一种高铁路基压实质量智能化实时评定的方法及装置

摘要

本发明公开了一种高铁路基压实质量智能化实时评定的方法及装置，该方法包括：接收布设在高铁路基内的监测点的土压力接收数据和定位坐标数据；计算定位坐标数据与设定的基准点的绝对空间坐标的相对位置关系，并建立以设定的基准点为坐标原点的相对坐标系，获取监测点的相对坐标，而后建立高铁路基的三维可视化模型并标注监测点的位置；基于土压力接收数据，计算空间主应力，并基于监测的高铁路基填料的物理参数，获取应力莫尔圆与强度线，而后监测高铁路基内的监测点在压实过程中的空间应力弹塑性变化状态。本发明提供能实时无线监测高铁路基压实过程中内部应力状态变化过程，自动定量分析监测数据并反馈高铁路基压实情况信息。

说明书

技术领域

本说明书涉及高铁路基工程领域，特别涉及一种高铁路基压实质量智能化实时评定的方法及装置。

背景技术

高铁路基的应力监测一直是岩土工程的重要监测内容之一。目前，岩土工程领域的空间应力监测大多是利用有线应变花或有线土压力盒检测高铁路基内部土压力接收数据，再手动整理、计算、分析数据，尚未形成完整的智能可视化高铁路基内部应力监测系统。

传统的高铁路基内部应力监测主要存在以下缺点：一、传统的土压力检测设备无三维可视化建模与无线定位功能，不能形象直观、准确的描述定位监测点与被监测体的相对位置关系，因此不能准确地描述高铁路基内部的实际应力状态与破坏面发展趋势。二、传统的高铁路基应力监测仍需手动处理检测数据，智能化程度低，数据处理人为误差较大，未构成完整的监测体系，不能及时反馈监测结果并对破坏状态发出警示。

发明内容

为解决上述至少一个技术问题，本说明书实施例提供了一种高铁路基压实质量智能化实时评定的方法及装置。

一方面，本说明书实施例提供的一种高铁路基压实质量智能化实时评定的方法，包括：

接收布设在所述高铁路基内的监测点的土压力接收数据和定位坐标数据；

基于所述监测点的定位坐标数据和设定的基准点的绝对空间坐标，利用空间解析几何计算所述定位坐标数据与所述设定的基准点的绝对空间坐标的相对位置关系，并建立以所述设定的基准点为坐标原点的相对坐标系，获取所述监测点的相对坐标；

基于所述相对坐标系、所述监测点的相对坐标和监测的所述高铁路基的构造参数，建立所述高铁路基的三维可视化模型，并在所述三维可视化模型上标注所述监测点的位置；

基于所述土压力接收数据，计算所述监测点空间主应力；

基于所述监测点空间主应力和监测的高铁路基填料的物理参数，获取应力莫尔圆与强度线；

基于所述应力莫尔圆与所述强度线的相对位置关系，监测所述高铁路基内的监测点在压实过程中的的空间应力弹塑性变化状态；

基于所述高铁路基内的监测点在压实过程中的空间应力弹塑性变化状态，当在同一碾压荷载作用下高铁路基应力状态不再出现塑性区时，则评定所述高铁路基在当前荷载下处于压实状态。

另一方面，本说明书实施例提供的一种高铁路基压实质量智能化实时评定的装置，包括：

应力监测装置，所述应力监测装置包括三维可视化建模模块和土压力后处理模块；

所述三维可视化建模模块，用于基于应力监测装置接收的布设在所述高铁路基内的监测点的定位坐标数据、设定的基准点的绝对空间坐标，利用空间解析几何计算所述定位坐标数据与所述设定的基准点的绝对空间坐标的相对位置关系，并建立以所述设定的基准点为坐标原点的相对坐标系，获取所述监测点的相对坐标；并基于所述相对坐标系、所述监测点的相对坐标和监测的所述高铁路基的构造参数，建立所述高铁路基的三维可视化模型，并在所述三维可视化模型上标注所述监测点的位置；

所述土压力后处理模块，用于基于应力监测装置接收的布设在所述高铁路基内的监测点的土压力接收数据，计算空间主应力，并基于所述空间主应力和监测的高铁路基填料的物理参数，获取应力莫尔圆与强度线，以及基于所述应力莫尔圆与所述强度线的相对位置关系，监测所述高铁路基内的监测点在压实过程中的空间应力弹塑性变化状态；基于所述高铁路基内的监测点在压实过程中的空间应力弹塑性变化状态，当在同一碾压荷载作用下高铁路基应力状态不再出现塑性区时，则评定所述高铁路基在当前荷载下处于压实状态。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本发明采用的高铁路基压实质量智能化实时评定的方法及装置，能实时无线监测高铁路基内部应力状态变化过程，自动定量分析监测数据并反馈高铁路基压实情况信息，极大地提高了高铁路基压实情况评定的智能化。

附图说明

图1为本说明书一些实施例的高铁路基压实质量智能化实时评定的方法的流程图。

图2为本说明书一些实施例的高铁路基压实质量智能化实时评定的的细化流程示意图。

图3为本说明书一些实施例的高铁路基监测示意图。

图4为本说明书一些实施例的高铁路基压实质量智能化实时评定的装置的组成示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

