[發(fā)明專利]盾構(gòu)激光標(biāo)靶導(dǎo)向搭載雙目相機(jī)的綜合導(dǎo)向裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010310329.3
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111502671B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈連輝;孟祥波;李光;鄭永光;林福龍;賀飛;趙祥;魏云豹;劉恒杰;魏曉龍;王昆;謝榮燦;焦敬波
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/06;G01C3/02;G01C15/00
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園

本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)激光標(biāo)靶導(dǎo)向搭載雙目相機(jī)的綜合導(dǎo)向裝置及方法，包括如下步驟：S1，設(shè)定基準(zhǔn)坐標(biāo)系，檢測前盾的初始絕對位姿和前盾上特征點(diǎn)的絕對位姿，將檢測數(shù)據(jù)輸入控制系統(tǒng)；S2，全站儀測量激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)的坐標(biāo)，控制系統(tǒng)根據(jù)坐標(biāo)和激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)與雙目相機(jī)之間的坐標(biāo)差計(jì)算雙目相機(jī)的坐標(biāo)；S3，雙目相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝特征點(diǎn)，控制系統(tǒng)對圖像進(jìn)行處理并通過坐標(biāo)變換計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)；S4，根據(jù)特征點(diǎn)的起始坐標(biāo)和當(dāng)前實(shí)測坐標(biāo)，計(jì)算前盾的相對位置轉(zhuǎn)換關(guān)系的關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)前盾的起始位姿計(jì)算前盾運(yùn)動(dòng)后的位姿；S5，重復(fù)執(zhí)行S2?S4，推算前盾實(shí)時(shí)位姿。本發(fā)明測量結(jié)果精度較高，且不易受地下環(huán)境的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雙護(hù)盾隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種盾構(gòu)激光標(biāo)靶導(dǎo)向搭載雙目相機(jī)的綜合導(dǎo)向裝置及方法。

背景技術(shù)

盾構(gòu)法隧道施工工藝由于安全性高、效率高、經(jīng)濟(jì)適用等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代城市地下隧道的施工。盾構(gòu)法的主要原理是由盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)時(shí)切割巖體完成挖掘，然后在盾尾拼接好管片并注漿成型，以此往復(fù)完成整個(gè)隧道的施工。但掘進(jìn)機(jī)在地下前進(jìn)的過程中，管節(jié)可能會(huì)受到土體的壓力產(chǎn)生形變，進(jìn)而導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)發(fā)生變化，而確定掘進(jìn)機(jī)在土體中的實(shí)時(shí)姿態(tài)是進(jìn)行掘進(jìn)施工導(dǎo)向的前提。

中國專利(申請?zhí)枺篊N2019101269747，專利名稱：雙護(hù)盾位置檢測裝置、檢測方法、導(dǎo)向系統(tǒng)及導(dǎo)向方法)，采用CCD相機(jī)拍攝前盾上特征點(diǎn)的坐標(biāo)來計(jì)算定位前盾的坐姿，該種方法存在單個(gè)相機(jī)在掘進(jìn)中拍攝精度不高，特征點(diǎn)定位時(shí)易受光線角度的影響，且計(jì)算過程中將后盾的坐標(biāo)固定為基準(zhǔn)來推導(dǎo)前盾的坐姿，沒有考慮到掘進(jìn)過程中前后盾坐姿間的相對誤差造成的影響；中國專利(申請?zhí)枺篊N2015105664200，專利名稱：應(yīng)用于雙護(hù)盾隧道掘進(jìn)機(jī)的導(dǎo)向系統(tǒng)及定位方法)通過前盾上布置的感光靶接收激光束的入射角度來推算前盾的偏移量，而對前后盾的俯仰角和滾動(dòng)角的測量則是通過傾斜儀測量，在掘進(jìn)震動(dòng)大時(shí)測量精度較差，且無法準(zhǔn)確考慮到因土壓造成的掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)的變化造成的影響。

綜上所述，現(xiàn)有的測量方法難以有效地檢測掘進(jìn)機(jī)前盾在土體中的實(shí)時(shí)姿態(tài)和位置的全部信息，給施工時(shí)的導(dǎo)向帶來了不便。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)測量方法不能有效檢測雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)中前盾在土體中的實(shí)際姿態(tài)和位置的全部信息，給施工時(shí)的導(dǎo)向帶來了不便的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種盾構(gòu)激光標(biāo)靶導(dǎo)向搭載雙目相機(jī)的綜合導(dǎo)向裝置及方法，解決了在不宜進(jìn)行直接測量的工況條件下依然可以通過激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)與機(jī)器視覺綜合求解特征點(diǎn)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種盾構(gòu)激光標(biāo)靶導(dǎo)向搭載雙目相機(jī)的綜合導(dǎo)向方法，包括以下步驟：

S1，設(shè)定基準(zhǔn)坐標(biāo)系，檢測前盾的初始絕對位姿和前盾上的特征點(diǎn)的絕對位姿，并將檢測數(shù)據(jù)輸入控制系統(tǒng)；

S2，啟動(dòng)后盾內(nèi)的激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)，由設(shè)置在激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)后方的全站儀對激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)測量，控制系統(tǒng)根據(jù)激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)的坐標(biāo)和激光標(biāo)靶導(dǎo)向系統(tǒng)與后盾前部的雙目相機(jī)之間的坐標(biāo)差計(jì)算雙目相機(jī)的坐標(biāo)；

S3，雙目相機(jī)對特征點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤拍攝，控制系統(tǒng)對拍攝到的圖像進(jìn)行處理并通過坐標(biāo)變換計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

S4，根據(jù)特征點(diǎn)的起始坐標(biāo)和當(dāng)前實(shí)測坐標(biāo)，計(jì)算前盾的相對位置轉(zhuǎn)換關(guān)系的關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而根據(jù)前盾的起始位姿計(jì)算前盾運(yùn)動(dòng)后的位姿；

S5，重復(fù)執(zhí)行步驟S2-S4，根據(jù)特征點(diǎn)推算實(shí)時(shí)的前盾位姿。

在步驟S2中，所述雙目相機(jī)的坐標(biāo)的計(jì)算公式為：

O_b-X_cY_cZ_c＝O_b-X₂Y₂Z₂+ω；