前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控超寬帶技術(shù)應(yīng)用范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。
[摘要]本文闡述了超寬帶技術(shù)在水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控中的適應(yīng)性,以及超寬帶技術(shù)原理和基站建設(shè)要求的基礎(chǔ)上,對超寬帶技術(shù)在水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。以某地區(qū)新建小型水庫大壩作為工程實(shí)例,對超寬帶基站實(shí)時監(jiān)測效果進(jìn)行分析。以期推動水利工程現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]水利工程;質(zhì)量監(jiān)控;超寬帶;技術(shù)應(yīng)用
水利工程施工是一項瑣碎的工程,其包含繁多的機(jī)械設(shè)備、物資及施工工種,同時在施工時還容易受到外界環(huán)境影響,對工程施工質(zhì)量帶來巨大的挑戰(zhàn),所以在水利工程施工時需要嚴(yán)格規(guī)范的施工控制,以保證各環(huán)節(jié)安排銜接得當(dāng)。在施工控制環(huán)節(jié)中質(zhì)量監(jiān)控是其重要的一部分,傳統(tǒng)水利工程作業(yè)時質(zhì)量監(jiān)控多采用相關(guān)技術(shù)監(jiān)測人員人工測量,這種質(zhì)量監(jiān)測方式工作量較大,對技術(shù)人員技術(shù)水平依賴性較強(qiáng),監(jiān)測選點(diǎn)較隨意,準(zhǔn)確度參差不齊,且監(jiān)測有一定滯后性,即使在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)問題,后續(xù)補(bǔ)救措施比較繁瑣,導(dǎo)致施工工期不容易控制,且全線施工質(zhì)量不穩(wěn)定。水利工程質(zhì)量監(jiān)控一直是施工控制的難點(diǎn),在質(zhì)量監(jiān)控時要綜合考慮多種制約因素,例如施工拌合料、運(yùn)料、碾壓等各個工序需要協(xié)調(diào)運(yùn)作、相互配合,以滿足工程施工需要。研究以往水利工程質(zhì)量監(jiān)控發(fā)現(xiàn),在質(zhì)量監(jiān)控中多側(cè)重于運(yùn)料、拌和等施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制,對影響施工質(zhì)量的碾壓施工質(zhì)量監(jiān)控相對薄弱,有些工程在施工時還是按照傳統(tǒng)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行碾壓施工控制,在一定程度上給工程施工造成不良影響。在實(shí)際碾壓施工中,振動碾的行走速度能夠直接對碾壓效果產(chǎn)生影響,振動碾碾壓施工速度過快,碾壓施工效果較差,碾壓效率也不高,振動碾碾壓施工速度過慢,容易碎碾。所以為了保證碾壓施工質(zhì)量,需要建立碾壓施工實(shí)時動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng),以保證碾壓車高效穩(wěn)定地進(jìn)行碾壓施工。超寬帶技術(shù)簡稱UWB,是近幾年施工較廣泛的新型無線通訊技術(shù),它可以直接調(diào)制沖擊脈沖使產(chǎn)生的信號帶寬具有GHz量級。超寬帶技術(shù)具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)較簡單、定位精確度較高等優(yōu)點(diǎn)。本文對超寬帶技術(shù)應(yīng)用到水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控中效果進(jìn)行分析探討。
1UWB技術(shù)在水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控中的適應(yīng)性
