箱蓋上應(yīng)包貼鋁箔膠帶，防止陽光直射箱內(nèi)儀器；設(shè)置風(fēng)扇起降溫排濕作用，單片機(jī)主板芯片包貼透明膜，防止雨水和灰塵污染單片機(jī)造成短路。6、數(shù)據(jù)線傳輸GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)的工作原理
移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)解算得出GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)以GPGGA (GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句)格式通過白色九針插口線傳輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)濾掉精度不符合施工要求的坐標(biāo)數(shù)據(jù)且整合振搗時(shí)間數(shù)據(jù)后，以數(shù)據(jù)包格式通過白色九針接口線傳輸給無線電臺(tái)，無線電臺(tái)將數(shù)據(jù)包傳給配套的另一臺(tái)接收無線電臺(tái)，該接收無線電臺(tái)通過USB轉(zhuǎn)串口線與電腦連接，數(shù)據(jù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫，并在振搗計(jì)算軟件中實(shí)時(shí)刷新與顯示成圖。具體工作過程如下
1、選擇合適的基準(zhǔn)站站點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站和天線；
2、在基準(zhǔn)站和天線腳架支座上分別安裝固定基準(zhǔn)站衛(wèi)星接收機(jī)和無線電臺(tái)天線；
3、在天線腳架上安裝固定無線電臺(tái)，電臺(tái)上設(shè)三個(gè)串口分別與電臺(tái)天線/電源/接收機(jī)連接；
4、打開無線電臺(tái)確?；鶞?zhǔn)站設(shè)置成功并正常向移動(dòng)站接收機(jī)發(fā)射差分?jǐn)?shù)據(jù)；
5、將GPS天線擰緊安裝于對(duì)中桿上并與移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)連接，接收機(jī)插上電臺(tái)天線.
一入 ，
6、給配套的另一臺(tái)無線電臺(tái)通電，并連接計(jì)算機(jī)；啟動(dòng)振搗計(jì)算分析與顯示軟件，更新通訊端口新建命名澆筑層，并設(shè)置為活動(dòng)層；
7、塑料儀器箱通電，啟動(dòng)單片機(jī)和接收機(jī)，利用手簿設(shè)置數(shù)據(jù)輸出格式為GPGGA(GPS 固定數(shù)據(jù)輸出語句)格式，根據(jù)顯示屏提示，按OK鍵確認(rèn)直至實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)精度狀態(tài)，待數(shù)據(jù)為固定解時(shí)，開始測(cè)量振搗邊界；
8、邊界測(cè)量完畢，點(diǎn)擊軟件中的“繪制圖形”選項(xiàng)，查看確認(rèn)成圖邊界與現(xiàn)實(shí)振搗邊界一致，否則刪除數(shù)據(jù)重新測(cè)量；
9、在振搗棒棒頭安裝GPS天線嵌固十字把手套管，并將對(duì)中桿擰緊在套管上；
10、在振搗棒上安裝固定電極裝置，并與單片機(jī)連接；
11、單片機(jī)復(fù)位，根據(jù)單片機(jī)上顯示屏提示，對(duì)擬振搗混凝土區(qū)域，進(jìn)行電位值調(diào)整修正設(shè)定，再插拔混凝土漿液電位值采樣存儲(chǔ)；12、進(jìn)入顯示振搗狀態(tài)且滿足測(cè)量精度為固定解時(shí)，開始振搗作業(yè)；
13、查看振搗計(jì)算分析與顯示軟件中活動(dòng)層的數(shù)據(jù)是否實(shí)時(shí)刷新顯示，并通過對(duì)講機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行溝通、指導(dǎo)、監(jiān)督；
14、右鍵點(diǎn)擊活動(dòng)層，設(shè)定參數(shù)，先后點(diǎn)擊“更新振搗數(shù)據(jù)”和“完整圖形”選項(xiàng)，實(shí)時(shí)生成顯示振搗效果15、針對(duì)待處理漏振和欠振區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)振，對(duì)比偏差，評(píng)價(jià)處理效果(評(píng)價(jià)方法流程同上)。綜上所述，可知，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)
