基于B/S架構(gòu)的土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

林威偉，崔 博，佟大威，王佳俊，王曉玲，張 君

(天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350)

填筑碾壓是土石壩施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，填筑碾壓質(zhì)量的好壞對(duì)于大壩沉降、變形和滲透系數(shù)是否滿足要求有重大影響，對(duì)壩體填筑碾壓質(zhì)量進(jìn)行有效且精確控制是保證大壩安全運(yùn)行的關(guān)鍵?；贕PS、GPRS、自動(dòng)控制以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，大壩碾壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)[1]對(duì)大壩施工過(guò)程中碾壓參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)化、高精度監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)填筑碾壓過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)施工反饋控制，使大壩碾壓質(zhì)量始終處于真實(shí)受控狀態(tài)，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)由粗放式向精細(xì)化轉(zhuǎn)變、保證碾壓質(zhì)量具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在土石壩碾壓質(zhì)量監(jiān)控領(lǐng)域進(jìn)行了大量的相關(guān)研究。Zhong等[1-2]采用GPS、分組無(wú)線服務(wù)，研制開發(fā)了基于C/S架構(gòu)的心墻堆石壩碾壓質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)碾壓參數(shù)的二維可視化全過(guò)程、精細(xì)化實(shí)時(shí)監(jiān)控；Pradhananga等[3]基于GPS技術(shù)，提出了解決GPS定位精度誤差的測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理算法，同時(shí)設(shè)計(jì)用戶二維可視化界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控；黃聲亨等[4-5]對(duì)碾壓參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了有益的探索，采用C/S架構(gòu)研究開發(fā)了土石壩填筑碾壓實(shí)時(shí)二維可視化監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字化碾壓質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著大壩建設(shè)進(jìn)入數(shù)字大壩[6]階段，通過(guò)對(duì)大壩現(xiàn)場(chǎng)施工信息的全天候、實(shí)時(shí)在線、遠(yuǎn)程監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)大壩建設(shè)精細(xì)化控制與管理提供了科學(xué)指導(dǎo)與技術(shù)支撐。然而，數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采用二維可視化界面進(jìn)行監(jiān)控，存在著施工信息分析不夠透徹、可視化和反饋控制水平低的不足[7]。針對(duì)上述問(wèn)題，基于3DGIS平臺(tái)，鐘登華等[8]研發(fā)了采用C/S架構(gòu)的心墻堆石壩施工過(guò)程信息三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)施工信息動(dòng)態(tài)可視化集成和直觀展示。上述土石壩碾壓監(jiān)控系統(tǒng)均采用C/S架構(gòu)，存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)碾壓施工信息快速查詢與跨平臺(tái)共享的問(wèn)題[9]。B/S架構(gòu)具有良好的跨平臺(tái)性、簡(jiǎn)單方便的擴(kuò)展性、易于維護(hù)和開發(fā)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸取代C/S架構(gòu)成為系統(tǒng)研發(fā)的主流。姜佩奇等[9]構(gòu)建了基于B/S架構(gòu)的土石壩碾壓監(jiān)控可視化系統(tǒng)，克服了C/S架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)施工信息快速查詢與共享的問(wèn)題；基于建筑信息模型和WebGL技術(shù)，劉東海等[10]基于B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了輸水工程安全監(jiān)測(cè)信息集成與Web環(huán)境可視化。此外，姜佩奇[11]通過(guò)土石壩現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證了采用B/S架構(gòu)搭建系統(tǒng)的實(shí)用性。

