摘 要：近年來，隨著高面板堆石壩施工質量的要求越來越高，作為企業(yè)，必須采取一切措施，來應對市場，適應環(huán)境的變化，為此，大多數企業(yè)采用分析質量管理參數和依托技術，提出了堆石壩填筑施工質量GPS（全球定位系統(tǒng)）實時監(jiān)控系統(tǒng)，這是以全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)為基礎的，這一技術的實施與運用，為堆石壩施工技術開辟了新的發(fā)展道路，為此，本文將對此技術做一些初步的相關分析，以便為工程施工提供指導作用。
關鍵詞：堆石壩填筑 施工質量 GPS 監(jiān)控技術
1 GPS技術概述
GPS也被稱為全球衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)，也就是GlobalPositioningSystem，GPS），這是美國自1970年代開始著手以來，在1994年研發(fā)完成，帶有了天空、海洋和陸地全面實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間星系，地面和用戶設備總計三個部分組成。GPS測量技術能夠提供快速、高效、準確的點、線、面元素精確的三維坐標，以及其他相關信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，廣泛應用于軍事和民用運輸（航行船只、飛機、汽車等）、測量學、攝影測量和現(xiàn)場勘探、土地利用調查、精準農業(yè)和日常生活（人員跟蹤、娛樂），和其他不同的領域。
2 GPS大壩施工碾壓實時監(jiān)控系統(tǒng)
碾壓式堆石壩的施工過程中，使用能夠符合設計要求的多種筑壩材料以及既定設計要求完成壩體修筑，這是直接關系到整個施工質量管理的核心關鍵影響要素。若借助人工完成對整個碾壓區(qū)域總計碾壓遍數以及行車速度等施工參數的觀測，顯然十分困難，這也就需要使用可以實時的監(jiān)控施工參數，并可以及時保存相關數據用于施工工藝全過程的回放以及評估的重要手段，借助GPS完成實時的測量監(jiān)控，同時借助建立在GIS基礎上的軟件組件一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)，就能夠順利的應對此類問題。
GPS的實時監(jiān)控系統(tǒng)，其技術核心為雙頻實時差分GPS技術、嵌入式系統(tǒng)技術、數據庫技術、2.5G無線通訊技術以及GIS開發(fā)技術，其中各種軟件技術更是核心之核心，這是一個能夠承擔大壩的填筑碾壓工程質量實時、高效監(jiān)控等的前沿高新系統(tǒng)平臺。能夠承擔碾壓填筑施工的完全自動化管理以及工程監(jiān)控，并明確碾壓施工車輛的精確位置、具體的操作狀態(tài)，及時記錄行車軌跡，以及行車速度、方位等，計算攤鋪層的碾壓總計遍數，攤鋪厚度以及壓實率等參數，支持下一步的施工以及監(jiān)控工作。
至于涉及數據的接收，傳遞以及顯示部分，對于安裝GPS以及工控機一體機的碾壓車，在接收來自衛(wèi)星數據完成處理之后，能夠迅速生成地理位置的三維坐標，耗時一秒，并反饋到工控機，借助其GPRS無線網絡及時將觀測所得三維坐標數據傳輸至監(jiān)控中心服務器。至于這一數據傳遞的模式具體可見圖1。
監(jiān)控中心以及碾壓車、現(xiàn)場監(jiān)理車等等都會安裝有精準的顯示器，司機以及現(xiàn)場監(jiān)理人員能夠結合顯示的碾壓圖判斷碾壓是否合格，并及時安排不合格區(qū)域的補碾，直至碾壓合格。監(jiān)控中心人員亦或者具備權限人員也都能看到現(xiàn)場實時碾壓狀況。此外還能夠結合傳送所得數據構造制作出三維建模，對相關數據展開詳細的分析以及計算，及時發(fā)布到網絡提供給查詢權限的人員進行查詢。
3 案例分析
3.1 工程概況
某水電站是大渡河干流梯級規(guī)劃的第17個梯級電站，位于大渡河的中游一座專注發(fā)電為主，同時帶有防洪以及攔沙等等全方位利用效益的一個大型的水利水電工程。水電站的壩址處于大渡河以及尼日河的交匯口上游位置，位于覺托的附近。地理位置上跨越了四川省的漢源以及甘洛縣兩地，所影響到的流域面積達到68512 km2，占全流域將近九成。電站的總裝機量達到6臺，整個的單機容量為550 MW，電站的總裝機容量達到3300 MW，穩(wěn)定電力輸出達到926 MW，近一段時間以來的年均發(fā)電量145.8億度。