1、應(yīng)用GPS定位測(cè)試混凝土振搗棒工作運(yùn)行的四維(X，y, z, t)軌跡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集/傳輸/處理混凝土澆筑振搗狀態(tài)信息參數(shù)，并能通過計(jì)算機(jī)圖形在線顯示。2、開發(fā)出的基于新拌混凝土工作性能和澆筑幾何條件下的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)在線評(píng)價(jià)混凝土振搗密實(shí)的實(shí)時(shí)軟件分析處理系統(tǒng)。3、新拌混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑振搗的參數(shù)化評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)方法。4、計(jì)算機(jī)軟/硬件處理的在線集成評(píng)判系統(tǒng)，分析獲得混凝土振搗質(zhì)量量化評(píng)價(jià)方法。5、一種性能可靠/操作方便的混凝土單點(diǎn)振搗插拔時(shí)間計(jì)算判定的裝置系統(tǒng)，包括特制電極裝置，插拔振搗棒工作過程中新拌混凝土漿液電位值的單片機(jī)采樣/濾波/電位調(diào)整值設(shè)定/傳輸裝置和工作原理。6、開發(fā)的方便/快捷單片機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集/過濾/整合/傳輸。7、一種集GPS動(dòng)態(tài)測(cè)定振搗棒平面(空間)坐標(biāo)/電阻式傳感器測(cè)定混凝土振搗插拔時(shí)間/混凝土振搗性態(tài)參數(shù)無線傳輸處理以及人機(jī)界面可視化的實(shí)時(shí)判定與監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。8、研制安全可靠，實(shí)用方便的嵌固十字把手套管，便于工人施工和GPS天線的固定，確保衛(wèi)星的有效接收，從而獲得高精度的固定解。9、配置改裝簡(jiǎn)易輕質(zhì)、防曬防潮、防塵降溫的便攜式塑料透明儀器箱，一方面解決裝置的配電問題，滿足振搗工人隨身攜帶，另一方面將各種電源線和數(shù)據(jù)線簡(jiǎn)便可靠安裝于箱體內(nèi)，避免了因?qū)Ь€繁亂引發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)施工不便。10、單片機(jī)裝配超大顯示屏，實(shí)時(shí)顯示振搗狀態(tài)，便于施工人員可視化操作和反饋調(diào)節(jié)。
10
權(quán)利要求
1.一種混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟1)振搗棒的振搗軌跡和振搗時(shí)間的測(cè)定一首先，在振搗棒的一端安裝用于測(cè)定待振搗混凝土電位的電極，另一端則安裝GPS天線；其次，將振搗棒插拔于待振搗混凝土，且在振搗棒插拔待振搗混凝土?xí)r，采用傳統(tǒng)RTK工作模式對(duì)GPS天線所反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將該GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)振搗棒棒頭的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)與GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，即可得到每一次振搗棒插拔時(shí)的振搗軌跡(X，1，ζ)；同時(shí)，利用單片機(jī)采集分析振搗棒插拔待振搗混凝土?xí)r電極所反饋的電位值進(jìn)行振搗棒的振搗時(shí)間計(jì)算，以獲取振搗棒的振搗時(shí)間t ；最后，單片機(jī)將振搗棒的振搗軌跡與相應(yīng)的振搗時(shí)間整合起來，以形成振搗棒工作時(shí)的四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，1，z, t) ；2)振搗棒振搗狀態(tài)的可視化——將步驟1)所形成的四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，y，ζ, t)反饋至圖形處理軟件，該圖形處理軟件根據(jù)施工規(guī)范確定的振搗時(shí)間要求，判斷出相應(yīng)的振搗區(qū)域的混凝土振搗效果，并將各區(qū)域振搗效果可視化顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的振搗棒垂直地插拔待振搗混凝土，且振搗棒與GPS天線相平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述傳統(tǒng) RTK工作模式對(duì)GPS天線所反饋的數(shù)據(jù)處理具體為將GPS天線所采集的數(shù)據(jù)反饋至移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)，同時(shí)該移動(dòng)站衛(wèi)星接收機(jī)也接收基準(zhǔn)站數(shù)字電臺(tái)所發(fā)送的GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)， 