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水 利 学 报

２０２４年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）１０ － １２４８ － １３

基于融合 ＧＮＳＳ?ＵＷＢ?ＲＴＳ的 ＲＣＣ坝智能监控定位补偿方法研究

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高浩钧 ，王晓玲 ，倪 磊 ，佟大威 ，林威伟 ，何金龙 ２
（１．天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 ３００３５４；２．华能澜沧江水电股份有限公司，云南 昆明 ６５０２００）
摘要：近年来，大坝压实质量的智能监控技术逐渐成为研究热点。现有的碾压混凝土（ＲＣＣ）坝碾压作业过程实时
监控技术依赖于全球导航卫星系统（ ＧＮＳＳ），然而，对于建设在深窄河谷地区的 ＲＣＣ坝，ＧＮＳＳ系统易受两侧山
体信号遮挡干扰。针对上述问题，本研究提出一种基于融合 ＧＮＳＳ?ＵＷＢ?ＲＴＳ的 ＲＣＣ坝碾压施工智能定位补偿技
术。首先，依据悬崖边壁、倒悬体遮挡处的环境特征建立了适用于深窄河谷地区的 ＲＣＣ坝碾压实时监控数学模
型；其次，引入了超宽带（ ＵＷＢ）和机器人全站仪（ＲＴＳ）定位补偿技术，采用耦合新息阈值与最小二乘的改进卡尔
曼滤波算法融合 ＧＮＳＳ?ＵＷＢ?ＲＴＳ的定位数据，实现了遮挡环境下卫星信号的连续稳定定位监控；最后，在西南某
大型 ＲＣＣ坝工程中得到应用。结果表明，该方法能够实现对深窄河谷中 ＲＣＣ坝碾压施工的全地形、全过程实时
监控，可弥补单纯依赖 ＧＮＳＳ进行碾压过程实时监控所不足。
关键词：碾压混凝土坝；定位补偿；大坝智能监控；卡尔曼滤波；深窄河谷
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ６４２．２ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０７７０

１ 研究背景

近年来，随着无人碾压技术的进步以及智慧大坝大发展 ［１］ ，大坝施工的智能碾压监控技术成为大
坝施工质量控制的重要机制。基于碾压混凝土（ ＲｏｌｌｅｒＣｏｍｐａｃｔｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ，ＲＣＣ）坝施工的碾压实时监
控技术，能够根据碾压作业施工机械的实时定位数据，实现对压实轨迹、压实速度、振动状态、碾压
层厚度等压实参数的精确、在线、自动的全过程监测，有效提高了压实质量控制水平和效率，克服了
传统压实质量监测成本高、耗时耗力以及受人为因素影响较大的缺陷 ［２］ 。
碾压机械空间位置的准确监测是实时监控系统的核心部分 ［３ － ４］ 。在已有的大坝碾压实时监控研究
中，以北斗（ ＢｅｉｄｏｕＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｉｔｅ，ＢＤＳ）为主的基于动态载波相位差分技术（Ｒｅａｌ － ＴｉｍｅＫｉｎｅｗａｔｉｃ，
ＲＴＫ）的全球导航卫星系统（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ，ＧＮＳＳ）被用作压实机械定位的基础 ［５］ 。然
而，ＧＮＳＳ系统的定位精度受周围地形和环境的影响较大，进而影响监控系统准确性。在深窄河谷中
修建 ＲＣＣ坝时，由于卫星信号被高而陡的斜坡遮挡，压实机械的位置坐标往往无法准确获得，导致实
时监控系统不能正常工作。因此，如何解决上述问题，实现对深窄河谷中 ＲＣＣ坝压实质量的全过程实
时监测，一直备受研究人员的关注。
随着传感器技术及自动化技术的进步，定位技术也得到了快速发展，例如激光雷达、惯性测量单
元、超宽带（ ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ，ＵＷＢ）定位技术、机器人全站仪（ＲｏｂｏｔｉｃＴｏｔａｌＳｔａｔｉｏｎ，ＲＴＳ）技术等。激
光雷达技术能够实现车辆的高精度定位，但其成本较为昂贵 ［６ － ７］ 。惯性测量单元是一种常用的无 ＧＮＳＳ
信号条件下的测量工具，由于存在较严重的误差积累问题，使用时一般需要引入额外复杂的误差修正
算法，且易受磁场等环境因素干扰 ［８ － １０］ ，不适宜 ＲＣＣ坝施工现场的复杂环境。ＵＷＢ是一种全新的通

收稿日期：２０２３ － １２ － ０８
基金项目：国家自然科学基金项目（Ｕ２３Ｂ２０１４８）；华能集团总部科技项目（ＨＮＫＪ２０ － Ｈ２１ＴＢ）
作者简介：高浩钧（ １９９９ － ），博士生，主要从事水利水电工程智能建设研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｇｃｈｊ３２１＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：佟大威（１９８２ － ），副教授，主要从事水利水电工程智能建设研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｔｏｎｇｄｗ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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