重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置的製作方法
2023-06-01 21:45:26
本發明涉及樁基施工特別是重力式碼頭樁基施工監測領域，具體而言涉及一種重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置。
背景技術：
近年來，由於水運市場船舶向大型化發展的需求，重力式碼頭建設向大型、深水化發展的速度越來越快，且建設工期要求緊迫，隨之而來的是在施工中出現了若干過去表現不明顯，而現在表現非常明顯的質量問題，其中比較重要的就是碼頭樁基的施工問題的現場監測。
傳統的監測基本上都是通過人工和主觀判斷的方式來實現，則過分依賴於施工人員和檢測人員的主觀能力和經驗積累，而且現場施工環境惡劣，對檢測人員容易造成不良影響，造成誤判和監測不及時的問題。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置，是一種具有監測、採集、分析數據功能的重力式碼頭樁基施工的遠程監測與預警裝置的集成開發，通過軟硬體結合的方式實現實時數據監測，數據通過遠距離傳送，在辦公室即可了解施工現場每個樁基的施工時間、深度、流量、垂直度、密度、鑽速、施工位置等指標等實時數據。用本系統後，通過對樁基施工過程中信息參數的實時監測與數據分析，實現對具有施工風險的樁基做出出有效及時的預警控制，提高施工效率和質量。
本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特徵實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特徵。
為達成上述目的，本發明提出一種重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置，包括變壓器、控制模塊、施工現場環境信息採集模塊、顯示模塊、儲存模塊、信號傳輸模塊和定位模塊，控制模塊分別與施工現場環境信息數據採集模塊、顯示模塊、信號傳輸模塊、定位模塊、存儲模塊連接，控制各模塊的運行，並實現對施工現場環境信息採集模塊所採集信號的處理和分析，其中：
施工現場環境信息採集模塊與控制模塊連接，用於採集樁基施工的現場參數，包括：當前水下深度、水下地形、樁基位置；
變壓器為重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置的電壓調節模塊，與控制模塊連接，用於為控制模塊、顯示模塊、道路環境信息採集模塊、信號傳輸模塊、定位模塊提供工作電壓供應；
信號傳輸模塊與現場數據採集傳感器以及儲存模塊分別連接，作為對外通信模塊，在控制模塊的控制下通過向外界通過移動基站傳輸編碼信息、簡訊信息，實現與雲端伺服器和遠程監測客戶端的通信，並將傳輸的數據傳輸到儲存模塊；
定位模塊與控制模塊及儲存模塊分別連接，作為當前地理位置信息及時間採集模塊，通過控制模塊發送指令以一定時間間隔實時獲取衛星廣播信息，控制模塊將獲取的衛星信息解碼獲取當前裝置經緯度和時間信息，通過信號傳輸模塊向外界傳輸，實現對樁基位置的定位；
儲存模塊用以接受信號傳輸模塊與現場數據採集傳感器所傳送的數據信息，並將數據存儲下來；
顯示模塊與控制模塊連接，由控制模塊控制接受現場數據信息採集傳感器檢測的信息，並將這些信息實時顯示出來。
進一步的實施例中，所述控制模塊採用單片機或者PLC工業控制器實現；所述現場數據信息採集模塊包括現場數據採集傳感器，由雙頻GPS定位儀、測深儀、深度傳感器、密度傳感器以及流量傳感器；所述顯示模塊由TFT液晶觸屏模塊實現；通信模塊採用GSM通訊模塊實現。
進一步的實施例中，所述存儲模塊採用基於網際網路的數據中心伺服器以及本地儲存設備共同實現。
進一步逇實施例中，該裝置還包括一與控制模塊連接的計算機處理裝置，該計算機處理裝置包括接口單元、操作面板和指示單元，其中：
所述控制模塊通過接口單元提供的USB接口與計算機處理裝置連接，實現計算機處理裝置與控制模塊之間的通信；控制模塊通過接口單元提供的RS232接口與現場數據採集傳感器裝置連接，實現施工現場數據採集傳感器裝置與控制模塊之間的通信；
操作面板以按鈕形式實現，用以實現控制模塊裝置的數據清理、重新啟動、電源通斷以及對前述環境信息傳感器的調試操作指令；
指示單元用以監控上述現場監測的施工信息採集模塊、控制模塊、儲存模塊、信號傳輸模塊和定位模塊，例如各傳感器是否工作正常，通信模塊信息傳輸是否正常等，並表徵給用戶，例如可通過指示燈或者文本框的形式顯示工作狀態。