現(xiàn)有的基于B/S架構(gòu)的碾壓監(jiān)控系統(tǒng)Web平臺(tái)研究局限于二維圖形或者小場(chǎng)景模型，而大型水利工程場(chǎng)景大規(guī)模三維模型具有精細(xì)程度高、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)[12]，因此在Web端存在模型加載速度慢、內(nèi)存易溢出問(wèn)題。如何解決大規(guī)模模型在Web端的快速、流暢加載是一個(gè)亟待解決的難題。多細(xì)節(jié)層次(level of detail，LOD)技術(shù)[13-14]具有能降低模型復(fù)雜度、提高三維數(shù)據(jù)繪制效率等優(yōu)點(diǎn)，在模型加載領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。LOD技術(shù)通過(guò)在內(nèi)存中加載全部多細(xì)節(jié)層次模型，有效提高了渲染效率，但需要更高的內(nèi)存容量[15]。為提高三維模型加載的流暢度，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)[14-18]，其中宋卓榮等[17-18]使用分塊加載的策略根據(jù)視點(diǎn)移動(dòng)情況動(dòng)態(tài)加載三維模塊，能夠有效提升模型加載漫游流暢度。此外，通過(guò)三維模型對(duì)填筑施工信息進(jìn)行展示的方式還存在人機(jī)交互差、無(wú)法對(duì)真實(shí)施工場(chǎng)景進(jìn)行直觀監(jiān)控等不足，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(augmented reality，AR)[19]技術(shù)能夠給用戶提供一種新的用戶界面和人機(jī)交互方式，采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)水利工程施工進(jìn)度進(jìn)行可視化仿真[20-21]使得大壩仿真過(guò)程更直觀與便捷，能有效提高可視化水平。

針對(duì)目前土石壩碾壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)存在可視化水平和反饋控制水平低，C/S架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)碾壓狀態(tài)跨平臺(tái)快速查詢與共享，基于B/S架構(gòu)的三維可視化模型數(shù)據(jù)量過(guò)大易導(dǎo)致加載卡頓、速度慢、交互友好性差等不足，本文依托王佳俊[22]提出的智能監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建了一套基于B/S架構(gòu)耦合分級(jí)加載機(jī)制和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在Web平臺(tái)上對(duì)三維可視化模型與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境下施工過(guò)程信息的直觀展示。

1 土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 基于LOD的模型分級(jí)加載機(jī)制

隨著大壩填筑規(guī)模不斷增大，通過(guò)傾斜攝影技術(shù)、3D max等構(gòu)建的水利工程三維模型的建模精度不斷提高，其點(diǎn)云的密度和模型紋理數(shù)據(jù)量占用內(nèi)存極高[18]，在Web端加載模型時(shí)極易出現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)存不足、加載緩慢卡頓、模型切換時(shí)跳躍模糊等一系列問(wèn)題。本文采用LOD技術(shù)降低模型的復(fù)雜度，提高三維數(shù)據(jù)的繪制效率，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)景模型實(shí)時(shí)流暢加載。LOD技術(shù)通過(guò)生成場(chǎng)景的不同細(xì)節(jié)層次模型，在相機(jī)距離不同的情況下，顯示不同細(xì)節(jié)層次的模型，從而提高渲染效率。由于水利工程三維模型數(shù)據(jù)量巨大，直接使用LOD技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載時(shí)，界面往往無(wú)法一次性載入整個(gè)多細(xì)節(jié)層次模型，需要使用分塊加載的策略根據(jù)視點(diǎn)移動(dòng)情況動(dòng)態(tài)加載三維模塊，使運(yùn)行內(nèi)存和運(yùn)算量始終保持在較低水平，以保證Web平臺(tái)能夠流暢地運(yùn)行。模型具體加載流程如圖1所示。

圖1 基于LOD的土石壩工程大規(guī)模模型在Web中快速加載流程Fig.1 Flow chart of fast loading for the large scale model of earth-rock dam project in Web based on LOD

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的土石壩碾壓施工可視化技術(shù)能夠?qū)⑻摂M的土石壩模型和施工過(guò)程信息疊加到實(shí)際施工碾壓場(chǎng)景對(duì)應(yīng)位置。采用視頻透視式注冊(cè)形式實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分全球定位系統(tǒng)(real-time kinematic difference-GPS，RTK-GPS)和慣性測(cè)量單元(inertial measurement unit，IMU)虛擬相機(jī)三維注冊(cè)，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬模型和信息疊加在相機(jī)實(shí)時(shí)采集圖像的對(duì)應(yīng)像素中?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的土石壩碾壓施工可視化主要流程如下：①利用RTK-GPS與IMU相結(jié)合的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方式，將經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波器濾波處理的(x，y，z，θ，φ，ω)6個(gè)空間真實(shí)參數(shù)實(shí)時(shí)傳遞給虛擬相機(jī)，完成相機(jī)的三維注冊(cè)；②在同一大壩坐標(biāo)系下，經(jīng)過(guò)虛實(shí)點(diǎn)的融合獲得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的成像；③將大壩模型和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)土石壩信息交互，達(dá)到土石壩碾壓施工進(jìn)度可視化交互的目的?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的土石壩碾壓施工可視化技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的土石壩碾壓施工可視化技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Visualization technology architecture of rolling construction of earth-rock dam based on augmented reality