如图1至图4所示，本说明书一些实施例中提供了一种高铁路基压实质量智能化实时评定的方法，该方法包括以下步骤:

S102、接收布设在所述高铁路基内的监测点的土压力接收数据和定位坐标数据；

S104、基于所述监测点的定位坐标数据和设定的基准点的绝对空间坐标，利用空间解析几何计算所述定位坐标数据与所述设定的基准点的绝对空间坐标的相对位置关系，并建立以所述设定的基准点为坐标原点的相对坐标系，获取所述监测点的相对坐标；

S106、基于所述相对坐标系、所述监测点的相对坐标和监测的所述高铁路基的构造参数，建立所述高铁路基的三维可视化模型，并在所述三维可视化模型上标注所述监测点的位置；

S108、基于所述土压力接收数据，计算所述监测点空间主应力；基于所述空间主应力和检测的所述高铁路基填料的物理参数，获取应力莫尔圆与强度线；

S110、基于所述应力莫尔圆与所述强度线的相对位置关系，监测所述高铁路基内的监测点在压实过程中的空间应力弹塑性变化状态;

S112、基于所述高铁路基内的监测点在压实过程中的空间应力弹塑性变化状态，当在同一碾压荷载作用下高铁路基应力状态不再出现塑性区时，则评定所述高铁路基在当前荷载下处于压实状态。

在本实施例中，通过对监测数据的三维可视化建模与自动存储、计算、分析功能，提高了高铁路基压实监测过程的智能化，解决了相关技术中存在的仍需手动处理检测数据，智能化程度低，数据处理人为误差较大的问题，而且可以形象直观、准确的描述定位监测点与被监测高铁路基的相对位置关系。

在本说明书一些实施例中，基于土压力接收数据，计算空间主应力，具体为，基于 公式

在本说明书一些实施例中，高铁路基填料的物理参数包括粘聚力C和内摩擦角φ。

在本说明书一些实施例中，基于监测到的高铁路基内的监测点的空间应力弹塑性状态，判断监测点是否处于塑性区状态，若监测点处于塑性区状态，则以作为未压实指示信号的第一标志进行标识；若监测点不处于塑性区状态，则以作为压实指示信号的第二标志进行标识。在本实施例中，解决了相关技术中不能及时反馈监测结果并对压实状态发出指示的问题。在本实施例中，第一标志和第二标志可以通过信号灯的颜色进行区别，比如，若处于塑性区则接通红色信号灯线路，否则接通绿色信号灯线路。

在本说明书一些实施例中，基于无线压力检测与定位装置的无线压力传感器和无线定位模块，分别检测监测点的土压力接收数据和定位坐标数据，并将土压力接收数据和定位坐标数据转换为电信号以无线电波形式发送给无线数据采集装置，以使无线数据采集装置接收无线电波形式的电信号并将无线电波形式的电信号转换为数字信号后发送给应力监测装置，用于应力监测装置将数字信号中的土压力接收数据和定位坐标数据进行分离后分别处理，以获取在三维可视化模型上的监测点的空间应力弹塑性状态。在本实施例中，基于无线信号传输和无线定位功能，可以远距离实时准确的监测高铁路基内部空间应力变化状态，结合对前述实施例中描述的针对监测数据的三维可视化建模与自动存储、计算、分析、警示功能，可以形成一套完整的无线高铁路基内部空间应力可视化监测系统。

在本说明书一些实施例中，将土压力接收数据和定位坐标数据转换为电信号以无线电波形式发送给无线数据采集装置，具体为，基于无线压力检测与定位装置的中央微处理器，将土压力接收数据和定位坐标数据转换为电信号；并基于无线压力检测与定位装置的信号发送模块，以无线电波形式将电信号发送给无线数据采集装置。

在本说明书一些实施例中，无线数据采集装置接收无线电波形式的电信号并将无线电波形式的电信号转换为数字信号后发送给应力监测装置，具体为，基于无线数据采集装置的无线信号接收器，接收无线电波形式的电信号；基于无线数据采集装置的模数转换模块，将接收的无线电波形式的电信号转换为数字信号。

另一方面，本说明书一些实施例还提供了一种高铁路基压实质量智能化实时评定的装置，包括应力监测装置，应力监测装置包括三维可视化建模模块和土压力后处理模块；三维可视化建模模块用于基于应力监测装置接收的布设在高铁路基内的监测点的定位坐标数据、设定的基准点的绝对空间坐标，利用空间解析几何计算定位坐标数据与设定的基准点的绝对空间坐标的相对位置关系，并建立以设定的基准点为坐标原点的相对坐标系，获取监测点的相对坐标；并基于相对坐标系、监测点的相对坐标和监测的高铁路基的构造参数，建立高铁路基的三维可视化模型，并在三维可视化模型上标注监测点的位置；土压力后处理模块用于基于应力监测装置接收的布设在高铁路基内的监测点的土压力接收数据，计算空间主应力，并基于空间主应力和监测的高铁路基填料的物理参数，获取应力莫尔圆与强度线，以及基于应力莫尔圆与强度线的相对位置关系，监测路基内的监测点的空间应力弹塑性状态变化过程，根据路基内部空间应力状态趋于稳定弹性状态时评定路基处于压实状态。