結(jié)合GPS天線所采集的數(shù)據(jù)以及GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行解算處理，即可獲得數(shù)據(jù)格式為 GPGGA的GPS天線在振搗棒上固定點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述單片機(jī)根據(jù)振搗棒插拔待振搗混凝土的電位值計(jì)算振搗時(shí)間的步驟具體為首先，設(shè)置電位值調(diào)整范圍；接著，將振搗棒插拔待振搗混凝土，以分別對(duì)應(yīng)地測(cè)取振搗棒插入待振搗混凝土以及拔離待振搗混凝土?xí)r的電位值，并采用電位值調(diào)整范圍分別對(duì)所測(cè)取的電位值進(jìn)行修正，以分別獲取表征振搗棒插入待振搗混凝土開始振搗作業(yè)的電位閾值化以及振搗棒拔離待振搗混凝土的電位閾值Ue ；然后，采用振搗棒對(duì)待振搗混凝土進(jìn)行振搗作業(yè)，振搗作業(yè)開始后，將電極所采集到的電位值U與電位閾值Us、電位閾值Ue進(jìn)行比較，一旦電位值U 大于電位閾值化，即開始振搗時(shí)間的計(jì)時(shí)，直到電位值U小于電位閾值化，停止振搗時(shí)間的計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每次振搗時(shí)間的實(shí)時(shí)采集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟2)所述的振搗棒振搗狀態(tài)可視化中振搗區(qū)域效果判斷過程具體為首先，圖形處理軟件根據(jù)四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，1，Z, t)識(shí)別出振搗邊界數(shù)據(jù)，接著，根據(jù)所識(shí)別出的振搗邊界數(shù)據(jù)，建立出振搗區(qū)域；而后，根據(jù)其他四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)與振搗邊界數(shù)據(jù)之間的相應(yīng)位置關(guān)系，標(biāo)示出其四維坐標(biāo)數(shù)據(jù)在振搗區(qū)域中位置；然后，將待振搗混凝土根據(jù)各數(shù)據(jù)點(diǎn)離散成相應(yīng)數(shù)目的小空間圓柱體，該小空間圓柱體以相應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置為圓心、振搗棒的有效作用半徑為半徑、 振搗棒的長(zhǎng)度為柱高；最后，根據(jù)振搗棒的工作軌跡，計(jì)算出相應(yīng)振搗區(qū)域的振搗時(shí)間，根據(jù)施工規(guī)范中振搗時(shí)間要求設(shè)置振搗時(shí)間閾值，判斷振搗區(qū)域狀態(tài)若所計(jì)算出振搗區(qū)域的振搗時(shí)間低于振搗時(shí)間閾值，表明該振搗區(qū)域?yàn)榍氛?，所?jì)算出振搗區(qū)域的振搗時(shí)間高于振搗時(shí)間閾值，則表明該振搗區(qū)域?yàn)檫^振，而振搗區(qū)域中的空白區(qū)域則為漏振。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土澆筑振搗動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)方法其基于GPS動(dòng)態(tài)定位測(cè)試的振搗棒點(diǎn)工作軌跡判定系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集/傳輸/處理混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)振搗棒點(diǎn)運(yùn)行軌跡狀態(tài)參數(shù)信息，并采用計(jì)算機(jī)圖形在線方法顯示，依據(jù)混凝土振搗控制參數(shù)(如振搗幾何邊界/振搗有效半徑/振搗插拔閾值等)評(píng)判準(zhǔn)則對(duì)澆筑振搗狀態(tài)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)，避免漏振/欠振/過振和施工冷縫等現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑振搗密實(shí)性態(tài)的準(zhǔn)確量化評(píng)判，以徹底改變混凝土澆筑振搗狀態(tài)完全依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員經(jīng)驗(yàn)判斷的傳統(tǒng)方法，避免了現(xiàn)場(chǎng)混凝土振搗不合格后難以處理或處理效果差的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確可靠處理振搗施工缺陷。
文檔編號(hào)E04G21/08GK102444289SQ20111036896
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者史團(tuán)委, 毛龍, 田正宏, 邊策 申請(qǐng)人:河海大學(xué)