重力式码头桩基施工远程监测与分析装置技术领域
本发明涉及桩基施工特别是重力式码头桩基施工监测领域，具体而言涉及一种重
力式码头桩基施工远程监测与分析装置。
背景技术
近年来，由于水运市场船舶向大型化发展的需求，重力式码头建设向大型、深水化
发展的速度越来越快，且建设工期要求紧迫，随之而来的是在施工中出现了若干过去表现
不明显，而现在表现非常明显的质量问题，其中比较重要的就是码头桩基的施工问题的现
场监测。
传统的监测基本上都是通过人工和主观判断的方式来实现，则过分依赖于施工人
员和检测人员的主观能力和经验积累，而且现场施工环境恶劣，对检测人员容易造成不良
影响，造成误判和监测不及时的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种重力式码头桩基施工远程监测与分析装置，是一种具有
监测、采集、分析数据功能的重力式码头桩基施工的远程监测与预警装置的集成开发，通过
软硬件结合的方式实现实时数据监测，数据通过远距离传送，在办公室即可了解施工现场
每个桩基的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速、施工位置等指标等实时数据。用本系
统后，通过对桩基施工过程中信息参数的实时监测与数据分析，实现对具有施工风险的桩
基做出出有效及时的预警控制，提高施工效率和质量。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有
利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的，本发明提出一种重力式码头桩基施工远程监测与分析装置，包
括变压器、控制模块、施工现场环境信息采集模块、显示模块、储存模块、信号传输模块和定
位模块，控制模块分别与施工现场环境信息数据采集模块、显示模块、信号传输模块、定位
模块、存储模块连接，控制各模块的运行，并实现对施工现场环境信息采集模块所采集信号
的处理和分析，其中：
施工现场环境信息采集模块与控制模块连接，用于采集桩基施工的现场参数，包
括：当前水下深度、水下地形、桩基位置；
变压器为重力式码头桩基施工远程监测与分析装置的电压调节模块，与控制模块
连接，用于为控制模块、显示模块、道路环境信息采集模块、信号传输模块、定位模块提供工
作电压供应；
信号传输模块与现场数据采集传感器以及储存模块分别连接，作为对外通信模
块，在控制模块的控制下通过向外界通过移动基站传输编码信息、短信信息，实现与云端服
务器和远程监测客户端的通信，并将传输的数据传输到储存模块；
定位模块与控制模块及储存模块分别连接，作为当前地理位置信息及时间采集模
块，通过控制模块发送指令以一定时间间隔实时获取卫星广播信息，控制模块将获取的卫
星信息解码获取当前装置经纬度和时间信息，通过信号传输模块向外界传输，实现对桩基
位置的定位；
储存模块用以接受信号传输模块与现场数据采集传感器所传送的数据信息，并将
数据存储下来；
显示模块与控制模块连接，由控制模块控制接受现场数据信息采集传感器检测的
信息，并将这些信息实时显示出来。
进一步的实施例中，所述控制模块采用单片机或者PLC工业控制器实现；所述现场
数据信息采集模块包括现场数据采集传感器，由双频GPS定位仪、测深仪、深度传感器、密度
传感器以及流量传感器；所述显示模块由TFT液晶触屏模块实现；通信模块采用GSM通讯模
块实现。
进一步的实施例中，所述存储模块采用基于互联网的数据中心服务器以及本地储
存设备共同实现。
进一步逇实施例中，该装置还包括一与控制模块连接的计算机处理装置，该计算
机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元，其中：
所述控制模块通过接口单元提供的USB接口与计算机处理装置连接，实现计算机
处理装置与控制模块之间的通信；控制模块通过接口单元提供的RS232接口与现场数据采
集传感器装置连接，实现施工现场数据采集传感器装置与控制模块之间的通信；
操作面板以按钮形式实现，用以实现控制模块装置的数据清理、重新启动、电源通
断以及对前述环境信息传感器的调试操作指令；
指示单元用以监控上述现场监测的施工信息采集模块、控制模块、储存模块、信号
传输模块和定位模块，例如各传感器是否工作正常，通信模块信息传输是否正常等，并表征
给用户，例如可通过指示灯或者文本框的形式显示工作状态。
进一步的实施例中，所述控制模块被设置用于控制施工现场环境信息数据采集模
块、显示模块、信号传输模块、定位模块、存储模块的运行，并实现对施工现场环境信息采集