1.3 基于B/S架構(gòu)的Web平臺(tái)

B/S架構(gòu)是指瀏覽器(browser)和服務(wù)器(server)的交互架構(gòu)模式。相比于C/S架構(gòu)，B/S架構(gòu)具有節(jié)約本地硬件資源、支持跨平臺(tái)使用和系統(tǒng)維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。然而，B/S架構(gòu)也存在服務(wù)器任務(wù)繁重等問(wèn)題，其穩(wěn)定性面臨巨大挑戰(zhàn)；同時(shí)，瀏覽器加載的數(shù)據(jù)量有限，且請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，容易造成內(nèi)存溢出等問(wèn)題。為了克服上述問(wèn)題，在進(jìn)行土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)時(shí)，采用多細(xì)節(jié)層次分級(jí)加載的方式實(shí)現(xiàn)三維模型的加載，以維持服務(wù)端的穩(wěn)定性。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)B/S架構(gòu)Fig.3 B/S framework diagram of three-dimensional monitoring system for rolling quality of earth-rock dam

應(yīng)用WebSocket技術(shù)[9,11]解決傳統(tǒng)傳輸方式存在對(duì)服務(wù)器配置要求高、資源量大、頁(yè)面需要持續(xù)處于刷新狀態(tài)以及處理并發(fā)問(wèn)題時(shí)資源消耗極大等問(wèn)題。從圖3可知，壩面碾壓施工信息由局域網(wǎng)絡(luò)或廣域網(wǎng)絡(luò)傳遞，傳遞通信機(jī)制均采用套接字(Socket)。后端Web服務(wù)器和業(yè)務(wù)邏輯處理系統(tǒng)通過(guò)Transact-SQL機(jī)制與數(shù)據(jù)庫(kù)交互。前端在接收數(shù)據(jù)錄入并完成數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)之后，對(duì)后端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求。JSON和XML是前后端交互的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可與JavaScript對(duì)象進(jìn)行置換。

1.4 基于智能算法的壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

基于碾壓監(jiān)控技術(shù)[2]，并采用王佳俊[22]研發(fā)的智

能監(jiān)控系統(tǒng)獲取料源參數(shù)信息、環(huán)境參數(shù)信息和碾壓參數(shù)信息等多源異構(gòu)信息，采用混合智能算法[23]對(duì)碾壓質(zhì)量影響參數(shù)和壓實(shí)度之間的關(guān)系進(jìn)行擬合建模，將建立的碾壓質(zhì)量評(píng)價(jià)模型嵌入智慧大壩Web平臺(tái)，將碾壓參數(shù)、料源參數(shù)和振動(dòng)特性參數(shù)實(shí)時(shí)輸入智能評(píng)價(jià)模型，對(duì)倉(cāng)面壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行高效智能預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)壓實(shí)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)，進(jìn)而可視化展示壓實(shí)質(zhì)量，用于輔助管理人員制定合理有效的反饋控制措施。

1.5 基于B/S架構(gòu)耦合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控方法

基于B/S架構(gòu)耦合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在Web平臺(tái)實(shí)現(xiàn)土石壩填筑碾壓信息三維智能監(jiān)控的具體過(guò)程如下：

a.構(gòu)建土石壩施工精細(xì)模型。在Unity3D軟件中建立碾壓機(jī)模型，將碾壓機(jī)的坐標(biāo)和航向角數(shù)據(jù)通過(guò)腳本實(shí)時(shí)賦給碾壓機(jī)，使得三維場(chǎng)景中的碾壓機(jī)位姿與真實(shí)場(chǎng)景中碾壓機(jī)的位姿實(shí)時(shí)同步。