水電站的構成為攔河大壩以及引水發(fā)電的諸多建筑物、泄洪洞以及放空洞等等，也包括下游的尼日河引水工程等諸多部分共同構成。大壩主要是由礫質土直心墻堆石壩以及3孔寬度為12 m的溢洪道；整個的礫質土直心墻堆壩的壩頂總高度為856 m。壩頂的寬度為14 m，軸線長為573.5 m，最大的壩高為186 m。引水發(fā)電部分主要就是岸塔式引水口以及6條有壓式的引水隧洞、地下廠房、主變室、地下尾水閘門室以及幾條無壓隧洞共同構成。下游的尼日河引水工程構成上囊括著首部樞紐以及引水隧道。
正常情況下，水庫的蓄水位為850 m，在客流的汛期運行限制水位高度為841 m，水庫死水位790 m，消落深度為60 m，總庫容達到了53.90億立方，其中的調洪庫容10.56億立方、調節(jié)庫容為38.82億立方，屬于一種不完全的年調節(jié)水庫。壩前設計最大壅水高度為173 m，干流的回水到達石棉縣城的過河大橋位置，整個回水段的長度72 km，整個水庫面積達到84.14 km2。建設水庫河道長度72 km，覆蓋上下游漢源、甘洛以及石棉等縣。水電站的建設充分使用遠程視頻監(jiān)控技術，并建有電子文檔管理，借助三維模型體現(xiàn)出壩體面貌等一系列的信息化手段來展開相應的管理工作，不過各個子系統(tǒng)之間的集成尚不完善，應當構建一個高度集成的平臺實現(xiàn)對各項技術的統(tǒng)一綜合管理，考慮到工程實施的實際狀況，本文此處將參照此類模式構建GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)作為案例，總結并為日后類似大型工程尋找構建統(tǒng)一平臺的經驗積累。
3.2 項目技術思路與實現(xiàn)原理
3.2.1 系統(tǒng)架構
此工程的填筑施工質量GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)主要是借助了C/S框架來完成移動遠端以及監(jiān)控中心之間的通信。在移動端的操作除了傳統(tǒng)的鍵盤操作手段之外，也裝備了觸摸屏操作藉此完成人機之間的對話，通信方面借助的是GPRS/CDMA無線網絡形式，借助公共網絡完成網絡數據信息的傳輸。借助RS232串行口完成GPS相關數據的采集。至于系統(tǒng)的服務器端選擇寬帶靜態(tài)IP地址完成上網。就運行來說具體可見圖2。 3.2.2 系統(tǒng)硬件組成
填筑施工質量GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)的構成主要是GPS的基準站、移動監(jiān)測以及監(jiān)控中心三個構成組件。其中的移動監(jiān)控部分囊括各類的移動監(jiān)測端，比如碾壓機械以及工程監(jiān)理車，協(xié)助完成操作人員導航，并指導規(guī)范性操作，發(fā)現(xiàn)錯誤操作人員報警，向服務器提供參數以及各類信息，并處理接收服務器所發(fā)出的指令。基準站及時設置一些工程測量的相關參數，提供一些差分信息，另外由于工地帶有穩(wěn)定性以及設置簡單、環(huán)境多樣的特點，可以單獨的構建一個獨立的部分。系統(tǒng)的服務器創(chuàng)作并提供數據通道，及時的完成數據的存貯，向監(jiān)理人員以及相關管理部門及時的提供完善服務。
首先，監(jiān)控中心。中心控制室屬于系統(tǒng)的一個重要中心，其所配備的硬件設備主要就是囊括服務器以及電腦，系統(tǒng)的展開相應的數據處理以及分析、儲存等工作，及時把相關的計算以及分析結果借助互聯(lián)網的傳輸方式傳輸到現(xiàn)場的分控站以及各個監(jiān)控點位置，監(jiān)控中心的內部配備電子顯示屏，藉此考慮施工的現(xiàn)實需要，實時的顯示大壩的碾壓機械具體位置以及運作狀態(tài)，并支持相關決策，提供必要的依據。
其次，GPS基準站。這主要是為了能夠抬升GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度，借助差分GPS技術來設計裝置。它的硬件設施構成上有雙頻GPS差分電臺，一般設置離移動檢測端電臺可以接收到信號并且相關作業(yè)的比較開闊的一些地方。