水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控中應(yīng)用的GPS技術(shù)需要和衛(wèi)星信號聯(lián)系才能夠達(dá)到精確定位效果,水利工程施工場地有很多干擾信號,例如電線、高山、樹木等,會導(dǎo)致施工質(zhì)量實(shí)時監(jiān)控信號不穩(wěn)定,從而對測量精度產(chǎn)生影響。同時GPS衛(wèi)星定位精確度較低,需要采用一定設(shè)備才能提高定位精度。上文提高UWB技術(shù)具有定位精確度較高優(yōu)點(diǎn),它是采用時間間隔非常短的脈沖(小于1ns)進(jìn)行通信,數(shù)據(jù)傳輸采用非常小的納秒、微微秒非正弦波窄脈沖進(jìn)行,可以在較寬的頻譜上傳送功率非常低的信號,信號截獲能力較高。GPS終端通訊、測距模塊的測距是點(diǎn)對點(diǎn)、精度為厘米的,這種測距方法精度高、基本不受環(huán)境影響、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)容量大、發(fā)射功率小,對工程相關(guān)設(shè)備要求較低,所以在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用面積較廣。
1.1碾壓施工時質(zhì)量監(jiān)控實(shí)時性要求
水利工程施工時需要施工質(zhì)量和工期控制之間相互協(xié)調(diào),以期在規(guī)定工期內(nèi)圓滿完成施工任務(wù)。在具體施工時會受到施工當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境、天氣因素、施工材料裝卸施工等因素影響,所以在具體施工時要綜合各種影響因素,對各種施工因素進(jìn)行動態(tài)控制。從碾壓施工來說,需要對碾壓施工的碾壓速度、碾壓遍數(shù)、碾壓軌跡、碾壓厚度等進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)控,以保證碾壓施工的穩(wěn)定性。綜合考慮各種質(zhì)量監(jiān)控技術(shù),UWB技術(shù)具有較高的穩(wěn)定性和精確度,能夠滿足碾壓施工時質(zhì)量監(jiān)控實(shí)時性要求。
1.2質(zhì)量控制成本要求
水利工程施工各項成本一般較高,在有限經(jīng)費(fèi)控制下,相應(yīng)投入質(zhì)量控制資金不會太高。上文提高碾壓施工應(yīng)是水利工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)之一,所以應(yīng)保證施工質(zhì)量。碾壓施工控制重點(diǎn)是對碾壓設(shè)備進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控,獲取碾壓設(shè)備的運(yùn)行軌跡。由于水利工程一般建設(shè)在峽谷地區(qū),這些地區(qū)衛(wèi)星信號較弱,利用GPS定位系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)碾壓施工的實(shí)時定位需要借助許多輔助設(shè)備(建設(shè)信號基站)才能捕獲較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信號,所以實(shí)時監(jiān)測成本一般較高。UWB技術(shù)可以直接調(diào)制時間沖擊脈沖,通信方式是數(shù)據(jù)發(fā)射端和接收端進(jìn)行自組網(wǎng),基本不受時間、空間、地域限制,還有一個重要優(yōu)點(diǎn)是,此技術(shù)配套設(shè)備簡單,運(yùn)行時不需要借助第三方設(shè)備,使用范圍較為廣泛,運(yùn)行成本較低,適用于水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控。
1.3施工數(shù)據(jù)安全性要求
有些水利工程施工數(shù)據(jù)屬于敏感數(shù)據(jù),不能在網(wǎng)絡(luò)上傳輸,所以在具體質(zhì)量監(jiān)控時要對監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。從數(shù)據(jù)安全性角度考慮,UWB技術(shù)具有利用自組網(wǎng)通信及超寬帶頻的特性,所以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)本身具有較高的安全性及分辨率,將此技術(shù)應(yīng)用到水利工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控中能夠保證數(shù)據(jù)的安全性。
2UWB技術(shù)原理和基站建設(shè)要求
2.1UWB技術(shù)原理
