本發(fā)明屬于土方填筑監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置及方法。

背景技術(shù)：

土方填筑工程均建在荒山荒坡區(qū)、地形地貌復(fù)雜、建設(shè)時間短，挖填規(guī)模大，土方填筑所形成的土方填筑體的壓實(shí)質(zhì)量要求高。土方填筑施工中常采用的方法為強(qiáng)力夯實(shí)法和沖擊碾壓法，強(qiáng)力夯實(shí)法即強(qiáng)夯法，又稱動力固結(jié)法，就是利用大型履帶式強(qiáng)夯機(jī)將8噸～40噸的重錘從6米～40米高度自由落下，利用強(qiáng)大的夯擊能，在地基中產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和動應(yīng)力，對土層進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)；沖擊碾壓法利用壓實(shí)原理，通過機(jī)械碾壓夯擊，把土層地基壓實(shí)；因為沖擊碾壓法比強(qiáng)力夯實(shí)法具有更高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，所以目前土方填筑施工中尤以沖擊碾壓法為主，對土方填筑施工中碾壓質(zhì)量進(jìn)行有效地監(jiān)控是保證土方填筑工程安全的關(guān)鍵，依照現(xiàn)行規(guī)范，土方填筑沖擊碾壓質(zhì)量監(jiān)控主要包括土方填筑過程中的沖擊碾壓參數(shù)和土方填筑層的壓實(shí)系數(shù)監(jiān)控?，F(xiàn)如今采用的監(jiān)控方法屬于事后監(jiān)測，且監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)位置有限，雖然對土方填筑有一定的監(jiān)控作用，但是最后檢測結(jié)果合格與否不能判斷土方填筑整體工程的質(zhì)量；另外，土方填筑層過程中一般為傳統(tǒng)環(huán)刀法現(xiàn)場取樣，檢測土方填筑層的壓實(shí)系數(shù)，一般以土方填筑層中一個點(diǎn)的壓實(shí)系數(shù)作為一個土方填筑層面的壓實(shí)系數(shù)，再以各個土方填筑層面的壓實(shí)系數(shù)去等效整個土方填筑體的壓實(shí)系數(shù)，是“以點(diǎn)代面，以面代體”的檢測方法。因此，試驗結(jié)果存在離散性，其檢測結(jié)果不能真實(shí)地反應(yīng)整個土方填筑體的整體壓實(shí)系數(shù)，且整體壓實(shí)系數(shù)往往取決于取樣的數(shù)量和頻率，這樣操作不僅復(fù)雜，成本高，而且每次取樣及檢測的都耗費(fèi)人力和時間，工作人員往返于施工現(xiàn)場和測試室，測試效率低，測試進(jìn)度不能高效率滿足施工需求。

由上述內(nèi)容可知，采用目前的監(jiān)控裝置和方法進(jìn)行土方填筑時，不僅操作復(fù)雜，效率極低，不能滿足施工需求；而且檢測數(shù)據(jù)與實(shí)際值有所偏離，檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較低，測量結(jié)果誤差較大，不能滿足施工準(zhǔn)確需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且成本低，使用操作簡便，能實(shí)時、準(zhǔn)確地對所施工土方填筑進(jìn)行監(jiān)控，且檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，其特征在于：包括安裝在沖擊碾壓機(jī)上的數(shù)據(jù)檢測模塊和對所施工土方填筑進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括現(xiàn)場處理模塊、與所述現(xiàn)場處理模塊進(jìn)行通信的遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊和設(shè)置在工作人員身上且向沖擊碾壓機(jī)發(fā)送控制命令的手持式無線終端，所述現(xiàn)場處理模塊包括設(shè)置在所施工土方填筑現(xiàn)場且用于存儲檢測數(shù)據(jù)的現(xiàn)場服務(wù)器和與所述現(xiàn)場服務(wù)器連接且對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的現(xiàn)場處理終端，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊包括與現(xiàn)場處理終端連接的遠(yuǎn)程服務(wù)器和與遠(yuǎn)程服務(wù)器連接的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，所述現(xiàn)場服務(wù)器通過第一3G無線通信模塊與所述數(shù)據(jù)檢測模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)檢測模塊包括三維激光掃描單元和用于檢測所述沖擊碾壓機(jī)的碾壓速度的速度檢測單元，所述三維激光掃描單元和速度檢測單元均與第一3G無線通信模塊相接。