b.倉(cāng)面編號(hào)。按照特定編號(hào)模式對(duì)不同倉(cāng)面進(jìn)行編號(hào)，再利用數(shù)據(jù)庫(kù)和可視化技術(shù)，將上述信息與施工作業(yè)面圖像一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)在Web平臺(tái)根據(jù)倉(cāng)面編號(hào)查詢倉(cāng)面對(duì)應(yīng)圖像信息及其包含的碾壓參數(shù)、料源參數(shù)等施工過(guò)程信息和環(huán)境信息的功能。

c.信息展示。按照模塊對(duì)信息進(jìn)行區(qū)分展示，即在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)界面設(shè)置不同按鈕，分別代表實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻、料源參數(shù)信息、環(huán)境參數(shù)信息、碾壓參數(shù)信息和碾壓質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果信息等。

d.場(chǎng)景渲染?；赪ebGL技術(shù)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行選擇性渲染，如選擇性渲染現(xiàn)場(chǎng)碾壓機(jī)壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果云圖，可實(shí)現(xiàn)壓實(shí)質(zhì)量云圖和實(shí)景畫面的疊加。隨后，通過(guò)調(diào)用工業(yè)相機(jī)攝像頭將上述虛擬模型及附屬信息實(shí)時(shí)地疊加在施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面上，以提高施工過(guò)程信息可視化的水平，并基于B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)Web瀏覽器跨平臺(tái)的交互分析。

可視化模塊集成的信息主要包括倉(cāng)面的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻、料源參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、碾壓參數(shù)和碾壓質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果等。具體監(jiān)控流程如圖4所示。

圖4 基于B/S架構(gòu)的土石壩碾壓信息三維智能監(jiān)控流程Fig.4 Three-dimensional intelligent monitoring process of rolling information of earth-rock dam under B/S framework

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 工程簡(jiǎn)介

以我國(guó)藏區(qū)綜合規(guī)模最大的水電站——兩河口水電站施工為例進(jìn)行應(yīng)用分析。兩河口水電站是礫石土心墻堆石壩，壩頂高程2 875.00 m，最大壩高295.0 m，其建設(shè)難度位居世界前列，質(zhì)量控制難度極大。應(yīng)用基于B/S架構(gòu)耦合分級(jí)加載機(jī)制和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建了兩河口水電站施工建設(shè)管理系統(tǒng)，對(duì)大壩填筑施工進(jìn)行智能管理。

2.2 系統(tǒng)功能與模塊

2.2.1 跨平臺(tái)應(yīng)用功能

采用B/S架構(gòu)，施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員在內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下不僅能夠在計(jì)算機(jī)上采用Web瀏覽器對(duì)指定的地址進(jìn)行訪問(wèn)，同時(shí)能夠通過(guò)平板等移動(dòng)設(shè)備獲取系統(tǒng)信息，實(shí)現(xiàn)信息跨平臺(tái)應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)C/S架構(gòu)信息孤島、共享能力弱的問(wèn)題，可滿足復(fù)雜倉(cāng)面施工管理工作中的移動(dòng)辦公、現(xiàn)場(chǎng)辦公需求，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，降低了系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)難度，便于操作和使用。

2.2.2 分級(jí)加載功能

應(yīng)用Web平臺(tái)下多細(xì)節(jié)分塊分級(jí)加載策略，在進(jìn)行三維模型漫游時(shí)，以低細(xì)節(jié)層次模型為背景，并且根據(jù)視點(diǎn)實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的模型位置信息，采用九宮格方式動(dòng)態(tài)加載相應(yīng)高細(xì)節(jié)層次模塊，同時(shí)采用協(xié)同程序與異步加載的方法解決多個(gè)高細(xì)節(jié)層次模塊同時(shí)加載所引起的模型加載卡頓問(wèn)題。如圖5所示，三維模型漫游界面中大壩壩體以及石料場(chǎng)可視化精度為高細(xì)節(jié)層次，而旁邊的山體等背景為低細(xì)節(jié)層次。