在三維立體空間中,球形定位需要建立四個以上參照節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)才能完成目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位,一般情況下只有采用至少四個參照節(jié)點(diǎn)才能準(zhǔn)確確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)唯一坐標(biāo),然而在實(shí)際應(yīng)用中,由于施工條件和經(jīng)費(fèi)限制,常選取3個參考節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)定位。固定一個已知節(jié)點(diǎn),計算出其他兩個位置坐標(biāo),然后對坐標(biāo)值正、負(fù)進(jìn)行限定,最后確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)。坐標(biāo)系的建立常用方式有兩種,分別是中心節(jié)點(diǎn)定位和相對定位。中心節(jié)點(diǎn)定位方法中任意節(jié)點(diǎn)均可作為中心節(jié)點(diǎn),但是不同中心節(jié)點(diǎn)所依據(jù)參考系不同。相對定位參考節(jié)點(diǎn)之間擁有共同的參考系,可以就一中心節(jié)點(diǎn)形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),還能根據(jù)統(tǒng)一的協(xié)議機(jī)制實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)信息交換。綜上UWB技術(shù)采用相對定位方法進(jìn)行坐標(biāo)系的建立。
2.2基站建設(shè)要求
根據(jù)上文UWB技術(shù)坐標(biāo)系分析,為了保證質(zhì)量監(jiān)控精度,基站的建設(shè)要符合以下要求:(1)3個基站坐標(biāo)在條件允許情況下要保證在同一海拔下,使建立的坐標(biāo)系的固定平面和海平面一致,另外相關(guān)測量儀器精度要高,誤差要控制在厘米級別以內(nèi)。(2)3個基站坐標(biāo)形成的三角形為銳角三角形,此種建設(shè)方法可以提高目標(biāo)位置計算的精確度。(3)3個基站坐標(biāo)之間距離要盡量一致,在進(jìn)行有效數(shù)據(jù)平均值分析時測距軟件要和實(shí)際測量結(jié)果相結(jié)合,減小因信號不穩(wěn)定產(chǎn)生的測距軟件誤差。(4)基站在建立時還要根據(jù)基站建立點(diǎn)設(shè)置一個外界干擾性較小的基準(zhǔn)測量點(diǎn),定時進(jìn)行基準(zhǔn)測量,然后根據(jù)基準(zhǔn)測量結(jié)果對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行校對,保證系統(tǒng)信息監(jiān)測的精確性。(5)增加系統(tǒng)對異常數(shù)據(jù)的剔除功能,減小因異常形成數(shù)據(jù)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中造成的計算誤差,提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度。
3工程實(shí)例分析
某地區(qū)需要新建一座小型水庫,設(shè)計總庫容980萬m3,主壩施工計劃采用膠凝砂礫石壩,壩高61.6m,壩頂長度為354m。膠凝砂礫石壩施工工藝較簡單,施工材料可以就地取材,施工進(jìn)度較快,是小型水庫施工的常用方式。由于此水壩施工方式較簡單,所以設(shè)定工期時間較短,所以施工過程非常緊湊,給高峰期筑壩施工控制帶來很大挑戰(zhàn)。工程相關(guān)技術(shù)人員綜合考慮各種因素后,決定利用UWB技術(shù)對大壩的填筑施工振動碾壓設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,以保證大壩鋪筑層碾壓施工質(zhì)量。
3.1超寬帶基站和布網(wǎng)設(shè)置
地質(zhì)勘測人員對此大壩施工區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場查看,確定在施工現(xiàn)場架設(shè)4個超寬帶基站,主要由3個固定基站和1個目標(biāo)基站組成,固定基站是參考節(jié)點(diǎn),目標(biāo)基站設(shè)置在碾壓機(jī)械設(shè)備上,碾壓設(shè)備實(shí)時監(jiān)測信息可以通過任一固定基站傳輸?shù)奖O(jiān)測控制中心。施工現(xiàn)場設(shè)置的4個基站均采用Puls410測距及通信模塊,模塊中采用的測距軟件是RangeNetRET,此測距及通信模塊測距精確度較高,測量誤差可控制在2cm之內(nèi),能夠滿足此工程監(jiān)測需求?;?個基站設(shè)置情況,結(jié)合實(shí)際地質(zhì)勘測及基站建設(shè)要求,固定基站和目標(biāo)基站的設(shè)置示意圖見圖1,從圖1顯示可以看出,基站建設(shè)符合要求,能夠保證大壩填筑施工振動碾壓設(shè)備實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及精度。
3.2碾壓機(jī)械邏輯關(guān)系及碾壓軌跡分析
