[发明专利]自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量方法及装置

权利要求书

1.一种自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量方法，其特征在于，该方法包括：

1)设置自动全站仪和陀螺仪传感器的配置参数；

2)计算机通过无线电台向自动全站仪发送连接指令，并判断连接是否成功，若是，则执行步骤3)，若否，则对步骤1)设置的自动全站仪配置参数进行检核后重新返回步骤1)；

3)计算机向陀螺仪传感器发送连接指令，并判断连接是否成功，若是，则执行步骤4)，若否，则对步骤1)设置的陀螺仪传感器配置参数进行检核后重新返回步骤1)；

4)对自动全站仪进行设站定位操作；

5)自动全站仪依次测量三个目标棱镜，记录各目标棱镜的空间方位角度信息并保存至计算机中；

6)自动全站仪以设定的测量间隔自动对三个目标棱镜进行测量，并通过RS232串口通讯线和无线电台将测量得到的坐标数据传输给计算机；

7)计算机判断三个目标棱镜是否全都测量到，若是，则执行步骤8)，若否，则返回步骤6)；

8)计算机从陀螺仪传感器读取最新的姿态角度数据；

9)计算机根据三个目标棱镜的坐标数据和陀螺仪传感器的姿态角度数据计算出盾构机首尾三维坐标和姿态偏差，并进行显示；

10)计算机将三个目标棱镜的坐标与陀螺仪传感器的姿态角度数据、盾构机首尾三维坐标与姿态偏差进行保存，返回自动测量，执行步骤6)。

2.根据权利要求1所述的一种自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量方法，其特征在于，所述的自动全站仪和陀螺仪传感器的配置参数根据实际盾构工程文件设置，所述的配置参数包括连接参数和测量参数。

3.根据权利要求2所述的一种自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量方法，其特征在于，所述的姿态角度数据包括方位角数据、俯仰角数据和扭转角数据。

4.根据权利要求3所述的一种自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量方法，其特征在于，所述的步骤9)中计算出盾构机首尾三维坐标和姿态偏差具体包括：

901)初始化三维直角坐标转换参数；

902)根据自动全站仪测到的两个或三个目标棱镜的坐标数据，对三维直角坐标转换公式进行线性化，获得坐标的误差方程式；

903)根据从陀螺仪传感器读取的方位角数据、俯仰角数据和扭转角数据，结合三维直角坐标转换，获得角度的误差方程式；

904)对上述误差方程式进行定权，根据最小二乘准则联合平差解算出参数改正数；

905)判断参数改正数是否小于设定值，若是，则迭代计算收敛，进入步骤906)，若否，则返回步骤902)，继续进行迭代计算；

906)根据迭代计算得出的坐标转换参数，解算出盾构机首尾坐标与姿态偏差，并进行显示，用于控制盾构机的掘进方向。

5.一种如权利要求4所述的自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量装置，该装置用于测量盾构机掘进过程中的坐标和姿态数据，该装置包括设置在盾构机上的陀螺仪传感器和目标棱镜，其特征在于，该装置还包括自动全站仪、无线电台和计算机，所述的无线电台分别连接自动全站仪和计算机，所述的陀螺仪传感器通过专用电缆和计算机连接。

6.根据权利要求5所述的一种自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量装置，其特征在于，该装置还包括RS232串口通讯线，所述的无线电台分别通过RS232串口通讯线与自动全站仪和计算机连接。

7.根据权利要求5所述的一种自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量装置，其特征在于，所述的目标棱镜设有三个，三个目标棱镜均匀固定在盾构机上。

8.根据权利要求5所述的一种自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量装置，其特征在于，所述的陀螺仪传感器设置在盾构机掘进方向的尾部。