最后，移動監(jiān)測端作用。
其一，裝備在質量監(jiān)理車的GPS移動監(jiān)測端，一般構成為GPS以及工業(yè)電腦，結合工程監(jiān)控的現(xiàn)實需要，并兼顧GPS的觀測精度問題，系統(tǒng)為專門給工程監(jiān)理單位提供質量監(jiān)理車，實時展開GPS的移動觀測工作，核心的項目也就是土體完成攤鋪之后及時的對攤鋪土體厚度進行觀測，方便計算壓實率；同時存儲數據于車載電腦，同時實時把計算觀測結果傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收移動監(jiān)測端的定位數據，此外還能夠向監(jiān)控中心及時請求接收展開下一步的分析結果，并由質量管理的角度及時對現(xiàn)場施工展開指導。
其二，裝置在碾壓機械上的GPS移動監(jiān)測端，以及安裝于質量監(jiān)理車的GPS移動監(jiān)測點比較相同，硬件的配置上囊括GPS以及電腦，它的觀測項目有碾壓遍數以及行車的速度、行車的方向以及土體最后的碾壓厚度，將相關數據保存在車載電腦內，并及時體現(xiàn)在觸摸屏，相關結果藉此實時向監(jiān)控中心傳輸，碾壓車電腦上觸摸屏可實時反饋碾壓情況，協(xié)助操作人員及時作業(yè)。
4 運行情況及結果評價
這一系統(tǒng)目前在雅安市的漢源縣某大壩采用并延續(xù)運行至今，整體來看系統(tǒng)運行狀況良好，該系統(tǒng)為整個大壩填筑工程的施工質量配給全新的過程控制手段，實現(xiàn)現(xiàn)場施工質量的全方位以及全過程的控制，借助數據記錄以及相關及時儲存，創(chuàng)造了施工監(jiān)控的充足事實依據。
5 結論
隨著科學技術的發(fā)展，有了新的施工方法與手段，如虛擬現(xiàn)實，智能監(jiān)控等施工質量控制管理技術手段，這有助于全方位進行施工質量控制，提高施工質量和工程效益。
參考文獻
[1] 劉海濤.基于GPS的面板堆石壩監(jiān)測與填筑質量控制[J].黑龍江水利科技， 2010（1）.
[2] 崔博，胡連興，劉東海.高心墻堆石壩填筑施工過程實時監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)與應用[J].中國工程科學，2011（12）.
[3] 陳聞暢.GPS技術在地籍測量中的應用思路及案例研究[J].科技資訊，2010（12）.
關鍵詞：堆石壩填筑 施工質量 GPS 監(jiān)控技術
1 GPS技術概述
GPS也被稱為全球衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)，也就是GlobalPositioningSystem，GPS），這是美國自1970年代開始著手以來，在1994年研發(fā)完成，帶有了天空、海洋和陸地全面實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間星系，地面和用戶設備總計三個部分組成。GPS測量技術能夠提供快速、高效、準確的點、線、面元素精確的三維坐標，以及其他相關信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，廣泛應用于軍事和民用運輸（航行船只、飛機、汽車等）、測量學、攝影測量和現(xiàn)場勘探、土地利用調查、精準農業(yè)和日常生活（人員跟蹤、娛樂），和其他不同的領域。
2 GPS大壩施工碾壓實時監(jiān)控系統(tǒng)
碾壓式堆石壩的施工過程中，使用能夠符合設計要求的多種筑壩材料以及既定設計要求完成壩體修筑，這是直接關系到整個施工質量管理的核心關鍵影響要素。若借助人工完成對整個碾壓區(qū)域總計碾壓遍數以及行車速度等施工參數的觀測，顯然十分困難，這也就需要使用可以實時的監(jiān)控施工參數，并可以及時保存相關數據用于施工工藝全過程的回放以及評估的重要手段，借助GPS完成實時的測量監(jiān)控，同時借助建立在GIS基礎上的軟件組件一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)，就能夠順利的應對此類問題。