進一步的實施例中，所述控制模塊被設置用於控制施工現場環境信息數據採集模塊、顯示模塊、信號傳輸模塊、定位模塊、存儲模塊的運行，並實現對施工現場環境信息採集模塊所採集信號的處理和分析，具體包括：
步驟S01：通過施工現場數據採集傳感器裝置採集施工現場的環境變量相關信息，包括水下深度H0、樁基深度H1、泥漿流速V1、泥漿相對密度P1、以及樁基位置S1；
步驟S02：對步驟S01獲取的數據進行數據幀編碼，編碼算法分為數據開始採集幀編碼、數據採集幀編碼以及數據結束採集幀編碼三個部分；
步驟S03：控制模塊將環境變量採集數據幀轉換為數據包的格式發送，數據包的形式為：首先按照數據類型標示把同類型的數據幀歸集到一起，然後按照時間順序識別出數據開始標示和數據結束標示，將數據開始標識、數據結束標識以及兩者之間出現的數據採集幀組成的一個數據幀序列，就作為一個數據包；
步驟S04：控制模塊讀取施工現場的環境變量採集裝置數據包後將信息傳輸至儲存模塊及信號傳輸模塊，進行本地數據儲存以及遠程信息傳輸；
步驟S05：信號傳輸模塊通過無線傳輸的方式，將現場採集到的數據傳輸到遠程中心伺服器。
根據本發明的實施例，還提出一種重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析方法，包括：
步驟S01：通過施工現場數據採集傳感器裝置採集施工現場的環境變量相關信息，包括水下深度H0、樁基深度H1、泥漿流速V1、泥漿相對密度P1、以及樁基位置S1；
步驟S02：對步驟S01獲取的數據進行數據幀編碼，編碼算法分為數據開始採集幀編碼、數據採集幀編碼以及數據結束採集幀編碼三個部分；
步驟S03：控制模塊將環境變量採集數據幀轉換為數據包的格式發送，數據包的形式為：首先按照數據類型標示把同類型的數據幀歸集到一起，然後按照時間順序識別出數據開始標示和數據結束標示，將數據開始標識、數據結束標識以及兩者之間出現的數據採集幀組成的一個數據幀序列，就作為一個數據包；
步驟S04：控制模塊讀取施工現場的環境變量採集裝置數據包後將信息傳輸至儲存模塊及信號傳輸模塊，進行本地數據儲存以及遠程信息傳輸；
步驟S05：信號傳輸模塊通過無線傳輸的方式，將現場採集到的數據傳輸到遠程中心伺服器；
步驟S06：遠程讀取各個監測施工現場的各種環境參數數據包，中心伺服器的理程序將得到的施工現場信息參數數據包進行解碼和排序，計算出當前的施工的泥漿量NL＝V1*P1，並將數據寫入雲端資料庫；
步驟S07：使用手機、pc端或者本設備，通過網際網路訪問中心伺服器，遠程讀取施工現場重力式碼頭樁基施工時的各種參數，實時讀取雲端資料庫數據，利用施工情況評估模型對當前每個樁基的施工情況進行評估；
步驟S08：將得到的重力式碼頭樁基施工情況及水下土層情況進行數據整理，對每個樁基的施工時間、深度、流量、垂直度、密度、鑽速、施工位置指標形成表進行保存，並對存在現場施工問題的樁基按照風險等級進行遠程預警；對所有數據整合後，生成樁基施工報表，準確記錄施工樁基的過程中實時的位置、深度、流量、垂直度、密度參數，作為監控人員評定各樁施工質量的依據。
本發明所提出的技術方案從重力式碼頭樁基施工的遠程監測與預警出發，結合當前重力式碼頭樁基施工遠程監測不全面，且數據傳輸不及時的情況，提出了一種具有監測、採集、分析數據功能的重力式碼頭樁基施工的遠程監測與預警裝置的集成開發，通過軟硬體結合的方式實現實時數據監測。數據通過遠距離傳送，在辦公室即可了解施工現場每個樁基的施工時間、深度、流量、垂直度、密度、鑽速、施工位置等指標等實時數據。用本系統後，通過對樁基施工過程中信息參數的實時監測與數據分析，實現對具有施工風險的樁基做出出有效及時的預警控制，提高施工效率和質量。
由以上本發明的技術方案可知，本發明的有益效果在於：
(1)提高施工效率。目前重力式碼頭樁基施工存在的各種問題嚴重影響了正常的施工效率，對施工過程的不了解導致很多時候無法對症下藥。本發明通過樁基施工處理監控與分析系統對施工現場信息的全面了解，可以使極大提高及保障有效的施工效率。
(2)節約施工成本。樁基施工過程中混泥土漿的灌注容易形成浪費，以及為了實施管理而投入的巨大人力物力財力，卻往往形成管理得不到有效實施，同時造成資源的巨大浪費，最終歸結於施工成本居高不下，很多施工企業利潤極低甚至虧損。同樣，通過本系統對施工細節的監控，可以做到材料用量、施工工程量、管理人員的有效使用，節約施工成本。
(3)為後續施工提供可靠依據。現階段重力式碼頭樁基施工的不系統，直接造成了施工質量的不可靠性，對後續施工帶來很大影響。本發明建立了整套的監測系統後，施工質量能夠得到有效保障，後續施工得以正常進行。