模块所采集信号的处理和分析，具体包括：
步骤S01：通过施工现场数据采集传感器装置采集施工现场的环境变量相关信息，
包括水下深度H0、桩基深度H1、泥浆流速V1、泥浆相对密度P1、以及桩基位置S1；
步骤S02：对步骤S01获取的数据进行数据帧编码，编码算法分为数据开始采集帧
编码、数据采集帧编码以及数据结束采集帧编码三个部分；
步骤S03：控制模块将环境变量采集数据帧转换为数据包的格式发送，数据包的形
式为：首先按照数据类型标示把同类型的数据帧归集到一起，然后按照时间顺序识别出数
据开始标示和数据结束标示，将数据开始标识、数据结束标识以及两者之间出现的数据采
集帧组成的一个数据帧序列，就作为一个数据包；
步骤S04：控制模块读取施工现场的环境变量采集装置数据包后将信息传输至储
存模块及信号传输模块，进行本地数据储存以及远程信息传输；
步骤S05：信号传输模块通过无线传输的方式，将现场采集到的数据传输到远程中
心服务器。
根据本发明的实施例，还提出一种重力式码头桩基施工远程监测与分析方法，包
括：
步骤S01：通过施工现场数据采集传感器装置采集施工现场的环境变量相关信息，
包括水下深度H0、桩基深度H1、泥浆流速V1、泥浆相对密度P1、以及桩基位置S1；
步骤S02：对步骤S01获取的数据进行数据帧编码，编码算法分为数据开始采集帧
编码、数据采集帧编码以及数据结束采集帧编码三个部分；
步骤S03：控制模块将环境变量采集数据帧转换为数据包的格式发送，数据包的形
式为：首先按照数据类型标示把同类型的数据帧归集到一起，然后按照时间顺序识别出数
据开始标示和数据结束标示，将数据开始标识、数据结束标识以及两者之间出现的数据采
集帧组成的一个数据帧序列，就作为一个数据包；
步骤S04：控制模块读取施工现场的环境变量采集装置数据包后将信息传输至储
存模块及信号传输模块，进行本地数据储存以及远程信息传输；
步骤S05：信号传输模块通过无线传输的方式，将现场采集到的数据传输到远程中
心服务器；
步骤S06：远程读取各个监测施工现场的各种环境参数数据包，中心服务器的理程
序将得到的施工现场信息参数数据包进行解码和排序，计算出当前的施工的泥浆量NL＝
V1*P1，并将数据写入云端数据库；
步骤S07：使用手机、pc端或者本设备，通过互联网访问中心服务器，远程读取施工
现场重力式码头桩基施工时的各种参数，实时读取云端数据库数据，利用施工情况评估模
型对当前每个桩基的施工情况进行评估；
步骤S08：将得到的重力式码头桩基施工情况及水下土层情况进行数据整理，对每
个桩基的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速、施工位置指标形成表进行保存，并对存
在现场施工问题的桩基按照风险等级进行远程预警；对所有数据整合后，生成桩基施工报
表，准确记录施工桩基的过程中实时的位置、深度、流量、垂直度、密度参数，作为监控人员
评定各桩施工质量的依据。
本发明所提出的技术方案从重力式码头桩基施工的远程监测与预警出发，结合当
前重力式码头桩基施工远程监测不全面，且数据传输不及时的情况，提出了一种具有监测、
采集、分析数据功能的重力式码头桩基施工的远程监测与预警装置的集成开发，通过软硬
件结合的方式实现实时数据监测。数据通过远距离传送，在办公室即可了解施工现场每个
桩基的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速、施工位置等指标等实时数据。用本系统
后，通过对桩基施工过程中信息参数的实时监测与数据分析，实现对具有施工风险的桩基
做出出有效及时的预警控制，提高施工效率和质量。
由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：
(1)提高施工效率。目前重力式码头桩基施工存在的各种问题严重影响了正常的
施工效率，对施工过程的不了解导致很多时候无法对症下药。本发明通过桩基施工处理监
控与分析系统对施工现场信息的全面了解，可以使极大提高及保障有效的施工效率。
(2)节约施工成本。桩基施工过程中混泥土浆的灌注容易形成浪费，以及为了实施
管理而投入的巨大人力物力财力，却往往形成管理得不到有效实施，同时造成资源的巨大
浪费，最终归结于施工成本居高不下，很多施工企业利润极低甚至亏损。同样，通过本系统
对施工细节的监控，可以做到材料用量、施工工程量、管理人员的有效使用，节约施工成本。
(3)为后续施工提供可靠依据。现阶段重力式码头桩基施工的不系统，直接造成了
施工质量的不可靠性，对后续施工带来很大影响。本发明建立了整套的监测系统后，施工质