大壩在進(jìn)行施工時,通過在碾壓機(jī)械設(shè)備上設(shè)置的目標(biāo)基站,對碾壓機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,監(jiān)控設(shè)置為每隔200ms傳輸一次位置計算數(shù)據(jù),從而可以確定鋪料厚度變化,在監(jiān)控處理器上可以精確顯示實(shí)時碾壓施工狀態(tài),包括碾壓車輛行走軌跡、碾壓次數(shù)、碾壓速度等數(shù)據(jù),一旦碾壓施工有異常情況,可以及時糾正,保證高效的碾壓質(zhì)量。碾壓邏輯關(guān)系分析圖見圖2。
3.3碾壓狀態(tài)動態(tài)識別
對振動碾壓設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,是為了保證大壩鋪筑層碾壓施工質(zhì)量。按照水壩施工要求,對碾壓機(jī)械設(shè)備的碾壓速度、碾壓次數(shù)等行駛軌跡、工作狀況都有嚴(yán)格要求。碾壓機(jī)械設(shè)備在不同工作狀態(tài)下產(chǎn)生的振動頻率有很大區(qū)別,設(shè)計在碾壓機(jī)械設(shè)備上安裝監(jiān)測基站進(jìn)行記錄碾壓機(jī)械設(shè)備的工作運(yùn)行情況。結(jié)合具體施工特點(diǎn),碾壓設(shè)備在進(jìn)行靜碾狀態(tài)下和動碾狀態(tài)下行駛速度分別為1.1m/s、0.28~0.42m/s,通過超寬帶基站監(jiān)測的碾壓機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況確定其不同施工狀態(tài)下的振動波形,見圖3。
3.4質(zhì)量監(jiān)控效果分析
此小型水庫大壩鋪筑層碾壓施工采用建立的4個超寬帶基站對碾壓機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,通過監(jiān)控數(shù)據(jù)可以確定此工程采用超寬帶技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):1)能夠?qū)嵤┍O(jiān)測大壩鋪筑層碾壓施工情況,一旦施工過程出現(xiàn)異常,能夠及時報警,相應(yīng)施工人員能迅速采取措施,保證碾壓施工質(zhì)量,提高施工效率。2)采用超寬帶技術(shù)監(jiān)控具有實(shí)時性,能夠直接反映鋪料厚度施工變化,能夠根據(jù)施工進(jìn)度合理控制工期。3)采用超寬帶技術(shù)能夠提高施工管理效率,保證施工人員施工質(zhì)量。
4結(jié)語
綜上所述,水利工程建設(shè)是我國建設(shè)規(guī)劃的重點(diǎn)工程之一,信息化監(jiān)測系統(tǒng)是水利工程施工未來發(fā)展的必然趨勢,本文對超寬帶技術(shù)進(jìn)行探討,并以某地區(qū)新建小型水庫大壩作為工程實(shí)例,對超寬帶基站實(shí)時監(jiān)測效果進(jìn)行分析,結(jié)果表明運(yùn)用此技術(shù)能明顯提高施工效率,保證碾壓施工質(zhì)量,提高管理效率,在推動水利工程現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用方面有積極意義。
參考文獻(xiàn)
[1]劉超,符世琛,成龍,等.基于超寬帶TSOA定位原理的掘進(jìn)機(jī)定位誤差分析[J].煤炭工程.2019(6):133-135.
[2]王建武.淺談膠凝砂礫石壩在木壘平頂山景區(qū)供排水工程中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古水利.2017(8):57-58.
[3]王一紅.大同市守口堡水庫膠凝砂礫石壩上下游固坡方案比選[J].山西水利科技.2018(3):31-34.
[4]謝紅云,劉芮,陳泉秀,等.基于雙重增益控制技術(shù)的超寬帶可變增益放大器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2019(7):155-164.
[5]張勇智,龔永生.大華橋水電站膠凝砂礫石過水圍堰的“一體化”管理[J].水力發(fā)電.2019(6):10-12.
[6]陸軍,沈月偉,劉民.基于電磁反演計算的超寬帶無源電磁成像技術(shù)[J].現(xiàn)代雷達(dá).2018(10):128-181.
[7]任海民,羅榮安,孫震.膠凝砂礫石料換填技術(shù)在某橡膠壩壩基處理工程中的應(yīng)用[J].大壩與安全.2018(2):166-137.
[8]卞佳興,朱榮,陳玄.基于改進(jìn)雙向測距到達(dá)時間差定位算法的超寬帶定位系統(tǒng)[J].計算機(jī)應(yīng)用.2017.37(9):2496-2500.
作者:王菲菲 單位:甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司