一种高土石坝的数字化施工方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高土石坝的数字化施工方法及控制系统，包括获取高土石坝修建区域的地面参数，获取高土石坝的最终参数，并将高土石坝分层，获得依次堆叠的层参数，根据分层数据，逐层进行施工；本发明专利技术通过修建区域的地面参数以及高土石坝的最终参数，获取层参数，在根据层参数，确定分层单次摊铺的行进轨迹、铺料厚度、激振参数等，减少人为控制/计算的比例，提升施工精度。提升施工精度。提升施工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高土石坝的数字化施工方法及控制系统


[0001]本专利技术涉及水利水电施工领域，具体涉及一种高土石坝的数字化施工方法及控制系统。

技术介绍

[0002]高土石坝填筑施工过程中，施工轨迹、铺料厚度、碾压遍数、行走速度、激振力等是保障填筑施工质量的关键件参数，但常规的施工方法上述参数均为人工操作机械进行控制，人为的因素占很大比例。当操作手的经验不足，工作状态不佳，或者工作环境比较复杂时，会产生超厚、欠压、漏压、超压等质量缺陷，施工参数很难精确控制。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是高土石坝施工过程中依靠人工进行管件参数的控制，目的在于提供一种高土石坝的数字化施工方法及控制系统，解决了施工精度不精确的问题。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]一种高土石坝的数字化施工方法，包括：
[0006]获取高土石坝修建区域的地面参数；
[0007]获取高土石坝的最终参数，并将高土石坝分层，获得依次堆叠的层参数；
[0008]S1、确定待摊铺层的位置，并根据待摊铺层确定摊铺面参数；
[0009]根据摊铺面参数确定单元划分参数；
[0010]根据单元划分参数确定摊铺参数；
[0011]接收摊铺参数，根据摊铺参数中的坐标参数，确定摊铺行进轨迹；
[0012]接收摊铺参数，根据摊铺参数中的铺料厚度参数，确定铺料厚度、摊铺机卸料速度与行进速度；
[0013]接收摊铺参数和摊铺行进轨迹，根据摊铺行进轨迹，确定激振碾的行进轨迹；
[0014]接收摊铺参数，根据摊铺参数中的激振力参数，确定激振碾的激振力；
[0015]接收摊铺参数，根据摊铺参数中的碾压遍数，确定激振碾的往复行进次数；
[0016]S2、根据摊铺行进轨迹、摊铺机卸料速度和行进速度进行筑坝料摊铺；
[0017]S3、根据激振碾行进轨迹、激振碾的激振力、激振碾往复行进次数进行筑坝料碾压；
[0018]S4、重复步骤S1
‑
S3，完成高土石坝的多层摊铺。
[0019]具体地，确定待摊铺层的位置，并根据待摊铺层确定摊铺面参数的方法包括：
[0020]若摊铺层数为最底层，则根据修建区域的地面参数确定摊铺面参数；
[0021]若摊铺层数为非底层，则根据下层的层参数确定摊铺面参数；
[0022]所述地面参数包括地面起伏度、修建区域经度、修建区域纬度；
[0023]所述层参数包括层面平整度、铺料厚度、分层轨迹、分层宽度；
[0024]根据修建区域的经度、修建区域的纬度、分层宽度和摊铺机的摊铺宽度确定单元划分参数，所述单元划分参数包括单元边界线；
[0025]具体地，确认单元划分参数的方法包括：
[0026]根据单元划分参数中的单元边界线，将摊铺面划分为多个条状区域。
[0027]具体地，碾压遍数、激振力参数、铺料厚度参数、行进速度、摊铺机的摊铺宽度的计算方法包括：
[0028]确定摊铺机摊铺效率：其中，E为施工效率，h为铺料厚度参数，i为摊铺机的摊铺宽度，n为碾压遍数，v为行进速度；
[0029]建立高土石坝压实密度与参数之间的非线性映射关系：ρ＝f(n,h,v,j)，其中，ρ为压实密度，j为激振力；
[0030]确定压实密度控制的稳定度最大的摊铺参数的组合：其中，α
k
为第k个参数在该方案取值时的偏导数，K为摊铺参数个数；
[0031]建立土石坝施工摊铺参数优化模型：
[0032]opt(G)＝f(E,ρ,S)
[0033]s.t.{Y
min
≤(n,v,h,i,j)≤Y
max
}，式中Y
min
和Y
max
为变量取值的最小值和最大值；
[0034]建立的综合考虑施工效率质量保证的摊铺参数优化模型：
[0035]其中G为综合优化目标，λ
E
,λ
ρ
,λ
S
为施工效率、碾压质量和稳定度所占权重；
[0036]确定适应度最大值G
max
和最小值G
min
；
[0037]改变n,v,j的值，并对摊铺参数优化模型进行求解，获得G'，若G
min
＜G'＜G
max
，则获得摊铺参数值；若否，则迭代n,v,j的值进行再次求解。
[0038]具体地，确认摊铺行进轨迹的方法包括：
[0039]根据摊铺面参数确定条状区域的坐标参数，所述坐标包括经度、纬度和海拔高度；
[0040]根据条状区域的坐标参数绘制摊铺机的行进轨迹，并将轨迹数据传输至摊铺机。
[0041]优选地，根据铺料厚度参数确定铺料厚度、摊铺机卸料速度与行进速度。