量能够得到有效保障，后续施工得以正常进行。
(4)便于有效管理。在从业人员素质与专业水平难以快速提高的背景下，本发明通
过构建地基处理监控与分析系统，可以实时、有效、全面的了解、监测、控制施工过程中出现
的问题，做到对施工细节的全面把握，从而大大提高管理水平。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这
样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保
护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实
施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面
的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组
成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。
现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是根据本发明某些实施例的重力式码头桩基施工远程监测与分析装置的示意
图。
图2、图3和图4分别是编码算法中数据开始采集帧编码、数据采集帧编码以及数据
结束帧编码的格式示意图。
图5、图6、图7、图8和图9分别是水深数据包、桩基深度数据包、泥浆深度数据包、泥
浆密度数据包、桩基位置数据包的格式示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。
本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实
施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实
施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一
些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1所示，根据本发明的实施例，一种重力式码头桩基施工远程监测与分析装
置，包括变压器、控制模块、施工现场环境信息采集模块、显示模块、储存模块、信号传输模
块和定位模块，控制模块分别与施工现场环境信息数据采集模块、显示模块、信号传输模
块、定位模块、存储模块连接，控制各模块的运行，并实现对施工现场环境信息采集模块所
采集信号的处理和分析。
施工现场环境信息采集模块与控制模块连接，用于采集桩基施工的现场参数，包
括：当前水下深度、水下地形、桩基位置。
变压器为重力式码头桩基施工远程监测与分析装置的电压调节模块，与控制模块
连接，用于为控制模块、显示模块、道路环境信息采集模块、信号传输模块、定位模块提供工
作电压供应。
信号传输模块与现场数据采集传感器以及储存模块分别连接，作为对外通信模
块，在控制模块的控制下通过向外界通过移动基站传输编码信息、短信信息，实现与云端服
务器和远程监测客户端的通信，并将传输的数据传输到储存模块。
定位模块与控制模块及储存模块分别连接，作为当前地理位置信息及时间采集模
块，通过控制模块发送指令以一定时间间隔实时获取卫星广播信息，控制模块将获取的卫
星信息解码获取当前装置经纬度和时间信息，通过信号传输模块向外界传输，实现对桩基
位置的定位。
储存模块用以接受信号传输模块与现场数据采集传感器所传送的数据信息，并将
数据存储下来。
显示模块与控制模块连接，由控制模块控制接受现场数据信息采集传感器检测的
信息，并将这些信息实时显示出来。
在前述的例子中，所述控制模块采用单片机或者PLC工业控制器实现；所述现场数
据信息采集模块包括现场数据采集传感器，由双频GPS定位仪、测深仪、深度传感器、密度传
感器以及流量传感器；所述显示模块由TFT液晶触屏模块实现；通信模块采用GSM通讯模块
实现。
在前述的例子中，所述存储模块采用基于互联网的数据中心服务器以及本地储存
设备共同实现。
在前述的例子中，该装置还包括一与控制模块连接的计算机处理装置，该计算机
处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元，其中：
所述控制模块通过接口单元提供的USB接口与计算机处理装置连接，实现计算机
处理装置与控制模块之间的通信；控制模块通过接口单元提供的RS232接口与现场数据采
