本公開涉及盾構(gòu)施工，尤其涉及一種雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)針對(duì)巖石性質(zhì)復(fù)雜、巖石強(qiáng)度高與小轉(zhuǎn)彎半徑的地層具有施工效率高等特點(diǎn)。雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的支撐盾和前盾之間油缸為球型油缸的機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形成的自由度較大，若使用油缸的行程計(jì)算前盾姿態(tài)，會(huì)導(dǎo)致前盾姿態(tài)的誤差較大。

2、相關(guān)場(chǎng)景中，例如201910126974.7和《基于雙護(hù)盾tbm的導(dǎo)向系統(tǒng)研究》中基于在前盾安裝感光靶，通過支撐盾激光發(fā)射器發(fā)射激光，感光靶采集激光的偏移量，從而計(jì)算出前盾的偏差值，但該感光靶的寬度受到限制，適用性較低。又例如《雙護(hù)盾硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究》中基于單目相機(jī)識(shí)別前方特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)從而解算前盾姿態(tài)；202020349116.7中基于雙目相機(jī)識(shí)別安裝在前盾的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行解算前盾姿態(tài)；202110937837.9中公開了交替定位式導(dǎo)向系統(tǒng)，相對(duì)雙目相機(jī)雙護(hù)盾導(dǎo)向系統(tǒng)，在前盾體多增加一套雙目相機(jī)和在支撐盾多增加一套特征點(diǎn)。通過兩套導(dǎo)向組互相定位繼而減少導(dǎo)向系統(tǒng)換站次數(shù)。上述技術(shù)方案雖然都具備了測(cè)量前盾姿態(tài)的功能，但沒有校核姿態(tài)是否精準(zhǔn)，以及當(dāng)硬件損壞時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服相關(guān)技術(shù)中測(cè)量前盾姿態(tài)的準(zhǔn)確性較低的技術(shù)問題，本公開提供一種雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)及方法。

2、在本公開實(shí)施例的第一方面，提供一種雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，包括：

3、全站儀、第一棱鏡、激光標(biāo)靶、多個(gè)第二棱鏡、雙目相機(jī)、特征體和上位機(jī)系統(tǒng)；

4、所述全站儀和所述第一棱鏡均安裝在已安裝的盾構(gòu)管片上；

5、所述激光標(biāo)靶、多個(gè)所述第二棱鏡和所述雙目相機(jī)均安裝在所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的支撐盾上；

6、所述特征體安裝在所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的前盾上，所述特征體上部署有多個(gè)特征點(diǎn)，且多個(gè)特征點(diǎn)之間的距離滿足預(yù)設(shè)閾值，其中，所述激光標(biāo)靶和多個(gè)所述第二棱鏡均安裝在所述支撐盾上靠近所述全站儀的一側(cè)，所述雙目相機(jī)在支撐盾上靠近所述前盾的一側(cè)；

7、所述全站儀和所述第一棱鏡分別用于，測(cè)量所述激光標(biāo)靶的標(biāo)靶坐標(biāo)；

8、所述激光標(biāo)靶和多個(gè)所述第二棱鏡用于，測(cè)量所述支撐盾的支撐盾姿態(tài)；

9、所述雙目相機(jī)用于，測(cè)量所述特征體上的所述特征點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)，并根據(jù)所述點(diǎn)位坐標(biāo)確定所述前盾的第一前盾姿態(tài)；

10、所述上位機(jī)系統(tǒng)用于，在掘進(jìn)過程中，從預(yù)設(shè)的測(cè)量模式中選擇目標(biāo)測(cè)量模式，并基于目標(biāo)測(cè)量模式，根據(jù)所述標(biāo)靶坐標(biāo)、所述點(diǎn)位坐標(biāo)、所述支撐盾姿態(tài)以及所述第一前盾姿態(tài)，確定所述前盾的目標(biāo)前盾姿態(tài)，并根據(jù)所述目標(biāo)前盾姿態(tài)對(duì)所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)導(dǎo)向。

