系统建设的目的与意义详解

在填筑工程施工的质量管理方面，传统的方法主要采取人工的现场控制碾压参数和挖坑取样的试坑法进行检测，即所谓“双控制”的质量控制方法。这种质量管理模式对于促进我国填筑工程建设的发展，起到了重要作用。但是，随着国家大型基础工程建设规模的提高和机械化施工的进程，传统手工式的质量管理机制已很难适应现代化机械施工质量与进度控制、效益提高的迫切要求。为了避免人工现场监理碾压参数的被动性，提高工效，确保填筑碾压施工的质量，同时减少挖坑检测的频次，保障工期，建立一套适应大型工程机械化施工质量管理需要，具有实时、连续、自动化、高精度等特点的填筑碾压施工质量过程监控的系统很有必要。

现代空间卫星导航定位技术的发展，已逐渐在越来越多的领域替代了常规光学和电子测量仪器的应用。自从20世纪80年代以来，尤其是进入90年代后，GPS卫星导航定位技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引发了革命性变化。现代数据通信、电子、网络、计算机等信息技术的进步，为基于GPS的多种信息技术系统集成，实现对工程机械的高精度、实时、连续、自动监控提供了可能。

武汉大学早在2001年，结合湖北清江水布垭工程建设需要，自主研发了一套适用于填筑工程碾压施工质量过程控制的实时监控系统，即填筑碾压施工质量GPS实时监控系统（以下简称系统）。该系统充分采用了现代全球卫星定位技术、无线数据通信技术、电子技术、计算机技术和数据处理与分析技术，并结合碾压机械进行工程化集成，实现了对碾压工程施工质量进行实时、高精度、连续、自动化监控的主要功能，可应用于大坝填筑碾压过程控制，是保障工程施工质量一种的有效手段。该系统已在世界同类坝型第一高坝（233m）的湖北清江水布垭混凝土面板堆石坝中得到有效应用。

近十年来的研究、试验与应用经验表明，利用GPS进行填筑碾压施工质量实时监控存在明显的弊端需要克服，主要表现在两方面：一是碾压机械上的GPS天线不能有明显的天空遮挡，而目前更多的水电站建设在卫星遮挡严重的峡谷，这样就存在部分填筑区域无法进行监控或监控质量不好的现象；二是GPS监控设备必须安装在碾压机械上，需要被监控者进行必要的操作。为克服上述的突出问题，有针对性地开展了广泛调研，提出了另外一种监控模式，既利用测量机器人（智能型全站仪）替代GPS，又进行了大量测试试验。试验结果反映，基于测量机器人的碾压监控系统模式的性价比，要优于基于GPS的碾压监控系统模式。(www.xing528.com)

测量机器人，也称测地机器人，是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照标目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。它是在全站仪基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并配置智能化的控制及应用软件发展而形成的。测量机器人通过CCD影像传感器和其他传感器对现实测量世界中的“目标”进行识别，迅速做出分析、判断与推理，实现自我控制，并完成照准、读数等操作，以完全代替人的手工操作。测量机器人与能够制定测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理与分析的软件系统相结合，完全可以代替人完成许多测量任务。目前，代表地面测量技术发展方向的测量机器人，已在工程测量、变形监测等领域得到广泛应用，具有高效、全自动、准确、实时性强、结构简单、操作简便等特点。

从“数字大坝”信息化施工建设与管理的需求角度出发，系统可实现以下主要内容的监控：碾压机械的运行轨迹、运行速度、碾压遍数监控；碾压仓面的平整度分析；碾压层的厚度、碾压层仓面的土石方量计算等。而且，这些数据均具有客观性、现实性，并进行实时存储，具有事后或历史的可再现性。其高程方向上的精度可以达到毫米级。另外，利用现场采集的三维数据进行图像化仿真建模，通过与设计要求的三维模型进行对比，可作为相关管理层进行工程管理和决策的依据。