[發(fā)明專利]一種適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010530531.7
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111648774A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉清政;徐艷群;劉恒杰;何少云;周小利;孫浩;魏云豹;趙海兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵工程裝備集團(tuán)技術(shù)服務(wù)有限公司;山東文登抽水蓄能有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

1.一種適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，包含：用于提供測站基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的固定端和用于依據(jù)掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動特征進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)向的移動端；所述移動端包含：待測目標(biāo)靶，設(shè)于待測目標(biāo)靶和固定端之間用于連接傳輸待測目標(biāo)靶和固定端姿態(tài)數(shù)據(jù)的各級傳遞站，及用于接收固定端和各級傳遞站數(shù)據(jù)并利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲取定位導(dǎo)向數(shù)據(jù)的上位機(jī)；其中，每級傳遞站包含：用于標(biāo)識定位識別的特征標(biāo)志物和用于采集視覺數(shù)據(jù)的傳遞站相機(jī)，每個傳遞站上的特征標(biāo)志物和傳遞站相機(jī)以組為單位，分別對應(yīng)固定安裝在各級臺車上，傳遞站相機(jī)將采集的圖像數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)方式傳輸至上位機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，所述待測目標(biāo)靶固定安裝在掘進(jìn)機(jī)盾體上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，所述固定端采用固定安裝在隧道壁上的測站基準(zhǔn)相機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，所述特征標(biāo)志物采用十字絲標(biāo)志。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，所述特征標(biāo)志物采用紅外LED十字標(biāo)志。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，所述特征標(biāo)志物依據(jù)掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動特征在圖像區(qū)域內(nèi)至少設(shè)置四個，每個傳遞站內(nèi)的若干特征標(biāo)志物呈非線性設(shè)置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，各傳遞站和上位機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

8.一種適用于小直徑變曲率視覺測量的掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)過程包含如下內(nèi)容：

在每個傳遞站的圖像采集區(qū)域至少設(shè)置4個特征標(biāo)志物，以通過傳遞站相機(jī)獲取傳遞站特征標(biāo)志物位置和姿態(tài)；

結(jié)合各級傳遞站內(nèi)特征標(biāo)志物和傳遞站相機(jī)位置關(guān)系，利用姿態(tài)傳遞測量原理獲取掘進(jìn)機(jī)盾體上的待測目標(biāo)靶和固定端之間的位置和姿態(tài)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的適用于小直徑變曲率視覺測量的掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向方法，其特征在于，每個傳遞站圖像采集區(qū)域中的特征標(biāo)志物呈非線性設(shè)置，以通過共面點(diǎn)非共線獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的適用于小直徑變曲率視覺測量的掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向方法，其特征在于，利用成像模型，建立掘進(jìn)機(jī)前盾坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和偏移向量，以表示前盾坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系；依據(jù)每個傳遞站內(nèi)獲取的視覺數(shù)據(jù)，將特征標(biāo)志物成像特征點(diǎn)在前盾坐標(biāo)系下經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲取線性方程，結(jié)合圖像采集區(qū)域內(nèi)的每個特征標(biāo)志物成像特征點(diǎn)，對線性方程進(jìn)行求解，其中，求解過程中，利用優(yōu)化最小目標(biāo)函數(shù)來估計(jì)位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，目標(biāo)函數(shù)由成像特征點(diǎn)重投影誤差構(gòu)成。