上述的一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，其特征在于：所述現(xiàn)場服務(wù)器包括與第一3G無線通信模塊雙向通信的第二3G無線通信模塊和與第二3G無線通信模塊相接的數(shù)據(jù)存儲器，所述數(shù)據(jù)存儲器和現(xiàn)場處理終端連接。

上述的一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，其特征在于：所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端包括監(jiān)控計算機(jī)以及與監(jiān)控計算機(jī)相接的第一GSM模塊，所述監(jiān)控計算機(jī)的輸入端接有參數(shù)設(shè)置單元，所述監(jiān)控計算機(jī)的輸出端接有第一顯示器和報警單元。

上述的一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，其特征在于：所述手持式無線終端包括主控器和與主控器相接的第二GSM模塊，所述主控器的輸出端接有第二顯示器，所述主控器向沖擊碾壓機(jī)發(fā)送控制命令。

上述的一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，其特征在于：所述三維激光掃描單元和速度檢測單元的數(shù)量均與沖擊碾壓機(jī)的數(shù)量相同且三者的數(shù)量均為多個，多個所述三維激光掃描單元和速度檢測單元分別安裝在多個沖擊碾壓機(jī)上，多個所述三維激光掃描單元和多個所述速度檢測單元均與第一3G無線通信模塊相接。

上述的一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，其特征在于：所述三維激光掃描單元包括三維激光掃描儀和定位定姿模塊。

同時，本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、設(shè)計合理且實(shí)現(xiàn)方便、監(jiān)測效率高、使用效果好的土方填筑監(jiān)控方法，其特征在于：所述所施工土方填筑為沿厚度方向由下至上分層填筑碾壓處理，每一層填筑碾壓處理形成一填土層，每個所述填土層的施工方法均相同，其中對任一所述填土層進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控過程如下：

步驟一、數(shù)據(jù)采集并同步存儲：在沖擊碾壓機(jī)上安裝三維激光掃描單元和速度檢測單元，三維激光掃描單元實(shí)時或定時地將沖擊碾壓機(jī)的碾壓航跡數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過第一3G無線通信模塊傳送至現(xiàn)場服務(wù)器，同時，速度檢測單元實(shí)時或定時地將沖擊碾壓機(jī)的速度數(shù)據(jù)經(jīng)過第一3G無線通信模塊傳送至現(xiàn)場服務(wù)器，現(xiàn)場服務(wù)器對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲并及時更新；其中，所述檢測數(shù)據(jù)包括沖擊碾壓機(jī)的速度數(shù)據(jù)、沖擊碾壓機(jī)的碾壓航跡數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟二、數(shù)據(jù)傳輸前期處理：現(xiàn)場監(jiān)控終端通過有線或無線通信方式接收步驟一中現(xiàn)場服務(wù)器存儲的所述檢測數(shù)據(jù)，并對所述檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)；

步驟三：數(shù)據(jù)傳輸：現(xiàn)場監(jiān)控終端將步驟二中預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，遠(yuǎn)程服務(wù)器將預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)存儲并及時更新，所述遠(yuǎn)程服務(wù)器通過有線或無線通信方式，將步驟二中預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；

步驟四、現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將得到所述預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到?jīng)_擊碾壓機(jī)的碾壓速度v_t、沖擊碾壓機(jī)的碾壓遍數(shù)p_(x,y)和所述填土層的體積V，并相應(yīng)將遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷結(jié)果發(fā)送至手持式控制終端對沖擊碾壓機(jī)進(jìn)行調(diào)整，至符合預(yù)先設(shè)定的閾值。

