盾构姿态自动监测系统开发与应用(1)(2)
2014-06-12 01:03
导读：(1) 独特的同步跟进方式：本系统采用同步跟进测量方式，较好克服了随着掘进面推进测点越来越远造成的观测困难和不便。 (2) 免除辅助传感器设备，六要
(1) 独特的同步跟进方式：本系统采用同步跟进测量方式，较好克服了随着掘进面推进测点越来越远造成的观测困难和不便。
(2) 免除辅助传感器设备，六要素一次给出（六自由度）。
(3) 三维向量导线计算：系统充分利用测量机器人(Leica TCA全站仪)的已有功能，直接测量点的三维坐标（X，Y，Z）,采用新算方法——“空间向量”进行严密的姿态要素求解。
(4) 运行稳定精度高：能充分满足隧道工程施工对精度控制的要求以及对运行稳定性的要求。
(5) 适用性强：能耐高低温，适于条件较差的施工环境中的正常运行（温度变化大，湿度高，有震动的施工环境）。
图1 系统主信息界面示意
系统连续跟踪测定当前盾构机的三维空间位置、姿态，和设计轴线进行比较获得偏差信息。在计算机屏幕上显示的主要信息如图一所示。包括：盾构机两端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾构机刚体三个姿态转角：1)盾购机水平方向偏转角（方位角偏差）、2)盾构机轴向旋转角、3)盾构机纵向坡度差（倾斜角差），以及测量时间和盾构机切口的当前里程，并显示盾构机切口所处位置的线路设计要素。
2.3 运行流程
系统采用跟踪式全自动全站仪（测量机器人），在计算机的遥控下完成盾构实时姿态跟踪测量。测量方式如图二所示：由固定在吊篮（或隧道壁）上的一台自动全站仪[T2]和固定于隧道内的一个后视点Ba，组成支导线的基准点与基准线。按连续导线形式沿盾构推进方向，向前延伸传递给在同步跟进的车架顶上安置的另一台自动全站仪[T1]及棱镜，由测站[T1]测量安置于盾构机内的固定点{P1}、{P2}、{P3}，得到三点的坐标。盾构机本体上只设定三个目标测点。该方式能较好地解决激光指向式测量系统的痼疾——对曲线段推进时基准站设置与变迁频繁的问题。
（科教范文网 fw.nseac.com编辑发布） 2.4 刚体原理
盾构机体作为刚体，理论上不难理解，刚体上三个不共线的点唯一地确定其空间位置与姿态。由三测点的实时坐标值，按向量归算方法（另文），解算得出盾构机特征点坐标与姿态角度精确值。即通过三维向量归算直接求得盾构机切口和盾尾特征部位中心点O1和O2当前的三维坐标（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同时根据里程得到设计所对应的理论值，两者比较得出偏差量。
2.5 系统初始化操作
系统初始化包括四项内容：
1) 设置盾构机目标测点和后视基准点；
2) 固定站和动态站上全站仪安置；
3) 盾构控制室内计算机与全站仪通讯缆连接；
4) 系统运行初态数据测定和输入。
在固定站[T2]换位时，相关的初态数据须重测重设，而其他几项只在首次安装时完成即可。
F1键启动系统。固定的[T2]全站仪后视隧道壁上的Ba后视点（棱镜）进行系统的测量定向。[T2]和安装于盾构机车架顶上的[T1]全站仪（随车架整体移动）以及固定于盾构机内的测量目标（反射镜）P1、P2、P3构成支导线进行导线自动测量。
2.6 运行操作与控制
本系统在两个测站点[T1]、[T2]安装自动全站仪，由通信线与计算机连接，除计算机“开”与“关”外，运行中无须人员操作和干予，计算机启动后直接进入自动测量状态界面，当系统周而复始连续循环运行时，能够智能分析工作状态来调整循环周期（延迟时间），直到命令停止测量或退出。 3 系统软件与设备构成
3.1 软件开发依据的基础
测量要素获得是系统工作的基础，选用瑞士Leica公司TCA自动全站仪（测量机器人）及相应的配件，构成运行硬件基础框架。基于TCA自动全站仪系列的接口软件GeoCom和空间向量理论及定位计算方法，实现即时空间定位，这在设计原理上不同于现有同类系统。系统通过启动自动测量运行程序，让IPC机和通讯设备遥控全站仪自动进行测量，完成全部跟踪跟进测量任务。