11、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述上位機(jī)系統(tǒng)具體用于：

12、在掘進(jìn)過程中，從預(yù)設(shè)的測(cè)量模式中逐一選擇目標(biāo)測(cè)量模式；

13、基于預(yù)先標(biāo)定信息以及每一次選擇的目標(biāo)測(cè)量模式，根據(jù)所述標(biāo)靶坐標(biāo)、所述點(diǎn)位坐標(biāo)、所述支撐盾姿態(tài)以及所述第一前盾姿態(tài)，確定所述前盾的目標(biāo)前盾姿態(tài)；

14、對(duì)比各所述目標(biāo)測(cè)量模式下所述前盾的所述目標(biāo)前盾姿態(tài)并給出每一所述目標(biāo)測(cè)量模式下的測(cè)量評(píng)價(jià)結(jié)果。

15、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述預(yù)先標(biāo)定信息包括：

16、預(yù)先標(biāo)定所述激光標(biāo)靶及多個(gè)所述第二棱鏡相對(duì)所述支撐盾的坐標(biāo)系的第一位置關(guān)系；

17、預(yù)先標(biāo)定所述支撐盾與所述雙目相機(jī)的姿態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系；

18、預(yù)先標(biāo)定所述特征體相對(duì)所述前盾的坐標(biāo)系的第二位置關(guān)系。

19、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述上位機(jī)系統(tǒng)具體用于：

20、根據(jù)所述標(biāo)靶坐標(biāo)、所述支撐盾姿態(tài)以及所述雙目相機(jī)在其坐標(biāo)系下識(shí)別到的特征體中特征點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)，計(jì)算出所述雙目相機(jī)的相機(jī)姿態(tài)，并根據(jù)所述相機(jī)姿態(tài)、所述第一位置以及所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定所述前盾的所述第一前盾姿態(tài)；和/或，

21、基于所述雙目相機(jī)中左單目相機(jī)識(shí)別到的特征體的左點(diǎn)位坐標(biāo)以及所述第二位置關(guān)系，和/或，基于所述雙目相機(jī)中右單目相機(jī)識(shí)別到的特征體的右點(diǎn)位坐標(biāo)以及所述第二位置關(guān)系，確定所述前盾的所述第一前盾姿態(tài)；和/或，

22、分別確定所述特征體的中心與所述雙目相機(jī)中左、右單目相機(jī)的軸線之間的初始軸偏差值，在所述掘進(jìn)過程中，分別確定所述特征體的中心與所述雙目相機(jī)中左、右單目相機(jī)的軸線之間的實(shí)時(shí)軸偏差值，根據(jù)所述實(shí)時(shí)軸偏差值以及所述初始軸偏差值，確定所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的左偏差和右偏差，根據(jù)所述左偏差、所述右偏差以及盾構(gòu)機(jī)參數(shù)，確定所述前盾的所述第一前盾姿態(tài)。

23、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)還包括：傾斜儀，所述傾斜儀安裝在所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的前盾上；

24、所述傾斜儀用于，測(cè)量所述前盾的第二前盾姿態(tài)；

25、所述上位機(jī)系統(tǒng)具體用于，根據(jù)所述左偏差、所述右偏差以及所述第二前盾姿態(tài)，確定所述前盾的姿態(tài)角；

26、根據(jù)所述姿態(tài)角以及所述盾構(gòu)機(jī)參數(shù)，確定所述前盾的所述第一前盾姿態(tài)。

27、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述上位機(jī)系統(tǒng)還用于：

28、根據(jù)測(cè)量評(píng)價(jià)結(jié)果確定各所述目標(biāo)測(cè)量模式對(duì)應(yīng)的最大測(cè)量數(shù)據(jù)誤差；

29、根據(jù)各所述目標(biāo)測(cè)量模式對(duì)應(yīng)的最大測(cè)量數(shù)據(jù)誤差，確定存在測(cè)量誤差的目標(biāo)對(duì)象；

30、提醒存在測(cè)量誤差的所述目標(biāo)對(duì)象。

31、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述激光標(biāo)靶用于：

32、自檢核所述支撐盾的第一姿態(tài)；

33、基于所述全站儀照射產(chǎn)生的光斑，確定所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)第二姿態(tài)；

34、根據(jù)所述第一姿態(tài)和所述第二姿態(tài)，校核所述激光標(biāo)靶內(nèi)的傾斜儀，校核后的所述傾斜儀用于測(cè)量所述支撐盾的支撐盾姿態(tài)。