步驟五、多次重復(fù)步驟一至步驟四，直至完成所述所施工土方填筑的監(jiān)測過程。

上述的方法，其特征在于：步驟四現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷的具體過程為：

步驟401、碾壓速度監(jiān)控與診斷結(jié)果輸出：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的碾壓速度閾值，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將速度檢測單元所檢測到的碾壓速度v_t和碾壓速度閾值進(jìn)行判斷，當(dāng)v_t<v_min或者v_t>v_max時，即沖擊碾壓機(jī)的碾壓速度不符合預(yù)先設(shè)定的碾壓速度閾值時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端輸出預(yù)警信號，同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將得到的碾壓速度v_t發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端，工作人員操作手持式無線終端給沖擊碾壓機(jī)發(fā)送控制命令至沖擊碾壓機(jī)的碾壓速度v_t符合預(yù)先設(shè)定的碾壓速度閾值；其中，所述碾壓速度閾值包括最小碾壓速度閾值和最大碾壓速度閾值，且v_min為最小碾壓速度閾值，v_max為最大碾壓速度閾值；

步驟402、碾壓遍數(shù)監(jiān)控與診斷結(jié)果輸出：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的碾壓遍數(shù)閾值p₀，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將所得到的碾壓遍數(shù)p_(x,y)和碾壓遍數(shù)閾值p₀進(jìn)行判斷，當(dāng)p_(x,y)<p₀時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端輸出預(yù)警信號，同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將所得到的碾壓遍數(shù)p_(x,y)發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端，工作人員操作手持式無線終端給沖擊碾壓機(jī)發(fā)送命令，至沖擊碾壓機(jī)的碾壓遍數(shù)p_(x,y)符合預(yù)先設(shè)定的碾壓遍數(shù)閾值p₀；當(dāng)p_(x,y)≥p₀時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端輸出預(yù)警信號,同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將所得到的碾壓遍數(shù)p_(x,y)發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端，工作人員操作手持式無線終端給沖擊碾壓機(jī)發(fā)送命令，使沖擊碾壓機(jī)停止碾壓，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端進(jìn)一步判斷所述填土層的壓實(shí)系數(shù)是否滿足壓實(shí)系數(shù)閾值η₀；

步驟403、壓實(shí)系數(shù)監(jiān)控與診斷結(jié)果輸出：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端判斷所述填土層的壓實(shí)系數(shù)是否滿足壓實(shí)系數(shù)閾值η₀，具體過程如下：

首先，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端且根據(jù)公式得到所述填土層的平均干密度ρ₀；其中，ω為所述填土層的含水量，d_s為所述填土層所用土的土粒重度，g為重力加速度，e為所述填土層的孔隙比；再采用現(xiàn)場監(jiān)控終端根據(jù)公式得到所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η；其中，ρ_max為所述填土層所用土的最大干密度；

然后，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端根據(jù)判定條件η≥η₀進(jìn)行判定，其中，η₀為壓實(shí)系數(shù)閾值，當(dāng)判定條件η≥η₀成立時，說明所述填土層的碾壓滿足所施工土方填筑的施工要求；當(dāng)判定條件η≥η₀不成立時，說明所述填土層的碾壓不滿足所施工土方填筑的施工要求，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端輸出預(yù)警信號，同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端將所得到的所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端，工作人員操作手持式無線終端給沖擊碾壓機(jī)發(fā)送命令，調(diào)整至所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η滿足所述判定條件。

上述的方法，其特征在于：步驟二中所述預(yù)處理包括對步驟一中所述檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理；

步驟四中采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端得到所述填土層的體積V，具體過程如下：

首先，在進(jìn)行步驟一前，采用所述三維激光掃描單元對上一所述填土層所在區(qū)域的原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集到的所述原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；其中上一所述填土層為位于所述填土層下方的填土層；

然后，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端采用數(shù)字高程模型DEM將所述原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到所述填土層的體積V。

上述的方法，其特征在于：步驟四中采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端得到所述碾壓遍數(shù)p_(x,y)，具體過程如下：

首先，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端在所述碾壓航跡數(shù)據(jù)中選取一坐標(biāo)點(diǎn)；然后，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端計算所述坐標(biāo)點(diǎn)在所述碾壓航跡數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的次數(shù)，所述坐標(biāo)點(diǎn)出現(xiàn)的次數(shù)則為所述碾壓遍數(shù)p_(x,y)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、所采用的監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且安裝布設(shè)簡便，投入成本較低。

