基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法与流程

本发明涉及一种建筑施工工程中的混凝土施工质量监控技术领域，具体的说是基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法。

背景技术：

随着我国经济的发展，基础设施和城镇化建设量迅速增加。钢筋混凝土工程，特别是大型工程中的大体积混凝土施工工程明显增加，施工进度明显加快。加上建筑工程管理质量的提高，对混凝土的施工质量要求越来越严格。即使采用机械化施工的混凝土浇注与振捣仍然无法确保所有位置的混凝土进行均匀振捣。特别在道路、机场、码头、箱型基础等大面积混凝土的施工过程中，如何确保人工或机械振捣实现均匀和无死角，且保证振捣插入深度达到规定范围，是施工监理和施工质量面临的问题。

实际上，当前实时定位技术有许多种，在建筑工程与施工工业中也有不少的应用，包括GPS、无线电识别技术及可视化传感器等。这些方法过于复杂和昂贵，或受天气影响明显，或数据精度差，或者只能进行单点定位，无法跟随振捣棒快速的移动进行定位，尤其是不能进行振捣深度的监测。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法，可以实时监测混凝土振捣点的位置分布，同时监测振捣棒等振捣工具的插入点深度值的方法，为混凝土施工质量的监控提供依据，实时记录的平面振捣点分布及插入深度，可为后期质量验收与质量管理提供必要数据支撑。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法，其特征在于它包括如下步骤：

步骤一：在混凝土施工工作平面布置至少三个激光探测器测点，保证激光探测器的标杆垂直于混凝土施工工作面，激光探测器具有信号发射模块、信号接收模块和能探测到激光位置的探头，将探测点的相对固定参照点坐标输入图像处理系统或记录；

步骤二、把振捣棒与工作面垂直，振捣棒上固定设有激光发射器，激光发射器具有信号发射模块和信号接收模块，激光发射器具有激光面形式的发射光源，激光面具有自动水平校正功能，将激光面光源打开，记录振捣棒初始工作高度作为初始值；

步骤三、浇注混凝土过程中，移动振捣棒在不同地点振捣时，激光发射器向激光探测器集成的信号接收模块发射激光发出的时间信号，振捣棒与激光探测器均可自作为激光测距仪功能，及时测得激光探测器与振捣点间的直线距离，相关数据传递给数据分析模拟，由三圆相交共点即为激光源位置，即可动态求得振捣棒振捣点平面位置；激光探测器在接收到激光信号后，将激光面所处位置发送到信号处理系统；

步骤四、在振捣棒插入和提起过程中，对应激光面光源开启与关闭，从而在沿竖向移动起点和终点均有激光被探测到，激光探测器接收到光源沿激光探测器上的光源感应传感器移动，通过激光位移传感器实时采集光源面竖向位移，进而可求得振捣棒插入深度的变化，即可确定振捣棒深度值；

步骤五、根据上述预置的激光探测器点参照比例绘制的工作平面图，借助步骤三获得的振捣棒工作点的平面位置，结合步骤二确定的竖向位置的初始值，借助步骤四获取的竖向位移，即可绘制出振捣棒平面和竖向点的分布；根据数据采集频率和处理速度，可实时或后期生成振捣施工质量分析图。

所述的基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法，其特征在于：三个激光探测器的三个探头不被遮挡且不在同一直线上布置。

所述的基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法，其特征在于：所述激光探测器和激光发射器的信号发射模块和信号接收模块为无线或有线。

所述的基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法，其特征在于：所述的激光发射器能集成信号接收和发射功能，接收所有激光探测器的发射信号后，集中发送给信号处理系统。

所述的基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法，其特征在于：所述的激光发射器和激光探测器信号提前经上位机处理后，再通过集成在激光探测器或激光发射器上的信号发射模块，以无线或有线传输到监测终端进行存储或实时显示。

本发明的有益效果是：能有效监测振捣棒等振捣设备的插入点的位置和插入深度，通过实时数据记录相应的振捣点位置，能够指导施工人员进行均匀振捣，同时也为监理人员减轻现场监督工作量，自动形成的监测记录也为后期质量评定提供了依据。

本发明提出的基于激光的三维定位技术，借助激光测距传感器，组建小区域网络，实现平面和深度的实时定位，再借助成熟的蓝牙、宽带、Wi-Fi、Cellular、ZigBee、RuBee等无线连网协议，实现数据传输和存取。

本发明提供的振捣点平面位置与深度的监测，为大型混凝土施工质量监测，特别在道路、机场、码头、箱型基础等大面积混凝土的施工过程监测，提供了准确、直观、快速的记录方法，确保人工或机械振捣实现均匀和无死角，保证振捣插入深度达到规定范围，是减少现场施工监理工作量和难度，确保施工质量的有利工具，具有极高的推广价值和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1是本发明采用的平面定位三圆相交交点唯一的几何原理示意图。