圖5 土石壩三維模型漫游界面Fig.5 Roaming interface diagram of 3D model of earth-rock dam

2.2.3 可視化界面功能

基于多源異構(gòu)信息集成技術(shù)、Web平臺(tái)技術(shù)、三維可視化以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在Web平臺(tái)對(duì)施工過(guò)程信息的直觀展示和反饋，同時(shí)在各個(gè)平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)查看增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)信息的高效集成與可視化展示，提高了展示的直觀性與交互的友好性。

a.壩面碾壓施工信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示。支持不同視角快速跳轉(zhuǎn)，如俯視模式中的上游視角、下游視角、左岸視角和右岸視角，以及在三維模式中任意跳轉(zhuǎn)、拖拽和縮放等(圖6)。同時(shí)可實(shí)時(shí)智能監(jiān)控碾壓遍數(shù)、碾壓速度、高程等碾壓施工信息(圖7)。

b.壩面碾壓施工信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查詢。支持按分區(qū)、高程、倉(cāng)面等選擇條件，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息精準(zhǔn)查詢。此外，通過(guò)點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)遍數(shù)”功能按鈕，可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)觸碰處厚度信息及遍數(shù)信息的高效可視化查詢，同時(shí)，當(dāng)倉(cāng)面中因儀器埋設(shè)等原因出現(xiàn)非碾壓區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行區(qū)域黑色化處理，并記錄非碾壓原因。

c.大壩施工信息增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可視化。當(dāng)點(diǎn)擊“登錄AR”功能按鈕時(shí)，可自動(dòng)調(diào)用大壩智能監(jiān)控所用攝像頭，并通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際施工場(chǎng)景與施工信息虛實(shí)融合的沉浸式體驗(yàn)(圖8)。

d.歷史施工信息的回溯。通過(guò)點(diǎn)擊“回放按鈕”，實(shí)現(xiàn)壩面碾壓施工信息的回放，輔助系統(tǒng)使用人員理解壩面碾壓施工信息的時(shí)空分布。在信息回放過(guò)程中，界面底部顯示回放進(jìn)度條，可支持快進(jìn)、后退等操作。

圖6 土石壩三維界面視角切換Fig.6 Perspective switching diagram of 3D interface for earth-rock dam

圖7 施工倉(cāng)面智能監(jiān)控界面Fig.7 Intelligent monitoring interface of construction warehouse surface

圖8 壩面碾壓施工增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景Fig.8 Augmented reality scene of dam surface rolling construction

2.2.4 智能分析模塊

壩面碾壓信息智能分析模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)壩面碾壓質(zhì)量的智能評(píng)價(jià)以及對(duì)攤鋪高程、攤鋪厚度、碾壓高程、碾壓厚度和壓實(shí)度的三維圖形報(bào)告生成功能，因此，該子模塊具備以下兩大功能：

a.壩面碾壓施工過(guò)程中壓實(shí)質(zhì)量的高效智能評(píng)價(jià)。選擇右鍵菜單欄中的“視圖”選項(xiàng)下的“智能評(píng)價(jià)”功能，系統(tǒng)調(diào)用訓(xùn)練好的智能評(píng)價(jià)模型[23]對(duì)壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)智能評(píng)價(jià)(圖9(a))，用于輔助管理人員對(duì)壩面施工碾壓制定合理有效的反饋控制措施。

b.碾壓施工參數(shù)二維/三維圖形報(bào)告。在“查詢模式”下，通過(guò)點(diǎn)擊“圖形報(bào)告”生成按鈕，彈出圖形報(bào)告生成類型對(duì)話框，選擇二維或三維圖表類型可生成相應(yīng)的圖形報(bào)告(圖9(b))。圖形報(bào)告包括攤鋪高程、攤鋪厚度、碾壓高程、碾壓厚度以及三維壓實(shí)度圖形等信息。

圖9 壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)智能評(píng)價(jià)和圖形報(bào)告預(yù)覽Fig.9 Intelligent real-time evaluation of compaction quality and graphic report preview