2、所采用的監(jiān)控裝置使用操作簡便，能實(shí)時、準(zhǔn)確地對所施工土方填筑進(jìn)行監(jiān)控，且檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

3、所采用監(jiān)控裝置的檢測效率高，降低工作人員現(xiàn)場取樣及檢測的復(fù)雜度，不僅成本低，而且減少人力和時間耗費(fèi)，提高檢測效率低，滿足高效率施工需求。

4、所采用的監(jiān)控裝置使用效果好且檢測結(jié)果準(zhǔn)確，第一，能對所施工土方填筑過程中的每一填土層進(jìn)行實(shí)時檢測，減少因每一填土層檢測不準(zhǔn)確帶來的誤差，而且保證最終形成的土方填筑體滿足施工質(zhì)量要求；第二，在沖擊碾壓機(jī)上安裝三維激光掃描單元，采用三維激光掃描單元對每一填土層進(jìn)行實(shí)時檢測，取代了現(xiàn)如今采用的事后監(jiān)測，使土方填筑體的檢測改為每一填土層的檢測，通過保證每一填土層的質(zhì)量，從而保證了土方填筑體的質(zhì)量，消除了對土方填筑體最后檢測而存在的誤差，確保滿足施工要求；第三，采用三維激光掃描單元計算每一填土層的體積而得到填土層的平均干密度，取代了目前“以點(diǎn)代面，以面代體”的檢測方法，大大降低了由于采樣的數(shù)量和頻率不當(dāng)而造成的誤差，導(dǎo)致對每一填土層的干密度檢測不準(zhǔn)確；第四、節(jié)省檢測時間及人工能耗：安裝好三維激光掃描單元和速度檢測單元，不需要工作人員現(xiàn)場參數(shù)，便能實(shí)時地或定時地對每一填土層進(jìn)行檢測，而且將檢測數(shù)據(jù)無線發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端進(jìn)行預(yù)處理，且最終發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷，并將監(jiān)控與診斷處理結(jié)果無線發(fā)送至手持式無線終端，工作人員通過操作手持式無線終端發(fā)送至控制命令至滿足施工要求，智能化程度高，提高了監(jiān)控效率，且使得所施工土方填筑施工過程易于控制且實(shí)現(xiàn)方便。第五、通過設(shè)置現(xiàn)場處理終端對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減少干擾信號帶來的影響，提高了檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

5、所采用的土方填筑監(jiān)控方法步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便且操作簡便，節(jié)省時間，不僅能提高監(jiān)測效率，而且提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6、所采用的土方填筑監(jiān)控方法數(shù)據(jù)處理速度快，能同步分析處理得出每一填土層的監(jiān)控與診斷處理結(jié)果，實(shí)時性強(qiáng)。

7、所采用的土方填筑監(jiān)控方法操作簡便且使用效果好，為提高檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，本發(fā)明實(shí)時檢測每一填土層，通過保證每一填土層的質(zhì)量，從而保證了土方填筑體的質(zhì)量，消除了對土方填筑體最后檢測而存在的誤差，并且檢測結(jié)果準(zhǔn)確；同時，能將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送回手持式控制終端，使工作人員直觀、準(zhǔn)確獲得檢測結(jié)果；且本發(fā)明采用三維激光掃描單元和速度檢測單元進(jìn)行監(jiān)控，減少檢測時間和人工能耗。因而，采用本發(fā)明能有效提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并提高監(jiān)控效率。

綜上所述，本發(fā)明設(shè)計合理、操作簡便且使用效果好，能實(shí)時、準(zhǔn)確地對所施工土方填筑進(jìn)行監(jiān)控，且檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置的電路原理框圖。

圖2為本發(fā)明基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控方法的流程框圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—三維激光掃描單元； 2—速度檢測單元； 3—現(xiàn)場服務(wù)器；

3-1—第二3G無線通信模塊； 3-2—數(shù)據(jù)存儲器；

4—現(xiàn)場處理終端； 5—遠(yuǎn)程服務(wù)器； 6—遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；

