小议堆石坝填筑施工质量GPS监控技术

摘 要：近年来，随着高面板堆石坝施工质量的要求越来越高，作为企业，必须采取一切措施，来应对市场，适应环境的变化，为此，大多数企业采用分析质量管理参数和依托技术，提出了堆石坝填筑施工质量GPS（全球定位系统）实时监控系统，这是以全球卫星定位系统为基础的，这一技术的实施与运用，为堆石坝施工技术开辟了新的发展道路，为此，本文将对此技术做一些初步的相关分析，以便为工程施工提供指导作用。 
关键词：堆石坝填筑 施工质量 GPS 监控技术 
　　1 GPS技术概述 
　　GPS也被称为全球卫星定位导航系统，也就是GlobalPositioningSystem，GPS），这是美国自1970年代开始着手以来，在1994年研发完成，带有了天空、海洋和陆地全面实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星系，地面和用户设备总计三个部分组成。GPS测量技术能够提供快速、高效、准确的点、线、面元素精确的三维坐标，以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事和民用运输（航行船只、飞机、汽车等）、测量学、摄影测量和现场勘探、土地利用调查、精准农业和日常生活（人员跟踪、娱乐），和其他不同的领域。 
　　2 GPS大坝施工碾压实时监控系统 
　　碾压式堆石坝的施工过程中，使用能够符合设计要求的多种筑坝材料以及既定设计要求完成坝体修筑，这是直接关系到整个施工质量管理的核心关键影响要素。若借助人工完成对整个碾压区域总计碾压遍数以及行车速度等施工参数的观测，显然十分困难，这也就需要使用可以实时的监控施工参数，并可以及时保存相关数据用于施工工艺全过程的回放以及评估的重要手段，借助GPS完成实时的测量监控，同时借助建立在GIS基础上的软件组件一套完整的监控系统，就能够顺利的应对此类问题。 
　　GPS的实时监控系统，其技术核心为双频实时差分GPS技术、嵌入式系统技术、数据库技术、2.5G无线通讯技术以及GIS开发技术，其中各种软件技术更是核心之核心，这是一个能够承担大坝的填筑碾压工程质量实时、高效监控等的前沿高新系统平台。能够承担碾压填筑施工的完全自动化管理以及工程监控，并明确碾压施工车辆的精确位置、具体的操作状态，及时记录行车轨迹，以及行车速度、方位等，计算摊铺层的碾压总计遍数，摊铺厚度以及压实率等参数，支持下一步的施工以及监控工作。 
　　至于涉及数据的接收，传递以及显示部分，对于安装GPS以及工控机一体机的碾压车，在接收来自卫星数据完成处理之后，能够迅速生成地理位置的三维坐标，耗时一秒，并反馈到工控机，借助其GPRS无线网络及时将观测所得三维坐标数据传输至监控中心服务器。至于这一数据传递的模式具体可见图1。 
　　监控中心以及碾压车、现场监理车等等都会安装有精准的显示器，司机以及现场监理人员能够结合显示的碾压图判断碾压是否合格，并及时安排不合格区域的补碾，直至碾压合格。监控中心人员亦或者具备权限人员也都能看到现场实时碾压状况。此外还能够结合传送所得数据构造制作出三维建模，对相关数据展开详细的分析以及计算，及时发布到网络提供给查询权限的人员进行查询。 
　　3 案例分析 
　　3.1 工程概况 
　　某水电站是大渡河干流梯级规划的第17个梯级电站，位于大渡河的中游一座专注发电为主，同时带有防洪以及拦沙等等全方位利用效益的一个大型的水利水电工程。水电站的坝址处于大渡河以及尼日河的交汇口上游位置，位于觉托的附近。地理位置上跨越了四川省的汉源以及甘洛县两地，所影响到的流域面积达到68512 km2，占全流域将近九成。电站的总装机量达到6台，整个的单机容量为550 MW，电站的总装机容量达到3300 MW，稳定电力输出达到926 MW，近一段时间以来的年均发电量145.8亿度。 
　　水电站的构成为拦河大坝以及引水发电的诸多建筑物、泄洪洞以及放空洞等等，也包括下游的尼日河引水工程等诸多部分共同构成。大坝主要是由砾质土直心墙堆石坝以及3孔宽度为12 m的溢洪道；整个的砾质土直心墙堆坝的坝顶总高度为856 m。坝顶的宽度为14 m，轴线长为573.5 m，最大的坝高为186 m。引水发电部分主要就是岸塔式引水口以及6条有压式的引水隧洞、地下厂房、主变室、地下尾水闸门室以及几条无压隧洞共同构成。下游的尼日河引水工程构成上囊括着首部枢纽以及引水隧道。 
