[发明专利]一种基于机器视觉的盾构机导向方法

说明书

本发明提供了一种基于机器视觉的盾构机导向方法及系统，其中方法包括A、安装相机与标志点；B、测定相机与盾构机中心的相对关系和标志点的三维坐标；C、盾构掘进时，相机对标志点进行摄影，处理影响文件并算出相机的三维坐标；D、根据相机坐标算出盾构机的位置姿态信息，与预先规划的行进路径比对，实现实时导向。其中系统包括设置于盾构机尾端的多个已标定参数的相机、设置于盾构隧道固定管环上且数量不少于四个的标志点、工业PC机、盾构机PLC，多个所述相机通过线缆与所述工业PC机相联，所述盾构机PLC、多个相机均与所述工业PC机相联。采用机器视觉技术，成本低，不需安装测量吊蓝，轻松实现节点转换，实现亚毫米级精度测量，系统简练。

技术领域

本发明涉及盾构机导向技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的盾构机导向方法。

背景技术

现有的盾构机导向系统，包括国内和国外的导向系统均采用测量机器人进行坐标测量。测量机器人不仅价格昂贵，且全需从国外进口，在隧道施工的恶劣条件下，测量机器人的防护非常不利。

采用测量机器人测量时需要在现场安装笨重的施工吊蓝，现场工人不仅劳动强度大，测量转换时还需占用大量的盾构掘进时间，影响盾构施工效率。测量机器人测量精度为亚厘米级，在长距离的掘进时需要更多的技术措施才能达到相应的施工精度。现有的盾构导向系统还需大量的传感设备，如激光靶、倾角传感器、陀螺仪、棱镜基座、无线电台等，任何一个部件的故障都将导致系统无法工作，维护难度大。

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明提供了一种基于机器视觉的盾构机导向方法及系统，以解决现有技术中盾构导向精度低、成本高且构造复杂的问题。

本发明提供了一种基于机器视觉的盾构机导向方法，包括以下步骤：

A、在盾构机尾端安装多个标定参数的相机，在盾构隧道固定管环上安置不少于四个标志点；

B、测定多个相机位置与盾构机中心的相对关系，初次测量时，人工测量确定标志点的三维坐标；

C、盾构掘进时，多个相机对标志点进行实时摄影，对影像文件进行处理并根据摄影测量后方交会原理算出多个相机的三维坐标；

D、根据所述相机的三维坐标、所述相机位置与盾构机中心的相对关系，利用空间解析几何原理算出盾构机刀盘中心、盾尾中心的三维坐标以及俯仰角、横摆角、扭转角，然后与预先规划的行进路径进行比对，实现盾构机的实时导向。

进一步的，步骤D之后还包括以下步骤：

E、当盾构机掘进一段距离后，人工将标志点前移并固定形成新标志点，然后相机对新标志点进行摄影，对影像文件进行处理并结合相机的三维坐标，根据摄影测量前方交会原理算出新标志点的坐标；

F、重复步骤C、D、E，实现对盾构机长距离的实时导向。

进一步的，步骤A中的所述相机数量至少为三个。

进一步的，步骤A中的所述相机数量为三个，且呈品字型安装于盾构机尾端。

进一步的，步骤A中的所述标志点的数量为四至十五个。

本发明还提供了一种基于机器视觉的盾构机导向系统，包括设置于盾构机尾端的多个已标定参数的相机、设置于盾构隧道固定管环上且数量不少于四个的标志点、工业PC机、盾构机PLC，多个所述相机通过线缆与所述工业PC机相联，所述工业PC机与所述盾构机PLC相联。

进一步的，所述相机数量不少于三个。

进一步的，所述相机数量为三个，且呈品字型安装于盾构机尾端。

进一步的，所述标志点由定向反光材料制成。

进一步的，所述标志点的数量为四至十五个。