图2是本发明实施例提供测点平面布置与实施示意图。

图3是本发明竖向位移定位示意图。

图4是实施例中的信号传输路径示意图。

图中，1.激光发射器，2激光探测器 3激光面到达位置 4障碍物(例如：墙体)5混凝土施工工作面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-4所示：一种基于激光三维定位的混凝土振捣质量的实时监测方法，它包括如下步骤：

步骤一：在混凝土施工工作平面5上、障碍物4内分别布置三个激光探测器2测点，保证激光探测器的标杆垂直于混凝土施工工作面5，激光探测器具有无线信号发射模块、无线信号接收模块和能探测到激光位置的探头，三个激光探测器的三个探头不被遮挡且不在同一直线上布置，将探测点的相对固定参照点坐标输入图像处理系统或记录；

步骤二、把振捣棒与工作面垂直，振捣棒上固定设有激光发射器1，激光发射器具有信号发射模块和信号接收模块，激光发射器具有激光面形式的发射光源，图2中有激光面到底位置3，激光面具有自动水平校正功能，将激光面光源打开，记录振捣棒初始工作高度作为初始值；

步骤三、浇注混凝土过程中，移动振捣棒在不同地点振捣时，激光发射器向激光探测器集成的信号接收模块发射激光发出的时间信号，激光探测器集成的信号接收模块可实时接收激光光源发射时间，在接收到激光信号后，能根据激光发射时间与接收时间差及时计算激光传递距离，并借助无线信号发射功能向采集系统发送计算结果，或直接传递时间差，由信号处理软件计算激光传递距离；

振捣棒与激光探测器均可自作为激光测距仪功能，及时测得激光探测器与振捣点间的直线距离，相关数据传递给数据分析模拟，由三圆相交共点即为激光源位置，即可动态求得振捣棒振捣点平面位置；激光探测器在接收到激光信号后，将激光面所处位置发送到信号处理系统；

步骤四、在振捣棒插入和提起过程中，对应激光面光源开启与关闭，从而在沿竖向移动起点和终点均有激光被探测到，激光探测器接收到光源沿激光探测器上的光源感应传感器移动，通过激光位移传感器实时采集光源面竖向位移，进而可求得振捣棒插入深度的变化，即可确定振捣棒深度值；

步骤五、根据上述预置的激光探测器点参照比例绘制的工作平面图，借助步骤三获得的振捣棒工作点的平面位置，结合步骤二确定的竖向位置的初始值，借助步骤四获取的竖向位移，即可绘制出振捣棒平面和竖向点的分布；根据所述的固定激光探测器确定的平面位置和竖向位移，借助电脑图像技术，通过探测器的相对参照点的坐标位置的实时显示振捣点所在位置分布及深度分布图，可绘出整个施工过程中的测点分布与深度分布图。借助计算机三维图像技术，可通过绘制相对坐标位置实时显示振捣点所在位置的变化及深度位置；根据数据采集频率和处理速度，可实时或后期生成振捣施工质量分析图。

所述的激光发射器能集成信号接收和发射功能，接收所有激光探测器的发射信号后，并通过其发射功能集中发送给信号处理系统；所述的激光发射器和激光探测器信号提前经上位机处理后，再通过集成在激光探测器或激光发射器上的信号发射模块，以无线或有线传输到邻近监测终端进行存储或实时显示。

本发明的基本原理是，通过平面上至少三个基准点即可对平面上任意点进行计算定位。该技术基于激光探测技术，在混凝土浇注施工现场布置三个以上的固定参考点，并在该点布置相应的激光探测仪和无线信号反馈，借助振捣棒等振捣器具上的激光面光源发射激光信号，利用接收到固定参考点的信号记录激光发射点时间与接收时间，从而实时计算出参考点位置与振捣点的距离，从而可以根据三点定位获得振捣点的位置。在振捣棒插入过程中，各参考点实时记录激光面光源的下降深度即竖向位移变化。结合上述平面和高度方向的结果，实现振捣点的平面分布和振捣深度的实施监测。

该监测方法包括三个以上的激光接收探测器，尽可能最大三角点形式固定于特定工作平面位置，并集成无线信号接收和发射功能模块；一个固定于振捣器上具有激光面的发射源，同样集成无线信号接收和发射功能模块。通过实时记录激光发射和接收时间差，计算出三个接收点与发射点的距离；借助计算机三维图像技术，可通过绘制相对坐标位置实时显示振捣点所在位置的变化及深度位置。

在用振捣棒进行振捣时，由振捣点发身一个激光面，该激光面具有水平自动校正功能，保证激光面能与至少三个布置的激光探测器正交，从而根据激光传播时间可以计算出每个探测器与所有的振捣点的距离，借助三圆相交点唯一的几何原理，定位出振捣棒所在位置。再借助激光位移传感器原理，通过探测到的激光面的竖向位移确定振捣棒的插入深度。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。