6-1—第一顯示器； 6-2—報警單元； 6-3—參數(shù)設(shè)置單元；

6-4—第一GSM模塊； 6-5—監(jiān)控計算機(jī)；

7—第一3G無線通信模塊； 8—手持式控制終端；

8-1—第二顯示器； 8-2—主控器； 8-3—第二GSM模塊；

9—沖擊碾壓機(jī)。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種基于三維激光掃描的土方填筑監(jiān)控裝置，包括包括安裝在沖擊碾壓機(jī)9上的數(shù)據(jù)檢測模塊和對所施工土方填筑進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括現(xiàn)場處理模塊、與所述現(xiàn)場處理模塊進(jìn)行通信的遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊和設(shè)置在工作人員身上且向沖擊碾壓機(jī)9發(fā)送控制命令的手持式無線終端8，所述現(xiàn)場處理模塊包括設(shè)置在所施工土方填筑現(xiàn)場且用于存儲檢測數(shù)據(jù)的現(xiàn)場服務(wù)器3和與所述現(xiàn)場服務(wù)器3連接且對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的現(xiàn)場處理終端4，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊包括與現(xiàn)場處理終端4連接的遠(yuǎn)程服務(wù)器5和與遠(yuǎn)程服務(wù)器5連接的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6，所述現(xiàn)場服務(wù)器3通過第一3G無線通信模塊7與所述數(shù)據(jù)檢測模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)檢測模塊包括三維激光掃描單元1和用于檢測所述沖擊碾壓機(jī)9的碾壓速度的速度檢測單元2，所述三維激光掃描單元1和速度檢測單元2均與第一3G無線通信模塊7相接。

本實(shí)施例中，所述現(xiàn)場服務(wù)器3包括與第一3G無線通信模塊7雙向通信的第二3G無線通信模塊3-1和與第二3G無線通信模塊3-1相接的數(shù)據(jù)存儲器3-2，所述數(shù)據(jù)存儲器3-2和現(xiàn)場處理終端4連接。

本實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6包括監(jiān)控計算機(jī)6-5以及與監(jiān)控計算機(jī)6-5相接的第一GSM模塊6-4，所述監(jiān)控計算機(jī)6-5的輸入端接有參數(shù)設(shè)置單元6-3，所述監(jiān)控計算機(jī)6-5的輸出端接有第一顯示器6-1和報警單元6-2。

本實(shí)施例中，所述手持式無線終端8包括主控器8-2和與主控器8-2相接的第二GSM模塊8-3，所述主控器8-2的輸出端接有第二顯示器8-1，所述主控器8-2向沖擊碾壓機(jī)9發(fā)送控制命令。

本實(shí)施例中，所述三維激光掃描單元1和速度檢測單元2的數(shù)量均與沖擊碾壓機(jī)9的數(shù)量相同且三者的數(shù)量均為多個，多個所述三維激光掃描單元1和速度檢測單元2分別安裝在多個沖擊碾壓機(jī)9上，多個所述三維激光掃描單元1和多個所述速度檢測單元2均與第一3G無線通信模塊7相接。

本實(shí)施例中，所述三維激光掃描單元1包括三維激光掃描儀和定位定姿模塊。

本實(shí)施例中，通過設(shè)置所述三維激光掃描儀對上一所述填土層的原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，便于得到所述填土層的體積V。通過設(shè)置所述定位定姿模塊對沖擊碾壓機(jī)9的碾壓航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，得到碾壓遍數(shù)。

如圖2所示的一種采用本發(fā)明監(jiān)控裝置對土方填筑進(jìn)行監(jiān)控的方法，其特征在于：所述所施工土方填筑為沿厚度方向由下至上分層填筑碾壓處理，每一層填筑碾壓處理形成一填土層，每個所述填土層的施工方法均相同，其中對任一所述填土層進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控過程如下：