　　正常情况下，水库的蓄水位为850 m，在客流的汛期运行限制水位高度为841 m，水库死水位790 m，消落深度为60 m，总库容达到了53.90亿立方，其中的调洪库容10.56亿立方、调节库容为38.82亿立方，属于一种不完全的年调节水库。坝前设计最大壅水高度为173 m，干流的回水到达石棉县城的过河大桥位置，整个回水段的长度72 km，整个水库面积达到84.14 km2。建设水库河道长度72 km，覆盖上下游汉源、甘洛以及石棉等县。水电站的建设充分使用远程视频监控技术，并建有电子文档管理，借助三维模型体现出坝体面貌等一系列的信息化手段来展开相应的管理工作，不过各个子系统之间的集成尚不完善，应当构建一个高度集成的平台实现对各项技术的统一综合管理，考虑到工程实施的实际状况，本文此处将参照此类模式构建GPS实时监控系统作为案例，总结并为日后类似大型工程寻找构建统一平台的经验积累。 
　　3.2 项目技术思路与实现原理 
　　3.2.1 系统架构 
　　此工程的填筑施工质量GPS实时监控系统主要是借助了C/S框架来完成移动远端以及监控中心之间的通信。在移动端的操作除了传统的键盘操作手段之外，也装备了触摸屏操作藉此完成人机之间的对话，通信方面借助的是GPRS/CDMA无线网络形式，借助公共网络完成网络数据信息的传输。借助RS232串行口完成GPS相关数据的采集。至于系统的服务器端选择宽带静态IP地址完成上网。就运行来说具体可见图2。 　　3.2.2 系统硬件组成 
　　填筑施工质量GPS实时监控系统的构成主要是GPS的基准站、移动监测以及监控中心三个构成组件。其中的移动监控部分囊括各类的移动监测端，比如碾压机械以及工程监理车，协助完成操作人员导航，并指导规范性操作，发现错误操作人员报警，向服务器提供参数以及各类信息，并处理接收服务器所发出的指令。基准站及时设置一些工程测量的相关参数，提供一些差分信息，另外由于工地带有稳定性以及设置简单、环境多样的特点，可以单独的构建一个独立的部分。系统的服务器创作并提供数据通道，及时的完成数据的存贮，向监理人员以及相关管理部门及时的提供完善服务。 
　　首先，监控中心。中心控制室属于系统的一个重要中心，其所配备的硬件设备主要就是囊括服务器以及电脑，系统的展开相应的数据处理以及分析、储存等工作，及时把相关的计算以及分析结果借助互联网的传输方式传输到现场的分控站以及各个监控点位置，监控中心的内部配备电子显示屏，藉此考虑施工的现实需要，实时的显示大坝的碾压机械具体位置以及运作状态，并支持相关决策，提供必要的依据。 
　　其次，GPS基准站。这主要是为了能够抬升GPS系统的监测精度，借助差分GPS技术来设计装置。它的硬件设施构成上有双频GPS差分电台，一般设置离移动检测端电台可以接收到信号并且相关作业的比较开阔的一些地方。 
　　最后，移动监测端作用。 
　　其一，装备在质量监理车的GPS移动监测端，一般构成为GPS以及工业电脑，结合工程监控的现实需要，并兼顾GPS的观测精度问题，系统为专门给工程监理单位提供质量监理车，实时展开GPS的移动观测工作，核心的项目也就是土体完成摊铺之后及时的对摊铺土体厚度进行观测，方便计算压实率；同时存储数据于车载电脑，同时实时把计算观测结果传输至监控中心，监控中心接收移动监测端的定位数据，此外还能够向监控中心及时请求接收展开下一步的分析结果，并由质量管理的角度及时对现场施工展开指导。 
　　其二，装置在碾压机械上的GPS移动监测端，以及安装于质量监理车的GPS移动监测点比较相同，硬件的配置上囊括GPS以及电脑，它的观测项目有碾压遍数以及行车的速度、行车的方向以及土体最后的碾压厚度，将相关数据保存在车载电脑内，并及时体现在触摸屏，相关结果藉此实时向监控中心传输，碾压车电脑上触摸屏可实时反馈碾压情况，协助操作人员及时作业。 
　　4 运行情况及结果评价 
　　这一系统目前在雅安市的汉源县某大坝采用并延续运行至今，整体来看系统运行状况良好，该系统为整个大坝填筑工程的施工质量配给全新的过程控制手段，实现现场施工质量的全方位以及全过程的控制，借助数据记录以及相关及时储存，创造了施工监控的充足事实依据。 
　　5 结论 
　　随着科学技术的发展，有了新的施工方法与手段，如虚拟现实，智能监控等施工质量控制管理技术手段，这有助于全方位进行施工质量控制，提高施工质量和工程效益。 
　　参考文献 
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　　[2] 崔博，胡连兴，刘东海.高心墙堆石坝填筑施工过程实时监控系统研发与应用[J].中国工程科学，2011（12）. 
　　[3] 陈闻畅.GPS技术在地籍测量中的应用思路及案例研究[J].科技资讯，2010（12）.