集传感器装置连接，实现施工现场数据采集传感器装置与控制模块之间的通信；
操作面板以按钮形式实现，用以实现控制模块装置的数据清理、重新启动、电源通
断以及对前述环境信息传感器的调试操作指令；
指示单元用以监控上述现场监测的施工现场数据采集模块、控制模块、储存模块、
信号传输模块和定位模块的状态，并表征给用户。
在前述的例子中，所述控制模块被设置用于控制施工现场环境信息数据采集模
块、显示模块、信号传输模块、定位模块、存储模块的运行，并实现对施工现场环境信息采集
模块所采集信号的处理和分析，具体包括：
步骤S01：通过施工现场数据采集传感器装置采集施工现场的环境变量相关信息，
包括水下深度H0、桩基深度H1、泥浆流速V1、泥浆相对密度P1、以及桩基位置S1；
步骤S02：对步骤S01获取的数据进行数据帧编码，编码算法分为数据开始采集帧
编码、数据采集帧编码以及数据结束采集帧编码三个部分；
步骤S03：控制模块将环境变量采集数据帧转换为数据包的格式发送，数据包的形
式为：首先按照数据类型标示把同类型的数据帧归集到一起，然后按照时间顺序识别出数
据开始标示和数据结束标示，将数据开始标识、数据结束标识以及两者之间出现的数据采
集帧组成的一个数据帧序列，就作为一个数据包；
步骤S04：控制模块读取施工现场的环境变量采集装置数据包后将信息传输至储
存模块及信号传输模块，进行本地数据储存以及远程信息传输；
步骤S05：信号传输模块通过无线传输的方式，将现场采集到的数据传输到远程中
心服务器。
在一些具体的例子中，前述编码算法的三部分：数据开始采集帧编码、数据采集帧
编码以及数据结束采集帧编码，具体实现格式如下：
(1)数据开始采集帧编码，格式如图2所示。
(2)数据采集帧编码，格式如图3所示。
(3)数据结束帧编码，格式如图4所示。
在一些可选的例子中，前述数据包，格式类型如下：
(1)水深数据包，格式如图5所示。
(2)桩基深度数据包，格式如图6所示。
(3)泥浆深度数据包，格式如图7所示。
(4)泥浆密度数据包，格式如图8所示。
(5)桩基位置数据包，格式如图9所示。
结合前述实施例，本发明还提出利用前述重力式码头桩基施工远程监测与分析装
置(尤其是如图1所示的例子)实现的一种重力式码头桩基施工远程监测与分析方法，包括：
步骤S01：通过施工现场数据采集传感器装置采集施工现场的环境变量相关信息，
包括水下深度H0、桩基深度H1、泥浆流速V1、泥浆相对密度P1、以及桩基位置S1；
步骤S02：对步骤S01获取的数据进行数据帧编码，编码算法分为数据开始采集帧
编码、数据采集帧编码以及数据结束采集帧编码三个部分；
步骤S03：控制模块将环境变量采集数据帧转换为数据包的格式发送，数据包的形
式为：首先按照数据类型标示把同类型的数据帧归集到一起，然后按照时间顺序识别出数
据开始标示和数据结束标示，将数据开始标识、数据结束标识以及两者之间出现的数据采
集帧组成的一个数据帧序列，就作为一个数据包；
步骤S04：控制模块读取施工现场的环境变量采集装置数据包后将信息传输至储
存模块及信号传输模块，进行本地数据储存以及远程信息传输；
步骤S05：信号传输模块通过无线传输的方式，将现场采集到的数据传输到远程中
心服务器；
步骤S06：远程读取各个监测施工现场的各种环境参数数据包，中心服务器的理程
序将得到的施工现场信息参数数据包进行解码和排序，计算出当前的施工的泥浆量NL＝
V1*P1，并将数据写入云端数据库；
步骤S07：使用手机、pc端或者本设备，通过互联网访问中心服务器，远程读取施工
现场重力式码头桩基施工时的各种参数，实时读取云端数据库数据，利用施工情况评估模
型对当前每个桩基的施工情况进行评估；
步骤S08：将得到的重力式码头桩基施工情况及水下土层情况进行数据整理，对每
个桩基的施工时间、深度、流量、垂直度、密度、钻速、施工位置指标形成表进行保存，并对存
在现场施工问题的桩基按照风险等级进行远程预警；对所有数据整合后，生成桩基施工报
表，准确记录施工桩基的过程中实时的位置、深度、流量、垂直度、密度参数，作为监控人员
评定各桩施工质量的依据。
这样，就可以通过手机通过APP程序、电脑等通过互联网连接云端道路环境安全评
估数据库，实时查询施工现场信息参数以及桩基风险等级结果。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技
术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因
此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。