(4)便於有效管理。在從業人員素質與專業水平難以快速提高的背景下，本發明通過構建地基處理監控與分析系統，可以實時、有效、全面的了解、監測、控制施工過程中出現的問題，做到對施工細節的全面把握，從而大大提高管理水平。
應當理解，前述構思以及在下面更加詳細地描述的額外構思的所有組合只要在這樣的構思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發明主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開的發明主題的一部分。
結合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發明教導的前述和其他方面、實施例和特徵。本發明的其他附加方面例如示例性實施方式的特徵和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據本發明教導的具體實施方式的實踐中得知。
附圖說明
附圖不意在按比例繪製。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，並非每個組成部分均被標記。現在，將通過例子並參考附圖來描述本發明的各個方面的實施例，其中：
圖1是根據本發明某些實施例的重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置的示意圖。
圖2、圖3和圖4分別是編碼算法中數據開始採集幀編碼、數據採集幀編碼以及數據結束幀編碼的格式示意圖。
圖5、圖6、圖7、圖8和圖9分別是水深數據包、樁基深度數據包、泥漿深度數據包、泥漿密度數據包、樁基位置數據包的格式示意圖。
具體實施方式
為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。
在本公開中參照附圖來描述本發明的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。本公開的實施例不必定意在包括本發明的所有方面。應當理解，上面介紹的多種構思和實施例，以及下面更加詳細地描述的那些構思和實施方式可以以很多方式中任意一種來實施，這是因為本發明所公開的構思和實施例並不限於任何實施方式。另外，本發明公開的一些方面可以單獨使用，或者與本發明公開的其他方面的任何適當組合來使用。
結合圖1所示，根據本發明的實施例，一種重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置，包括變壓器、控制模塊、施工現場環境信息採集模塊、顯示模塊、儲存模塊、信號傳輸模塊和定位模塊，控制模塊分別與施工現場環境信息數據採集模塊、顯示模塊、信號傳輸模塊、定位模塊、存儲模塊連接，控制各模塊的運行，並實現對施工現場環境信息採集模塊所採集信號的處理和分析。
施工現場環境信息採集模塊與控制模塊連接，用於採集樁基施工的現場參數，包括：當前水下深度、水下地形、樁基位置。
變壓器為重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置的電壓調節模塊，與控制模塊連接，用於為控制模塊、顯示模塊、道路環境信息採集模塊、信號傳輸模塊、定位模塊提供工作電壓供應。
信號傳輸模塊與現場數據採集傳感器以及儲存模塊分別連接，作為對外通信模塊，在控制模塊的控制下通過向外界通過移動基站傳輸編碼信息、簡訊信息，實現與雲端伺服器和遠程監測客戶端的通信，並將傳輸的數據傳輸到儲存模塊。
定位模塊與控制模塊及儲存模塊分別連接，作為當前地理位置信息及時間採集模塊，通過控制模塊發送指令以一定時間間隔實時獲取衛星廣播信息，控制模塊將獲取的衛星信息解碼獲取當前裝置經緯度和時間信息，通過信號傳輸模塊向外界傳輸，實現對樁基位置的定位。
儲存模塊用以接受信號傳輸模塊與現場數據採集傳感器所傳送的數據信息，並將數據存儲下來。
顯示模塊與控制模塊連接，由控制模塊控制接受現場數據信息採集傳感器檢測的信息，並將這些信息實時顯示出來。
在前述的例子中，所述控制模塊採用單片機或者PLC工業控制器實現；所述現場數據信息採集模塊包括現場數據採集傳感器，由雙頻GPS定位儀、測深儀、深度傳感器、密度傳感器以及流量傳感器；所述顯示模塊由TFT液晶觸屏模塊實現；通信模塊採用GSM通訊模塊實現。
在前述的例子中，所述存儲模塊採用基於網際網路的數據中心伺服器以及本地儲存設備共同實現。
在前述的例子中，該裝置還包括一與控制模塊連接的計算機處理裝置，該計算機處理裝置包括接口單元、操作面板和指示單元，其中：