35、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述特征體部署有至少5個(gè)所述特征點(diǎn)且所述特征體的中心至少部署有一個(gè)所述特征點(diǎn)，所述特征體至少具有兩個(gè)特征平面且每一個(gè)所述特征平面均部署有所述特征點(diǎn)，其中，所述特征平面之間的距離滿足所述預(yù)設(shè)閾值。

36、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述上位機(jī)系統(tǒng)還用于：

37、在測(cè)量的所述標(biāo)靶坐標(biāo)和/或所述支撐盾姿態(tài)不滿足預(yù)設(shè)測(cè)量條件的情況下，根據(jù)所述特征體上的所述特征點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)、所述雙目相機(jī)的姿態(tài)角矩陣以及所述支撐盾與所述雙目相機(jī)之間的初始平移矩陣，確定所述支撐盾的拼裝支撐盾姿態(tài)；

38、根據(jù)所述拼裝支撐盾姿態(tài)對(duì)所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行輔助掘進(jìn)導(dǎo)向。

39、在本公開實(shí)施例的第二方面，提供一種雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向方法，應(yīng)用于第一方面中任一項(xiàng)所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)，所述方法包括：

40、通過全站儀和第一棱鏡分別測(cè)量激光標(biāo)靶的標(biāo)靶坐標(biāo)，所述激光標(biāo)靶安裝在所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的支撐盾上；

41、通過所述激光標(biāo)靶和多個(gè)第二棱鏡測(cè)量所述支撐盾的支撐盾姿態(tài)，多個(gè)所述第二棱鏡安裝在所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的支撐盾上；

42、通過雙目相機(jī)測(cè)量特征體上的特征點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)，并根據(jù)所述點(diǎn)位坐標(biāo)確定前盾的第一前盾姿態(tài)，所述特征體安裝在所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的前盾上，所述特征體上部署有多個(gè)特征點(diǎn)，且多個(gè)特征點(diǎn)之間的距離滿足預(yù)設(shè)閾值，其中，所述激光標(biāo)靶和多個(gè)所述第二棱鏡均安裝在所述支撐盾上靠近所述全站儀的一側(cè)，所述雙目相機(jī)安裝在所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)的支撐盾上；

43、通過上位機(jī)系統(tǒng)在掘進(jìn)過程中，從預(yù)設(shè)的測(cè)量模式中選擇目標(biāo)測(cè)量模式，并基于目標(biāo)測(cè)量模式，根據(jù)所述標(biāo)靶坐標(biāo)、所述點(diǎn)位坐標(biāo)、所述支撐盾姿態(tài)以及所述第一前盾姿態(tài)，確定所述前盾的目標(biāo)前盾姿態(tài)，并根據(jù)所述目標(biāo)前盾姿態(tài)對(duì)所述雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)導(dǎo)向。

44、本公開的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

45、通過安裝在已安裝的盾構(gòu)管片上全站儀和第一棱鏡測(cè)量激光標(biāo)靶的標(biāo)靶坐標(biāo)；通過安裝在支撐盾上的激光標(biāo)靶和多個(gè)第二棱鏡測(cè)量支撐盾的支撐盾姿態(tài)；通過安裝在支撐盾上的雙目相機(jī)測(cè)量安裝在前盾上的特征體上部署的多個(gè)特征點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)，根據(jù)點(diǎn)位坐標(biāo)確定前盾的第一前盾姿態(tài)；通過上位機(jī)系統(tǒng)在掘進(jìn)中，從預(yù)設(shè)的測(cè)量模式中選擇目標(biāo)測(cè)量模式，基于目標(biāo)測(cè)量模式，根據(jù)標(biāo)靶坐標(biāo)、點(diǎn)位坐標(biāo)、支撐盾姿態(tài)以及第一前盾姿態(tài)，確定前盾的目標(biāo)前盾姿態(tài)，根據(jù)目標(biāo)前盾姿態(tài)進(jìn)行掘進(jìn)導(dǎo)向。可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支撐盾和前盾的姿態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的測(cè)量模式，自動(dòng)計(jì)算出前盾的目標(biāo)前盾姿態(tài)，從而對(duì)掘進(jìn)過程進(jìn)行導(dǎo)向，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管片安裝精度的控制。

46、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。