[发明专利]一种用于双护盾TBM视觉测量系统

说明书

本发明公开一种用于双护盾TBM视觉测量系统，包括感光靶、激光器、靶标和控制器，激光器安装于靶标上并固定在前盾体后端面上，感光靶和控制器放置在支撑盾前端面上，感光靶内设有光学传感器，所述激光器发射的激光入射至所述感光靶上，激光器和光学传感器分别和控制器连接；双护盾TBM在曲线隧道掘进时，激光器发射激光，激光射入感光靶内的光学传感器上，得到光斑图像进行实时处理，在通过一定的算法解算出前盾的位姿信息，从而得到前盾与支撑盾之间的相对位姿，提高了实时性和数据的准确性。

技术领域

本发明涉及一种单目视觉技术，具体涉及一种用于双护盾TBM视觉测量系统。

背景技术

在地铁和隧道等地下施工过程中，盾构施工法具有自动化程度高，安全高效，精度高，对周围地表环境干扰小等优势，得到了广泛的发展和应用。盾构施工法是指采用盾构机进行隧道施工作业的方法^[1]。盾构在开始位置的工作竖井内安装完成后，开始沿隧道设计轴线进行掘进，盾构在掘进的同时拼装管片形成衬砌，并通过混泥土对衬砌进行加固，从而形成隧道。自1928年世界上第一条用盾构法施工的隧道在伦敦泰晤士河建设以来己经有180多年的发展历史，这项工程开创了盾构施工法隧道的先河。随后，盾构施工法隧道在英国、德国、美国、日本、法国和中国等国家得到了进一步的发展。20世纪90年代，盾构施工法得到了飞速的发展，取得了惊世骇俗的成就，日本东京湾道路隧道被称之为超大型道路交通盾构施工法隧道的工程典范。进入21世纪以来，我国的隧道及地下铁路事业进入高速发展时代，中国成为了世界上最大的隧道及地下工程施工市场，拥有着广阔的发展前景。目前，我国的城市轨道交通建设正面临着史无前例的高速发展，北京、上海、广州等大城市每年仍然在以百亿的投资速度继续发展着地下隧道工程建设。

随着盾构施工法的广泛应用，盾构机有了较快的发展，先进的盾构机在地下工程中充分发挥其优越性^[2]。双护盾硬岩隧道掘进机(Double Shield Universal CompactTBM，简称DSUC TBM)集电、机、气、液、光、信息技术于一体，是一种新型、先进高效、高智能的盾构机。双护盾硬岩隧道掘进机主要包括带有刀盘及其驱动、主轴承等的前盾体，装有支撑设备的后盾体，伸缩油缸和拼装系统等部分组成^[3]。前盾体和后盾体通过伸缩油缸连接，伸缩油缸通过前后伸缩实现前盾体相对后盾体的前后伸缩；伸缩油缸两端的连接处都装有球铰，并且呈环形分布，通过控制不同的伸缩油缸保证前盾体与后盾体之间有一定的旋转摆动角度，伸缩油缸可实现前后伸缩，从而实现前盾体相对后盾体的位姿运动，前盾相对后盾前后距离变动范围为3.5m～5m。双护盾硬岩隧道掘进机可以解决小半径转弯隧道，岩石强度高，岩石性质复杂等问题，并且其具备施工速度快、效率高、质量优特点，在硬岩等掘进中成为首要的选择。

在施工过程中，盾构机只能前进无法后退，对盾构机掘进位姿的施工要求精确，必须保证盾构机沿着隧道既定的设计路线掘进，才能确保隧道顺利贯通。盾构机位姿的实时测量是保证精确施工的重要方法。在盾构机掘进过程中，实时精确测量盾构机的位姿，并结合既定的隧道设计曲线，及时调整盾构机的位姿，从而确保盾构机实际掘进线路与既定设计曲线之间的偏差在一定范围内^[4,5]。对于双护盾硬岩隧道掘进机，目前，缺乏较好的导向系统实时测量前盾体位置，尤其是其前盾体盾首中心的空间精确定位^[6]。随着双护盾硬岩隧道掘进机在实际应用越来越广泛，其前盾体盾首中心的空间精确定位与支撑盾相对位姿就成为当务之急。

针对上述技术问题，如何提供一种较为方便，重复性低的双护盾TBM视觉测量系统就成了本领域技术人员的长期技术诉求。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种能够高效准确的解决双护盾TBM在掘进施工的双护盾TBM前盾与支撑盾之间的相对位姿的测量方法。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：