2.2.5 智能控制模塊

壩面碾壓施工過(guò)程智能控制模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)壩面碾壓施工事中實(shí)時(shí)控制和事后反饋控制功能。

a.碾壓過(guò)程實(shí)時(shí)報(bào)警反饋控制。系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)碾壓速度和激振力進(jìn)行監(jiān)控，在碾壓機(jī)連續(xù)超速10 s以上或激振力連續(xù)15 m以上沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，通過(guò)自動(dòng)報(bào)警模塊通知現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)不規(guī)范施工行為進(jìn)行糾正。碾壓完成后的檢驗(yàn)指標(biāo)為碾壓遍數(shù)和壓實(shí)厚度，當(dāng)碾壓遍數(shù)合格部分的覆蓋率不足90%(心墻區(qū)和反濾料區(qū)為95%)或存在壓實(shí)厚度偏差超過(guò)要求數(shù)值的10%以上時(shí)，需立刻反饋現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行補(bǔ)碾等操作。最終系統(tǒng)會(huì)生成監(jiān)控指標(biāo)的圖形報(bào)告，基于圖形報(bào)告，可對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔和碾壓質(zhì)量評(píng)估。

b.碾壓完成后反饋控制?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓完成后反饋控制流程如下：①基于壩面碾壓信息智能分析子模塊得到二維或三維碾壓質(zhì)量報(bào)告；②根據(jù)生成的碾壓圖形報(bào)告，對(duì)碾壓遍數(shù)、碾壓速度、壓實(shí)厚度等不達(dá)標(biāo)區(qū)域采取補(bǔ)碾或相應(yīng)措施；③區(qū)別于傳統(tǒng)的采用隨機(jī)選點(diǎn)進(jìn)行試坑的試驗(yàn)方法，以二維或三維碾壓質(zhì)量報(bào)告為依托，選擇壓實(shí)度最低的位置進(jìn)行試坑試驗(yàn)，用于確認(rèn)全倉(cāng)面碾壓是否合格；④試驗(yàn)驗(yàn)證合格后，進(jìn)行收倉(cāng)操作。

2.3 應(yīng)用效果

相比已有的土石壩碾壓監(jiān)控系統(tǒng)[1-5,8-9]，本文構(gòu)建的基于B/S架構(gòu)的土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)在界面、可視化展示、碾壓質(zhì)量分析和效果控制方面都更具有優(yōu)越性，能夠達(dá)到更好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。應(yīng)用構(gòu)建的三維智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)兩河口水電站高心墻堆石壩上下游圍堰、上下游壩體堆石料、反濾料、過(guò)渡料以及礫石土心墻倉(cāng)面進(jìn)行監(jiān)控，保證了各倉(cāng)面平均碾壓達(dá)標(biāo)率達(dá)到95%以上，其中心墻區(qū)碾壓達(dá)標(biāo)率達(dá)到98%以上，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)智能填筑碾壓參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，各料種碾壓遍數(shù)保障率均為100%，為大壩主體工程填筑施工提供了重要的技術(shù)支撐?；贐/S架構(gòu)耦合分級(jí)加載機(jī)制和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)便于管理人員在Web端隨時(shí)查詢和管理各類多源異構(gòu)信息，提高了壓實(shí)作業(yè)過(guò)程的碾壓質(zhì)量智能監(jiān)控水平和管理效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前大壩碾壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)存在的可視化與反饋控制水平低且C/S架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)碾壓施工信息跨平臺(tái)查詢與共享等問(wèn)題，本文構(gòu)建了基于B/S架構(gòu)耦合分級(jí)加載機(jī)制和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息跨平臺(tái)應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)C/S架構(gòu)信息孤島、共享能力弱的問(wèn)題；基于LOD技術(shù)的分塊分級(jí)加載機(jī)制，耦合協(xié)同程序與異步加載方法，解決了B/S架構(gòu)下高細(xì)節(jié)層次模塊同時(shí)加載引起的智能監(jiān)控模型加載卡頓、內(nèi)存溢出的難題；基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碾壓施工信息與真實(shí)場(chǎng)景的虛實(shí)融合，提供了一種更直觀的碾壓施工作業(yè)智能監(jiān)控方式，可提高大壩碾壓施工反饋控制水平。兩河口水電站工程應(yīng)用結(jié)果表明，構(gòu)建的土石壩碾壓質(zhì)量三維智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效提高碾壓質(zhì)量智能監(jiān)控水平和管理效率。