[發明專利]一種適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統及方法

在審

• 申請號: 202010530531.7
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111648774A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）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）人: 中鐵工程裝備集團技術服務有限公司;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: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

本發明屬于掘進機導向技術領域，特別涉及一種適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統及方法，包含：用于提供測站基準數據的固定端和用于依據掘進機運動特征進行數據采集和導向的移動端；所述移動端包含：待測目標靶，各級傳遞站，及用于接收固定端和各級傳遞站數據并利用坐標轉換獲取定位導向數據的上位機；其中，每級傳遞站包含：用于標識定位識別的特征標志物和用于采集視覺數據的傳遞站相機，每個傳遞站上的特征標志物和傳遞站相機以組為單位，分別對應固定安裝在各級臺車上，傳遞站相機將采集的圖像數據以網絡方式傳輸至上位機。本發明可不受隧道線型的限制，適合任何曲線隧道，減少頻繁換站操作，大大減少工作強度、提高施工效率。

技術領域

本發明屬于掘進機導向技術領域，特別涉及一種適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統及方法。

背景技術

近年來隨著國內城市軌道交通蓬勃發展，城市電力隧道、引水隧道等也越來越多的采用盾構工法施工，開挖直徑及隧道轉彎半徑也都趨于小化，對測量導向系統越來越是一種考驗。轉彎半徑小、開挖直徑小、可操作空間狹窄等對測量換站和測量精度都是極大的影響，頻繁的短距離換站，一方面增加了測量工作量，另一方面嚴重影響施工進度。常規隧道測量是每掘進一段距離測站和激光靶不通視就得往前換站，成本造價高、效率低。因此，特別是針對小轉彎半徑及小直徑變曲率隧道隧道掘進機施工，亟需一種隧道掘進機視覺傳遞測量導向方案，以確保小直徑變曲率施工中的導向施工質量和效率。

發明內容

為此，本發明提供一種適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統及方法，測站和布置在盾體的目標靶無需通視，不受隧道線型的限制，適合任何曲線隧道，減少頻繁換站操作，大大減少工作強度、提高施工效率。

按照本發明所提供的設計方案，一種適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統，包含：用于提供測站基準數據的固定端和用于依據掘進機運動特征進行數據采集和導向的移動端；所述移動端包含：待測目標靶，設于待測目標靶和固定端之間用于連接傳輸待測目標靶和固定端姿態數據的各級傳遞站，及用于接收固定端和各級傳遞站數據并利用坐標轉換獲取定位導向數據的上位機；其中，每級傳遞站包含：用于標識定位識別的特征標志物和用于采集視覺數據的傳遞站相機，每個傳遞站上的特征標志物和傳遞站相機以組為單位，分別對應固定安裝在各級臺車上，傳遞站相機將采集的圖像數據以網絡方式傳輸至上位機。

作為本發明適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統，進一步地，所述待測目標靶固定安裝在掘進機盾體上。

作為本發明適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統，進一步地，所述固定端采用固定安裝在隧道壁上的測站基準相機。

作為本發明適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統，進一步地，所述特征標志物采用十字絲標志。

作為本發明適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統，進一步地，所述特征標志物采用紅外LED十字標志。

作為本發明適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統，進一步地，所述特征標志物依據掘進機運動特征在圖像區域內至少設置四個，每個傳遞站內的若干特征標志物呈非線性設置。

作為本發明適用于小直徑變曲率視覺傳遞測量掘進機導向系統，進一步地，各傳遞站和上位機之間通過網絡交換機進行數據交互。

進一步地，本發明還提供一種適用于小直徑變曲率視覺測量的掘進機導向方法，基于上述的掘進機導向系統實現，其實現過程包含如下內容：

在每個傳遞站的圖像采集區域至少設置4個特征標志物，以通過傳遞站相機獲取傳遞站特征標志物位置和姿態；

結合各級傳遞站內特征標志物和傳遞站相機位置關系，利用姿態傳遞測量原理獲取掘進機盾體上的待測目標靶和固定端之間的位置和姿態。