如图4所示，在本说明书一些实施例中，还可以包括，无线压力检测与定位装置；无线数据采集装置；无线压力检测与定位装置用于检测监测点的土压力接收数据和定位坐标数据，并将土压力接收数据和定位坐标数据转换为电信号以无线电波形式发送给无线数据采集装置；无线数据采集装置用于接收无线电波形式的电信号并将无线电波形式的电信号转换为数字信号后发送给应力监测装置，图4中的箭头可以表示土压力接收数据和定位坐标数据的传输方向。

在本说明书一些实施例中，无线压力检测与定位装置，包括无线压力传感器、无线定位模块、中央微处理器和信号发送模块；无线压力传感器和无线定位模块分别用于检测监测点的土压力接收数据和定位坐标数据；中央微处理器用于将土压力接收数据和定位坐标数据转换为电信号；信号发送模块用于以无线电波形式将电信号发送给无线数据采集装置。无线数据采集装置，包括无线信号接收器和模数转换模块；无线信号接收器用于接收无线电波形式的电信号；模数转换模块用于将接收的无线电波形式的电信号转换为数字信号。

图2也结合土压力盒的具体形式介绍了本发明一些实施例的应力状态监测流程，通过土压力盒检测土压力信号和定位信号，而后无线传输至信号处理器，并由信号处理器传输后，对主应力状态进行计算，并结合包括粘聚力C、内摩擦角φ在内的路基填料的物理参数，绘制对应的应力圆与强度线，完成数据存储，并基于对监测点的弹塑性状态的判断，进而对路基压实情况进行判断，并可以通过信号灯发出对应的提示信号。

在本说明书一些实施例中，无线压力检测与定位装置，包括无线三维土压力盒，无线三维土压力盒，还包括等棱十二面体基座；基座的棱长为10.2mm，基座共有6对不同方向的截面；无线压力传感器安装在基座的6个不同方向截面上，无线定位模块、中央微处理器、信号发送模块均内嵌在基座的内部。

本实施例中，等棱十二面体基座的空间构造确定了无线三维土压力盒的主应力监测精度高于常规土压力盒。举例来说，假定常规一维土压力盒的误差为1.0∆，无线三维土压力盒的主应力监测误差为1.0∆，切应力监测误差为0，则平均监测误差为0.5∆。

在本说明书一些实施例中，无线压力传感器可以安装在等棱十二面体基座的六个不同方向截面上，即第一截面、第二截面、第三截面、第四截面、第五截面、第六截面。

以高铁路基为例，对本发明实施例的方案进行详细介绍如下：

设置边坡模型构造尺寸为底面a×b、顶面c×b、高为d，可以将5个无线三维土压力盒埋置于高铁路基中，并依次编号为1~5号。

在三维可视化建模模块的界面输入模型构造尺寸a、b、c、d与模型底面中心坐标（x

前述5个无线三维土压力盒检测到土压力接收数据与定位坐标数据后，经中央微处理器处理，由信号发送模块发出。前述土压力接收数据与前述定位坐标数据如下：

P

无线数据采集装置接收到无线三维土压力盒发出的电信号，将其转换成数据信号后传输给应力监测装置，而后应力监测装置可以分离土压力接收数据与定位坐标数据，三维可视化建模模块可以选取模型底面中线点为坐标原点建立相对坐标系，进而计算各监测点的相对坐标。土压力后处理模块可以计算各监测点主应力。监测点的相对坐标与主应力如下：

（x´

图3展示了岩土体内部空间应力状态无线监测系统V1.0的界面，位于图3中上部的图展示了试验传感器的布置情况，位于图3中下部的图展示了试验结果，其中，试验结果分为正常和破坏两大类，若试验结果为正常，则表示试验传感器所处的监测点处于压实状态，若试验结果为破坏，则表示试验传感器所处的监测点处于未压实状态。图3中右侧显示了每个试验传感器的监测到的压力的当前值和标准值。

从图3中的实验结果可以直观确定地看出，P4、P5两个监测点监测到的压力的当前值大于标准值，处于塑性状态即未压实状态，因此，图3中P4、P5两个监测点被标识为破坏，而P1、P2、P3这三个监测点监测到的压力的当前值小于标准值，处于弹性状态即压实状态，因此，图3中P1、P2、P3这三个监测点被标识为正常。

综上，本发明可以利用三维土压力盒无线信号传输、无线定位功能，远距离实时准确的监测高铁路基内部空间应力变化状态，利用后处理程序对监测数据的三维可视化建模与自动存储、计算、分析、警示功能，形成一套完整的无线高铁路基内部空间应力可视化监测系统，极大地提高了路基压实监测过程的智能化。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。本发明是参照根据本发明实施例的方法的流程图和/或方框图来描述的。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。以上仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。