所述控制模塊通過接口單元提供的USB接口與計算機處理裝置連接，實現計算機處理裝置與控制模塊之間的通信；控制模塊通過接口單元提供的RS232接口與現場數據採集傳感器裝置連接，實現施工現場數據採集傳感器裝置與控制模塊之間的通信；
操作面板以按鈕形式實現，用以實現控制模塊裝置的數據清理、重新啟動、電源通斷以及對前述環境信息傳感器的調試操作指令；
指示單元用以監控上述現場監測的施工現場數據採集模塊、控制模塊、儲存模塊、信號傳輸模塊和定位模塊的狀態，並表徵給用戶。
在前述的例子中，所述控制模塊被設置用於控制施工現場環境信息數據採集模塊、顯示模塊、信號傳輸模塊、定位模塊、存儲模塊的運行，並實現對施工現場環境信息採集模塊所採集信號的處理和分析，具體包括：
步驟S01：通過施工現場數據採集傳感器裝置採集施工現場的環境變量相關信息，包括水下深度H0、樁基深度H1、泥漿流速V1、泥漿相對密度P1、以及樁基位置S1；
步驟S02：對步驟S01獲取的數據進行數據幀編碼，編碼算法分為數據開始採集幀編碼、數據採集幀編碼以及數據結束採集幀編碼三個部分；
步驟S03：控制模塊將環境變量採集數據幀轉換為數據包的格式發送，數據包的形式為：首先按照數據類型標示把同類型的數據幀歸集到一起，然後按照時間順序識別出數據開始標示和數據結束標示，將數據開始標識、數據結束標識以及兩者之間出現的數據採集幀組成的一個數據幀序列，就作為一個數據包；
步驟S04：控制模塊讀取施工現場的環境變量採集裝置數據包後將信息傳輸至儲存模塊及信號傳輸模塊，進行本地數據儲存以及遠程信息傳輸；
步驟S05：信號傳輸模塊通過無線傳輸的方式，將現場採集到的數據傳輸到遠程中心伺服器。
在一些具體的例子中，前述編碼算法的三部分：數據開始採集幀編碼、數據採集幀編碼以及數據結束採集幀編碼，具體實現格式如下：
(1)數據開始採集幀編碼，格式如圖2所示。
(2)數據採集幀編碼，格式如圖3所示。
(3)數據結束幀編碼，格式如圖4所示。
在一些可選的例子中，前述數據包，格式類型如下：
(1)水深數據包，格式如圖5所示。
(2)樁基深度數據包，格式如圖6所示。
(3)泥漿深度數據包，格式如圖7所示。
(4)泥漿密度數據包，格式如圖8所示。
(5)樁基位置數據包，格式如圖9所示。
結合前述實施例，本發明還提出利用前述重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析裝置(尤其是如圖1所示的例子)實現的一種重力式碼頭樁基施工遠程監測與分析方法，包括：
步驟S01：通過施工現場數據採集傳感器裝置採集施工現場的環境變量相關信息，包括水下深度H0、樁基深度H1、泥漿流速V1、泥漿相對密度P1、以及樁基位置S1；
步驟S02：對步驟S01獲取的數據進行數據幀編碼，編碼算法分為數據開始採集幀編碼、數據採集幀編碼以及數據結束採集幀編碼三個部分；
步驟S03：控制模塊將環境變量採集數據幀轉換為數據包的格式發送，數據包的形式為：首先按照數據類型標示把同類型的數據幀歸集到一起，然後按照時間順序識別出數據開始標示和數據結束標示，將數據開始標識、數據結束標識以及兩者之間出現的數據採集幀組成的一個數據幀序列，就作為一個數據包；
步驟S04：控制模塊讀取施工現場的環境變量採集裝置數據包後將信息傳輸至儲存模塊及信號傳輸模塊，進行本地數據儲存以及遠程信息傳輸；
步驟S05：信號傳輸模塊通過無線傳輸的方式，將現場採集到的數據傳輸到遠程中心伺服器；
步驟S06：遠程讀取各個監測施工現場的各種環境參數數據包，中心伺服器的理程序將得到的施工現場信息參數數據包進行解碼和排序，計算出當前的施工的泥漿量NL＝V1*P1，並將數據寫入雲端資料庫；
步驟S07：使用手機、pc端或者本設備，通過網際網路訪問中心伺服器，遠程讀取施工現場重力式碼頭樁基施工時的各種參數，實時讀取雲端資料庫數據，利用施工情況評估模型對當前每個樁基的施工情況進行評估；
步驟S08：將得到的重力式碼頭樁基施工情況及水下土層情況進行數據整理，對每個樁基的施工時間、深度、流量、垂直度、密度、鑽速、施工位置指標形成表進行保存，並對存在現場施工問題的樁基按照風險等級進行遠程預警；對所有數據整合後，生成樁基施工報表，準確記錄施工樁基的過程中實時的位置、深度、流量、垂直度、密度參數，作為監控人員評定各樁施工質量的依據。
這樣，就可以通過手機通過APP程序、電腦等通過網際網路連接雲端道路環境安全評估資料庫，實時查詢施工現場信息參數以及樁基風險等級結果。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。