GPS的實時監(jiān)控系統(tǒng)，其技術核心為雙頻實時差分GPS技術、嵌入式系統(tǒng)技術、數據庫技術、2.5G無線通訊技術以及GIS開發(fā)技術，其中各種軟件技術更是核心之核心，這是一個能夠承擔大壩的填筑碾壓工程質量實時、高效監(jiān)控等的前沿高新系統(tǒng)平臺。能夠承擔碾壓填筑施工的完全自動化管理以及工程監(jiān)控，并明確碾壓施工車輛的精確位置、具體的操作狀態(tài)，及時記錄行車軌跡，以及行車速度、方位等，計算攤鋪層的碾壓總計遍數，攤鋪厚度以及壓實率等參數，支持下一步的施工以及監(jiān)控工作。
至于涉及數據的接收，傳遞以及顯示部分，對于安裝GPS以及工控機一體機的碾壓車，在接收來自衛(wèi)星數據完成處理之后，能夠迅速生成地理位置的三維坐標，耗時一秒，并反饋到工控機，借助其GPRS無線網絡及時將觀測所得三維坐標數據傳輸至監(jiān)控中心服務器。至于這一數據傳遞的模式具體可見圖1。
監(jiān)控中心以及碾壓車、現(xiàn)場監(jiān)理車等等都會安裝有精準的顯示器，司機以及現(xiàn)場監(jiān)理人員能夠結合顯示的碾壓圖判斷碾壓是否合格，并及時安排不合格區(qū)域的補碾，直至碾壓合格。監(jiān)控中心人員亦或者具備權限人員也都能看到現(xiàn)場實時碾壓狀況。此外還能夠結合傳送所得數據構造制作出三維建模，對相關數據展開詳細的分析以及計算，及時發(fā)布到網絡提供給查詢權限的人員進行查詢。
3 案例分析
3.1 工程概況
某水電站是大渡河干流梯級規(guī)劃的第17個梯級電站，位于大渡河的中游一座專注發(fā)電為主，同時帶有防洪以及攔沙等等全方位利用效益的一個大型的水利水電工程。水電站的壩址處于大渡河以及尼日河的交匯口上游位置，位于覺托的附近。地理位置上跨越了四川省的漢源以及甘洛縣兩地，所影響到的流域面積達到68512 km2，占全流域將近九成。電站的總裝機量達到6臺，整個的單機容量為550 MW，電站的總裝機容量達到3300 MW，穩(wěn)定電力輸出達到926 MW，近一段時間以來的年均發(fā)電量145.8億度。
水電站的構成為攔河大壩以及引水發(fā)電的諸多建筑物、泄洪洞以及放空洞等等，也包括下游的尼日河引水工程等諸多部分共同構成。大壩主要是由礫質土直心墻堆石壩以及3孔寬度為12 m的溢洪道；整個的礫質土直心墻堆壩的壩頂總高度為856 m。壩頂的寬度為14 m，軸線長為573.5 m，最大的壩高為186 m。引水發(fā)電部分主要就是岸塔式引水口以及6條有壓式的引水隧洞、地下廠房、主變室、地下尾水閘門室以及幾條無壓隧洞共同構成。下游的尼日河引水工程構成上囊括著首部樞紐以及引水隧道。
正常情況下，水庫的蓄水位為850 m，在客流的汛期運行限制水位高度為841 m，水庫死水位790 m，消落深度為60 m，總庫容達到了53.90億立方，其中的調洪庫容10.56億立方、調節(jié)庫容為38.82億立方，屬于一種不完全的年調節(jié)水庫。壩前設計最大壅水高度為173 m，干流的回水到達石棉縣城的過河大橋位置，整個回水段的長度72 km，整個水庫面積達到84.14 km2。建設水庫河道長度72 km，覆蓋上下游漢源、甘洛以及石棉等縣。水電站的建設充分使用遠程視頻監(jiān)控技術，并建有電子文檔管理，借助三維模型體現(xiàn)出壩體面貌等一系列的信息化手段來展開相應的管理工作，不過各個子系統(tǒng)之間的集成尚不完善，應當構建一個高度集成的平臺實現(xiàn)對各項技術的統(tǒng)一綜合管理，考慮到工程實施的實際狀況，本文此處將參照此類模式構建GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)作為案例，總結并為日后類似大型工程尋找構建統(tǒng)一平臺的經驗積累。
3.2 項目技術思路與實現(xiàn)原理
3.2.1 系統(tǒng)架構
此工程的填筑施工質量GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)主要是借助了C/S框架來完成移動遠端以及監(jiān)控中心之間的通信。在移動端的操作除了傳統(tǒng)的鍵盤操作手段之外，也裝備了觸摸屏操作藉此完成人機之間的對話，通信方面借助的是GPRS/CDMA無線網絡形式，借助公共網絡完成網絡數據信息的傳輸。借助RS232串行口完成GPS相關數據的采集。至于系統(tǒng)的服務器端選擇寬帶靜態(tài)IP地址完成上網。就運行來說具體可見圖2。 3.2.2 系統(tǒng)硬件組成