步驟一、數(shù)據(jù)采集并同步存儲：在沖擊碾壓機(jī)9上安裝三維激光掃描單元1和速度檢測單元2，三維激光掃描單元1實(shí)時或定時地將沖擊碾壓機(jī)9的碾壓航跡數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過第一3G無線通信模塊7傳送至現(xiàn)場服務(wù)器3，同時，速度檢測單元2實(shí)時或定時地將沖擊碾壓機(jī)9的速度數(shù)據(jù)經(jīng)過第一3G無線通信模塊7傳送至現(xiàn)場服務(wù)器3，現(xiàn)場服務(wù)器3對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲并及時更新；其中，所述檢測數(shù)據(jù)包括沖擊碾壓機(jī)9的速度數(shù)據(jù)、沖擊碾壓機(jī)9的碾壓航跡數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟二、數(shù)據(jù)傳輸前期處理：現(xiàn)場監(jiān)控終端4通過有線或無線通信方式接收步驟一中現(xiàn)場服務(wù)器3存儲的所述檢測數(shù)據(jù)，并對所述檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)；

步驟三：數(shù)據(jù)傳輸：現(xiàn)場監(jiān)控終端4將步驟二中預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器5，遠(yuǎn)程服務(wù)器5將預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)存儲并及時更新，所述遠(yuǎn)程服務(wù)器5通過有線或無線通信方式，將步驟二中預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6；

步驟四、現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6將得到所述預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到?jīng)_擊碾壓機(jī)9的碾壓速度v_t、沖擊碾壓機(jī)9的碾壓遍數(shù)p_(x,y)和所述填土層的體積V，并相應(yīng)將遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷結(jié)果發(fā)送至手持式控制終端8對沖擊碾壓機(jī)9進(jìn)行調(diào)整，至符合預(yù)先設(shè)定的閾值。

步驟五、多次重復(fù)步驟一至步驟四，直至完成所述所施工土方填筑的監(jiān)測過程。

本實(shí)施例中，步驟一中安裝好三維激光掃描單元1和速度檢測單元2，不需要工作人員現(xiàn)場進(jìn)行檢測采集數(shù)據(jù)，便能實(shí)時地或定時地對每一填土層進(jìn)行檢測。

本實(shí)施例中，步驟二中所述檢測數(shù)據(jù)無線發(fā)送至現(xiàn)場監(jiān)控終端4進(jìn)行預(yù)處理，減少干擾信號帶來的影響，提高了檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

本實(shí)施例中，步驟四遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6對經(jīng)過預(yù)處理后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷結(jié)果，并將監(jiān)控與診斷處理結(jié)果無線發(fā)送至手持式無線終端8，工作人員通過操作手持式無線終端8發(fā)送控制命令控制沖擊碾壓機(jī)9的碾壓速度、碾壓遍數(shù)和所述填土層的壓實(shí)系數(shù)滿足施工要求，智能化程度高，提高了監(jiān)控效率，且使得所施工土方填筑施工過程易于控制且實(shí)現(xiàn)方便。

本實(shí)施例中，步驟一中在沖擊碾壓機(jī)上安裝三維激光掃描單元1，采用三維激光掃描單元1對每一填土層進(jìn)行實(shí)時檢測，取代了現(xiàn)如今采用的事后監(jiān)測，使所施工土方填筑的檢測改為每一填土層的檢測，通過保證每一填土層的質(zhì)量，從而保證了所施工土方填筑形成的土方填筑體的質(zhì)量，消除了對土方填筑體最后檢測而存在的誤差，確保滿足施工要求。

本實(shí)施例中，步驟一中第一3G無線通信模塊7接收三維激光掃描單元1檢測到的所述碾壓航跡數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)并發(fā)送出去，現(xiàn)場服務(wù)器3中數(shù)據(jù)存儲器3-2通過第二3G無線通信模塊3-1接收第一3G無線通信模塊7發(fā)送的所述碾壓航跡數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲和更新。

本實(shí)施例中，工作人員預(yù)先通過參數(shù)設(shè)置單元6-3設(shè)置最小碾壓速度閾值、最大碾壓速度閾值、碾壓遍數(shù)閾值和壓實(shí)系數(shù)閾值。

本實(shí)施例中，現(xiàn)場監(jiān)控終端4中的監(jiān)控計算機(jī)6-5控制報警單元6-2進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控終端4輸出預(yù)警信號。

