[发明专利]一种隧道开挖快速放样装置和放样方法

权利要求书

1.一种隧道开挖快速放样装置，其特征在于，包括集成箱和固定集成箱的支撑系统；集成箱内安装有控制装置、扫描装置、投影装置和电源，扫描装置的发射镜头、接收镜头以及投影装置的投影镜头均位于集成箱表面，扫描装置和投影装置均通过数据线与控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的隧道开挖快速放样装置，其特征在于，所述集成箱上还设置有控制装置显示屏。

3.根据权利要求1所述的隧道开挖快速放样装置，其特征在于，所述支撑系统为安装有转动云台的三脚架，所述集成箱安放在转动云台上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的隧道开挖快速放样装置，其特征在于，所述扫描装置为三维激光扫描仪。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的隧道开挖快速放样装置，其特征在于，所述投影装置为激光投影器。

6.一种采用如权利要求1所述的隧道开挖快速放样装置进行放样的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将待放样隧道的轴线、断面形状、炮眼布置信息输入到所述放样装置的控制装置中；

(2)将所述放样装置带入距隧道掌子面一定距离处；

(3)以集成箱的底面为基面对集成箱作简单的整平，使得集成箱转动时大体绕某一铅直轴线水平转动；

(4)开启所述放样装置的电源，启动控制装置，转动集成箱，使扫描装置发射镜头、扫描装置接收镜头对准隧洞测量控制点，并对测量控制点进行扫描，测量控制基准点信息被存储到控制装置中；

(5)转动集成箱并将扫描装置发射镜头、扫描装置接收镜头对准隧洞掌子面，对掌子面进行扫描，掌子面和开挖轮廓的三维信息经扫描校正处理后存储到控制装置中；

(6)控制装置将步骤(1)初始输入的信息和步骤(4)、(5)扫描到的信息进行匹配处理，分析得到炮眼在掌子面上的位置数据和分布图形；

(7)所述投影装置将步骤(6)得到的位置数据和分布图形进行投影校正处理，然后投影到掌子面上，根据掌子面上投影的炮眼位置标注孔位，完成放样。

7.根据权利要求6所述的隧道开挖快速放样方法，其特征在于，步骤(5)所述扫描校正处理原理为扫描得到的坐标点在扫描系统的坐标经过坐标变换转换到大地系统的坐标，处理原理公式为：P_L＝(x_L,y_L,z_L,1)^T为扫描坐标点，P_E＝(x_E,y_E,z_E,1)^T为大地系统坐标点，为扫描坐标整体转换矩阵，其中为旋转转换矩阵，为平移转换矩阵。

8.根据权利要求6所述的隧道开挖快速放样方法，其特征在于，步骤(6)所述匹配处理原理为确保大地坐标系统中点炮眼点坐标点与相应的推测坐标点之间的误差距离小于预测距离，处理原理公式为：其中，x_E,y_E,z_E为大地坐标系统中点炮眼点x轴、y轴、z轴方向的目标坐标，x'_E,y'_E,z'_E为大地坐标系统中点炮眼点x轴、y轴、z轴方向的推测坐标，d为系统设定容许误差。

9.根据权利要求6所述的隧道开挖快速放样方法，其特征在于，步骤(7)所述投影校正处理原理为将要投影的点在大地坐标系统的坐标经过坐标变换转换到投影坐标系统中的坐标，处理原理公式为： P_E＝(x_E,y_E,z_E,1)^T为大地系统坐标点，P_P＝(x_P,y_P,z_P,1)^T为投影坐标点，为投影坐标整体转换矩阵，其中为旋转转换矩阵，为平移转换矩阵。