[0042]具体地，确定激振碾的行进轨迹的方法包括：
[0043]确定摊铺机的宽度与激振碾的宽度比值；
[0044]根据摊铺机的行进轨迹确认激振碾的行进轨迹；
[0045]在激振碾上安装定位装置，并通过定位信号采集激振碾的行进位置和碾压轨迹；
[0046]根据激振碾的行进位置和激振力参数确定激振碾所处的位置对应的激振力，并控制激振碾输出激振力；
[0047]根据激振碾的碾压轨迹和碾压遍数，确定激振碾的往复行进次数。
[0048]具体地，铺料厚度的控制方法包括：
[0049]在修建区域设置水平的激光发射器；
[0050]在摊铺机的推土板上安装激光接收器，且将激光发射器与激光接收器配对；
[0051]摊铺前，确定激光基准面，调节激光发射器的高度使其与摊铺面的高度差等于摊铺厚度；
[0052]在摊铺过程中，实时获得激光发射器与激光接收器之间的距离h1；
[0053]控制摊铺机的推土板的高度，并使h1＝0。
[0054]进一步，在步骤S2后，对摊铺厚度进行检测，其检测方法包括：
[0055]获取前一次碾压后，摊铺机相对修建区域地面的高度H1；
[0056]获取本次摊铺后，摊铺机相对于修建区域地面的高度H2；
[0057]获取H1和H2的高度差，并判断将其与铺料厚度H0对比；
[0058]若H0＝H2
‑
H1，则判定摊铺合格，进行步骤S3；若H0≠H2
‑
H1，则判定摊铺不合格，则重复步骤S2；
[0059]其中，若H0＞H2
‑
H1，则控制摊铺机进行二次摊铺；若H0＜H2
‑
H1，则刮除部分摊铺料。
[0060]再进一步，在步骤S3后，对碾压质量进行检测，其检测方法包括：
[0061]S3步骤执行完毕后，对多个位置进行取样检测；
[0062]若检测合格，则进行步骤S4，若检测不合格则重复步骤S3。
[0063]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高土石坝的数字化施工方法，其特征在于，包括：获取高土石坝修建区域的地面参数；获取高土石坝的最终参数，并将高土石坝分层，获得依次堆叠的层参数；S1、确定待摊铺层的位置，并根据待摊铺层确定摊铺面参数；根据摊铺面参数确定单元划分参数；根据单元划分参数确定摊铺参数；接收摊铺参数，根据摊铺参数中的坐标参数，确定摊铺行进轨迹；接收摊铺参数，根据摊铺参数中的铺料厚度参数，确定铺料厚度、摊铺机卸料速度与行进速度；接收摊铺参数和摊铺行进轨迹，根据摊铺行进轨迹，确定激振碾的行进轨迹；接收摊铺参数，根据摊铺参数中的激振力参数，确定激振碾的激振力；接收摊铺参数，根据摊铺参数中的碾压遍数，确定激振碾的往复行进次数；S2、根据摊铺行进轨迹、摊铺机卸料速度和行进速度进行筑坝料摊铺；S3、根据激振碾行进轨迹、激振碾的激振力、激振碾往复行进次数进行筑坝料碾压；S4、重复步骤S1
‑
S3，完成高土石坝的多层摊铺。2.根据权利要求1所述的一种高土石坝的数字化施工方法，其特征在于，确定待摊铺层的位置，并根据待摊铺层确定摊铺面参数的方法包括：若摊铺层数为最底层，则根据修建区域的地面参数确定摊铺面参数；若摊铺层数为非底层，则根据下层的层参数确定摊铺面参数；所述地面参数包括地面起伏度、修建区域经度、修建区域纬度；所述层参数包括层面平整度、铺料厚度、分层轨迹、分层宽度；根据修建区域的经度、修建区域的纬度、分层宽度和摊铺机的摊铺宽度确定单元划分参数，所述单元划分参数包括单元边界线；所述摊铺参数包括路径参数、铺料厚度参数、激振力参数、碾压遍数；确认单元划分参数的方法包括：根据单元划分参数中的单元边界线，将摊铺面划分为多个条状区域。3.根据权利要求2所述的一种高土石坝的数字化施工方法，其特征在于，碾压遍数、激振力参数、铺料厚度参数、行进速度、摊铺机的摊铺宽度的计算方法包括：确定摊铺机摊铺效率：其中，E为施工效率，h为铺料厚度参数，i为摊铺机的摊铺宽度，n为碾压遍数，v为行进速度；建立高土石坝压实密度与参数之间的非线性映射关系：ρ＝f(n,h,v,j)，其中，ρ为压实密度，j为激振力；确定压实密度控制的稳定度最大的摊铺参数的组合：其中，α
k
为第k个参数在该方案取值时的偏导数，K为摊铺参数个数；建立土石坝施工摊铺参数优化模型：
式中Y
min
和Y
max
为变量取值的最小值和最大值；建立的综合考虑施工效率质量保证的摊铺参数优化模型：其中G为综合优化目标，λ
E
,λ
ρ
,λ
S
为施工效率、碾压质量和稳定度所占权重；确定适应度最大值G
max
和最小值G
min
；改变n,v,j的值，并对摊铺参数优化模型进行求解，获得G'，若G
min
＜G'＜G
max
，则获得摊铺参数值；若否，则迭代n,v,j的值进行再次求解。4.根据权利要求2所述的一种高土石坝的数字化施工方法，其特征在于，确认摊铺行进轨迹的方法包括：根据摊铺面参数确定条状区域的坐标参数，所述坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵云飞，孙林智，袁幸朝，
申请(专利权)人：中国水利水电第五工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：