本實(shí)施例中，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6中的監(jiān)控計算機(jī)6-5通過第一GSM模塊向手持式無線終端8中發(fā)送碾壓速度v_t、碾壓遍數(shù)p_(x,y)和所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η，主控器8-2通過第二GSM模塊8-3接收到第一GSM模塊6-4發(fā)送的碾壓速度v_t、碾壓遍數(shù)p_(x,y)和所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6和設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端8的無線數(shù)據(jù)通信。

本實(shí)施例中，步驟四現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷的具體過程為：

步驟401、碾壓速度監(jiān)控與診斷結(jié)果輸出：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的碾壓速度閾值，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6將速度檢測單元2所檢測到的碾壓速度v_t和碾壓速度閾值進(jìn)行判斷，當(dāng)v_t<v_min或者v_t>v_max時，即沖擊碾壓機(jī)9的碾壓速度不符合預(yù)先設(shè)定的碾壓速度閾值時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6輸出預(yù)警信號，同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6將得到的碾壓速度v_t發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端8，工作人員操作手持式無線終端8給沖擊碾壓機(jī)9發(fā)送控制命令至沖擊碾壓機(jī)9的碾壓速度v_t符合預(yù)先設(shè)定的碾壓速度閾值；其中，所述碾壓速度閾值包括最小碾壓速度閾值和最大碾壓速度閾值，且v_min為最小碾壓速度閾值，v_max為最大碾壓速度閾值；

步驟402、碾壓遍數(shù)監(jiān)控與診斷結(jié)果輸出：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的碾壓遍數(shù)閾值p₀，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6將所得到的碾壓遍數(shù)p_(x,y)和碾壓遍數(shù)閾值p₀進(jìn)行判斷，當(dāng)p_(x,y)<p₀時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6輸出預(yù)警信號，同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6將所得到的碾壓遍數(shù)p_(x,y)發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端8，工作人員操作手持式無線終端8給沖擊碾壓機(jī)9發(fā)送命令，至沖擊碾壓機(jī)9的碾壓遍數(shù)p_(x,y)符合預(yù)先設(shè)定的碾壓遍數(shù)閾值p₀；當(dāng)p_(x,y)≥p₀時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6輸出預(yù)警信號,同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6將所得到的碾壓遍數(shù)p_(x,y)發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端8，工作人員操作手持式無線終端8給沖擊碾壓機(jī)9發(fā)送命令，使沖擊碾壓機(jī)9停止碾壓，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6進(jìn)一步判斷所述填土層的壓實(shí)系數(shù)是否滿足壓實(shí)系數(shù)閾值η₀；

步驟403、壓實(shí)系數(shù)監(jiān)控與診斷結(jié)果輸出：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6判斷所述填土層的壓實(shí)系數(shù)是否滿足壓實(shí)系數(shù)閾值η₀，具體過程如下：

首先，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6且根據(jù)公式得到所述填土層的平均干密度ρ₀；其中，ω為所述填土層的含水量，d_s為所述填土層所用土的土粒重度，g為重力加速度，e為所述填土層的孔隙比；再采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6根據(jù)公式得到所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η；其中，ρ_max為所述填土層所用土的最大干密度；

然后，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6根據(jù)判定條件η≥η₀進(jìn)行判定，其中，η₀為壓實(shí)系數(shù)閾值，當(dāng)判定條件η≥η₀成立時，說明所述填土層的碾壓滿足所施工土方填筑的施工要求；當(dāng)判定條件η≥η₀不成立時，說明所述填土層的碾壓不滿足所施工土方填筑的施工要求，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6輸出預(yù)警信號，同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6將所得到的所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η發(fā)送回設(shè)置在工作人員身上的手持式無線終端8，工作人員操作手持式無線終端8給沖擊碾壓機(jī)9發(fā)送命令，調(diào)整至所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η滿足所述判定條件。

