[发明专利]指引弯曲隧道中的钻凿模式的方法、钻岩设备和软件产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定钻凿模式的方向的方法。本发明进一步涉及一种软件产品和钻岩设备。在本申请的独立权利要求的前序中更详细地公开了本发明的领域。 

背景技术

通常，根据预定的隧道设计开凿隧道。例如，隧道设计在隧道工地的投影坐标系中确定待开凿的隧道的隧道线。此外，隧道设计确定在每种情况下使用的坐标系。因为隧道要开凿多轮，所以作为办公室工作应提前设计每一轮的钻凿模式，钻凿模式确定待开凿的孔的至少数目、位置、方向和长度。钻凿模式具有其自身的坐标系，该坐标系独立于隧道工地的投影坐标系。为了进行钻凿，将关于隧道线确定钻岩设备的位置和方向，且进一步地，必须能够指引新一轮的钻凿模式，以便根据设计的隧道线使隧道前进。 

在实践中，隧道开凿进行，使得当前一轮已经开凿、装药以及爆破时，破碎的岩石材料被运送到别处，跟着是钻岩设备被驱动到掌子面(tunnel face)并导航。在导航中，借助于隧道激光器，使钻岩设备的方向与投影坐标系相关联，而隧道激光器的方向又借助于投影坐标系中的两个坐标点确定，隧道激光器的光束穿过这些点。钻岩设备在隧道线上的位置的信息可由操作者提供，例如通过给出所谓的标记数字来提供。因为在投影坐标系中确定隧道线，且因为在钻凿现场使用了局部现场坐标系，以及进一步因为钻凿模式具有其自身的坐标系，所以借助本身已知的变换矩阵等来将投影坐标系和现场坐标系变换成钻凿模式的坐标系。此外，当待开凿的隧道是弯曲的或隧道激光器与隧道线不平行时，在钻岩设备的控制单元中计算关于每一轮的隧道激 光器和钻凿模式的交点以及孔的方向角，以便能够按照钻凿模式开凿孔。 

在已知的曲线计算中，借助包括若干点和它们的坐标信息的曲线表确定隧道线，这些点彼此之间以预定的距离间隔开。操作者将钻岩设备在隧道线上的位置，即在实践中钻岩设备距隧道起点的距离通信至控制单元，随后选择离钻凿现场最近的曲线表的点，并且在这些点处定位局部坐标系，使得每个局部坐标系的y轴指向曲线表的下一个点。接着，计算隧道激光器和定位在曲线表的这些点处的局部坐标系的交点。进一步地，隧道激光器和定位在钻凿现场的导航平面的交点的坐标通过从曲线表的这些点计算的坐标内插所述交点的坐标来进行计算。通过以相似的方式内插，也计算了导航平面之后的平面的交点的坐标。随后，可以根据这些交点的坐标计算隧道激光器和导航平面之间的u和v孔的方向角。 

本曲线计算的缺点是精度不够。据观察，精度依赖于例如由隧道激光器和隧道线一起形成的角的大小。这是因为大的角度值导致数学上的角度误差。而且，精度被降低是因为以下事实：计算与曲线表的点之间的距离有关。另外，本曲线计算难以理解，这使得隧道设计和钻凿模式设计更加困难。 

发明内容

本发明的目的是提供一种指引弯曲隧道的钻凿模式的新颖和改进的方法、一种实现此方法的软件产品、以及一种钻岩设备。 

根据本发明的方法的特征在于，将待开凿的一轮的长度通信至控制单元；确定在待开凿的下一轮的一部分上的隧道线的形状；在隧道线上设置钻凿模式的起点；确定与待开凿的这一轮的长度相一致的距离，该距离从起点开始，且在隧道线的特定位置定位这一轮的终点；指引钻凿模式，使得其从起点指向终点；以及进行坐标系变换，把钻 凿模式的所确定的方向考虑进去，并且根据钻凿模式计算孔的坐标和方向，以便钻凿。 

根据本发明的钻岩设备的特征在于，下载到控制单元的软件产品的执行设置成进一步产生以下程序：确定待开凿的下一轮的一部分上的隧道线的形状；在隧道线上设置钻凿模式的起点；确定与待开凿的这一轮的长度相一致的距离，该距离从起点开始，且在隧道线的特定位置定位这一轮的终点；指引钻凿模式，使得其从起点指向终点；以及进行坐标系变换，把钻凿模式的所确定的方向考虑进去，并且根据钻凿模式计算孔的坐标和方向，以便钻凿。 

根据本发明的软件产品的特征在于，软件产品在控制单元中的执行设置成产生以下程序：确定待开凿的下一轮的一部分上的隧道线的形状；在隧道线上设置钻凿模式的起点；响应关于这一轮的长度和在这一轮的这一部分上的隧道线的形状的信息，确定隧道线上待开凿的这一轮的终点；指引钻凿模式，使得其从起点指向终点；以及进行坐标系变换，把钻凿模式的确定方向考虑进去。