填筑施工質量GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)的構成主要是GPS的基準站、移動監(jiān)測以及監(jiān)控中心三個構成組件。其中的移動監(jiān)控部分囊括各類的移動監(jiān)測端，比如碾壓機械以及工程監(jiān)理車，協(xié)助完成操作人員導航，并指導規(guī)范性操作，發(fā)現(xiàn)錯誤操作人員報警，向服務器提供參數以及各類信息，并處理接收服務器所發(fā)出的指令。基準站及時設置一些工程測量的相關參數，提供一些差分信息，另外由于工地帶有穩(wěn)定性以及設置簡單、環(huán)境多樣的特點，可以單獨的構建一個獨立的部分。系統(tǒng)的服務器創(chuàng)作并提供數據通道，及時的完成數據的存貯，向監(jiān)理人員以及相關管理部門及時的提供完善服務。
首先，監(jiān)控中心。中心控制室屬于系統(tǒng)的一個重要中心，其所配備的硬件設備主要就是囊括服務器以及電腦，系統(tǒng)的展開相應的數據處理以及分析、儲存等工作，及時把相關的計算以及分析結果借助互聯(lián)網的傳輸方式傳輸到現(xiàn)場的分控站以及各個監(jiān)控點位置，監(jiān)控中心的內部配備電子顯示屏，藉此考慮施工的現(xiàn)實需要，實時的顯示大壩的碾壓機械具體位置以及運作狀態(tài)，并支持相關決策，提供必要的依據。
其次，GPS基準站。這主要是為了能夠抬升GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度，借助差分GPS技術來設計裝置。它的硬件設施構成上有雙頻GPS差分電臺，一般設置離移動檢測端電臺可以接收到信號并且相關作業(yè)的比較開闊的一些地方。
最后，移動監(jiān)測端作用。
其一，裝備在質量監(jiān)理車的GPS移動監(jiān)測端，一般構成為GPS以及工業(yè)電腦，結合工程監(jiān)控的現(xiàn)實需要，并兼顧GPS的觀測精度問題，系統(tǒng)為專門給工程監(jiān)理單位提供質量監(jiān)理車，實時展開GPS的移動觀測工作，核心的項目也就是土體完成攤鋪之后及時的對攤鋪土體厚度進行觀測，方便計算壓實率；同時存儲數據于車載電腦，同時實時把計算觀測結果傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收移動監(jiān)測端的定位數據，此外還能夠向監(jiān)控中心及時請求接收展開下一步的分析結果，并由質量管理的角度及時對現(xiàn)場施工展開指導。
其二，裝置在碾壓機械上的GPS移動監(jiān)測端，以及安裝于質量監(jiān)理車的GPS移動監(jiān)測點比較相同，硬件的配置上囊括GPS以及電腦，它的觀測項目有碾壓遍數以及行車的速度、行車的方向以及土體最后的碾壓厚度，將相關數據保存在車載電腦內，并及時體現(xiàn)在觸摸屏，相關結果藉此實時向監(jiān)控中心傳輸，碾壓車電腦上觸摸屏可實時反饋碾壓情況，協(xié)助操作人員及時作業(yè)。
4 運行情況及結果評價
這一系統(tǒng)目前在雅安市的漢源縣某大壩采用并延續(xù)運行至今，整體來看系統(tǒng)運行狀況良好，該系統(tǒng)為整個大壩填筑工程的施工質量配給全新的過程控制手段，實現(xiàn)現(xiàn)場施工質量的全方位以及全過程的控制，借助數據記錄以及相關及時儲存，創(chuàng)造了施工監(jiān)控的充足事實依據。
5 結論
隨著科學技術的發(fā)展，有了新的施工方法與手段，如虛擬現(xiàn)實，智能監(jiān)控等施工質量控制管理技術手段，這有助于全方位進行施工質量控制，提高施工質量和工程效益。
參考文獻
[1] 劉海濤.基于GPS的面板堆石壩監(jiān)測與填筑質量控制[J].黑龍江水利科技， 2010（1）.
[2] 崔博，胡連興，劉東海.高心墻堆石壩填筑施工過程實時監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)與應用[J].中國工程科學，2011（12）.
[3] 陳聞暢.GPS技術在地籍測量中的應用思路及案例研究[J].科技資訊，2010（12）.