本實(shí)施例中，設(shè)置最小碾壓速度閾值和最大碾壓速度閾值，是因為沖擊碾壓機(jī)9的碾壓速度過大時，沖擊碾壓機(jī)9的碾壓輪在接觸地面后快速彈起，沖擊能量轉(zhuǎn)化為壓實(shí)能的效率低，不利于壓實(shí)；同時，如果沖擊碾壓機(jī)9的碾壓速度過小，沖擊碾壓機(jī)9的碾壓輪的動能小，沖擊能不夠，降低了單次沖擊碾壓的質(zhì)量，不能保證碾壓質(zhì)量。

本實(shí)施例中，步驟403中采用三維激光掃描單元1計算每一填土層的體積而得到填土層的平均干密度，取代了目前“以點(diǎn)代面，以面代體”的檢測方法，大大降低了由于采樣的數(shù)量和頻率不當(dāng)而造成的誤差，導(dǎo)致對每一填土層的干密度檢測不準(zhǔn)確，導(dǎo)致所施工土方填筑壓實(shí)系數(shù)檢測的不準(zhǔn)確。

實(shí)際施工過程中，當(dāng)判定條件η≥η₀不成立時，即所述填土層的碾壓不滿足所施工土方填筑的施工要求時，當(dāng)所述填土層小于最優(yōu)含水率時，工作人員向所述填土層加水，且工作人員通過操作手持式無線終端8發(fā)送至控制命令控制沖擊碾壓機(jī)9增加碾壓遍數(shù)，至滿足壓實(shí)系數(shù)閾值和最優(yōu)含水率要求；當(dāng)所述填土層大于最優(yōu)含水率時，工作人員向所述填土層加填土，且工作人員通過操作手持式無線終端8發(fā)送至控制命令控制沖擊碾壓機(jī)9增加碾壓遍數(shù)，至滿足壓實(shí)系數(shù)閾值和最優(yōu)含水率要求。

本實(shí)施例中，所述填土層所用土的最大干密度為采用擊實(shí)試驗獲得。

實(shí)際施工時，當(dāng)所述填土層所用土未粉質(zhì)粘土?xí)r，d_s的取值范圍2.72～2.7；當(dāng)所述填土層所用土為砂土?xí)r，d_s的取值范圍2.65～2.69；當(dāng)所述填土層所用土為粘土?xí)r，d_s的取值范圍2.74～2.76。

本實(shí)施例中，步驟二中所述預(yù)處理包括對步驟一中所述檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理；

步驟四中采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6得到所述填土層的體積V，具體過程如下：

首先，在進(jìn)行步驟一前，采用所述三維激光掃描單元1對上一所述填土層所在區(qū)域的原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集到的所述原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6；其中上一所述填土層為位于所述填土層下方的填土層；

然后，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6采用數(shù)字高程模型DEM將所述原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述填土層的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到所述填土層的體積V。

本實(shí)施例中，步驟四中采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6得到所述碾壓遍數(shù)p_(x,y)，具體過程如下：

首先，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6在所述碾壓航跡數(shù)據(jù)中選取一坐標(biāo)點(diǎn)；然后，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控終端6計算所述坐標(biāo)點(diǎn)在所述碾壓航跡數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的次數(shù)，所述坐標(biāo)點(diǎn)出現(xiàn)的次數(shù)則為所述碾壓遍數(shù)p_(x,y)。

由上述內(nèi)容可知，本發(fā)明采用的土方填筑監(jiān)控方法簡單、設(shè)計合理且使用效果好且檢測結(jié)果準(zhǔn)確，能對所施工土方填筑中的每一填土層進(jìn)行實(shí)時檢測，保證每一填土層施工過程中碾壓速度v_t、碾壓遍數(shù)p_(x,y)和所述填土層的壓實(shí)系數(shù)η分別符合預(yù)先設(shè)定的碾壓速度閾值、碾壓遍數(shù)閾值和壓實(shí)系數(shù)閾值，保證每一填土層的檢測參數(shù)符合施工要求，減少因每一填土層檢測不準(zhǔn)確帶來的誤差，以此類推，直至完成所施工土方填筑的監(jiān)測，從而保證所施工土方填筑最終形成的土方填筑體滿足施工質(zhì)量要求。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。