用于盾构机坡度和旋转角度测量方法、系统、终端、介质技术方案

本发明专利技术属于隧道测量技术领域，公开了用于盾构机坡度和旋转角度测量方法、系统、终端、介质。根据拟建隧道设计坡度确定坡度板与线坠位置关系，坡度板固定后标记线坠底端初始位；同时人工测量盾构机位于始发架坡度及旋转角度，将测量结果与自动测量采集数据进行对比；盾构掘进过程中，随着盾构机坡度及旋转角度变化，线坠依靠重力线坠底部与坡度板相对关系发生变化，量取变化量确定盾构机实时坡度和旋转角度。与传统方式相比，本发明专利技术降低了盾构机坡度和旋转角度的人工测量难度，同时也增大了测量结果的精度。并在盾构机自动测量装置出现问题时也可快速的进行人工测量。时也可快速的进行人工测量。时也可快速的进行人工测量。

【技术实现步骤摘要】
用于盾构机坡度和旋转角度测量方法、系统、终端、介质


[0001]本专利技术属于隧道测量
，尤其涉及一种用于盾构机坡度和旋转角度测量方法及测量系统、信息数据处理终端、计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]目前，近年来随着自动测量仪器的发展盾构法隧道施工中，一般采用自动测量系统进行盾构施工掘进导行。为保证测量精度人工复测是施工测量的重要环节，特别是在长距离的隧道施工中，人工复测是保证顺利贯通的重要工作。盾构机的坡度和旋转角度是人工测量复测盾构姿态、轴线的重要参数。在施工过程中，定期进行人工复测与盾构机自动测量设备参数进行对比，可有效提供施工测量精度。
[0003]以往人工测量盾构机坡度和旋转角度，需要在盾构机上选取多个点来进行数据采集，经过复杂的计算得出盾构机的坡度和旋转角度。但盾构机内设备、线路等障碍物多，需多次反复调整仪器架设位置，测量时间长，且空间狭窄，亮度底、潮气大测量精度低。所以有必要对传统的测量方式方法进行优化。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，盾构机坡度和旋转角度的测量难度大，测量结果精度低。在盾构机自动测量装置出现问题不能快速的进行测量。影响了盾构机的工作效率。

技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种用于盾构机坡度和旋转角度测量方法及测量系统。目的在于寻找一种简便、快捷的盾构机坡度和旋转角度测量方法，在原有方法上进行改良，使测量精准性大大提升，从而提升人工复测精度。此外，要求还能快速完成测量过程。
[0006]本专利技术提供一种用于盾构机坡度和旋转角度测量方法，包括：
[0007]根据拟建隧道设计坡度确定坡度板与线坠位置关系，坡度板固定后标记线坠底端初始位；同时人工测量盾构机位于始发架坡度及旋转角度，将测量结果与自动测量采集数据进行对比；
[0008]盾构掘进过程中，随着盾构机坡度及旋转角度变化，线坠依靠重力线坠底部与坡度板相对关系发生变化，量取变化量确定盾构机实时坡度和旋转角度。
[0009]在本专利技术一实施例中，盾构机旋转角度误差不大于0.1秒，坡度误差不大于0.01
‰
。
[0010]在本专利技术一实施例中，自动测量采集坡度板的坡度及旋转角度数据方法包括：
[0011]当操作人员对线坠发出指示信号后，盾构机中部平台的处理器接受到坡度和旋转角度影像测量器对线坠发出识别信号，处理器发出驱动指令，使盾构机中部平台装有的相机连续体通过运动底座移动到指定位置，在电机和减速器的协同作用下驱动坡度和旋转角度影像测量器处于不同的空间角度，实现对线坠的多角度拍摄，实现对线坠的时时追踪拍
摄；并将自动测量采集数据与人工测量结果对比，获取变化量，确定盾构机实时坡度和旋转角度。
[0012]在本专利技术一实施例中，坡度和旋转角度影像测量器对线坠多角度拍摄和识别的方法包括：
[0013]第一步，根据读入的线坠变化后的坐标以及盾构机中部平台与线坠的信号到达时间TOA，测量数据对X、Y、Z轴的坐标进行加权处理，然后计算这个盾构机中部平台到每个线坠变化后的坐标距离；
[0014]第二步，计算盾构机中部平台坐标距离与测量的变化后的距离的平均误差；
[0015]第三步，根据平均误差判断是否继续修正测量距离，否则返回继续加权，是则固定距离修正系数，返回第一步；
[0016]第四步，根据平均误差判断是否继续修正坐标信息，否则返回第三步，是则输出最终的线坠坐标定位信息。
[0017]在本专利技术一实施例中，使用回归分析对观测距离以及实际距离进行回归分析，发现其是否存在线性关系，然后建立观测距离误差修正模型；利用最小二乘法对于Z轴坐标信息进行方法处理，根据设定的阈值计算出的盾构机中部平台与线坠节点的真实距离和修正后的观测距离的均方误差，在最小均方误差下得到最优修正系数，得到盾构机中部平台的精确三维定位；
[0018]所述基于无线通信线坠修正目标三维定位方法利用谱聚类的方法对线坠节点的坐标数据进行聚类，分类的类别个数为m，在得到m个聚类后在每类中找到一个最优的线坠节点；利用节点的信号到达时间TOA计算目标的三维坐标。
[0019]在本专利技术一实施例中，得到线坠的坐标后，由每类中的所有线坠节点坐标求真实距离，与观测距离进行比较，求出每个误差：
[0020]误差计算方法如下式所示：
[0021][0022][0023](x
i
,y
i
,z
i
)和(x
i
',y
i
',z
i
')分别是第i个终端的计算坐标和参考坐标，error
i
是计算坐标和参考坐标的误差，error是所有终端误差的均值，n是误差的个数；
[0024]如果所选中的线坠节点误差不是最小的，则重新将误差最小的线坠节点设为理想线坠节点，其他理想线坠节点固定不变，再重新计算终端坐标和误差，直到所选中的线坠节点误差最小，则得到了当前类中的最优线坠节点；
[0025]重复依次对其它类中的选取的线坠节点进行迭代优化直到在每类中选出最终的最优线坠节点；
[0026]增加聚类的个数m，重复以上的步骤，找到不同聚类个数下的最优线坠节点算出终端的坐标并计算均方误差，均方误差变化的斜率趋于稳定时所对应的m值是精确定位终端坐标所需要的最少线坠节点个数；
[0027]对于目标三维定位中的非视距距离误差进行修正的方法包括：
[0028]步1：设盾构机中部平台i到线坠节点j的TOA为t
ij
，c＝3
×
108m/s为光速，终端的真实坐标为(x
i
,y
i
,z
i
)，线坠节点的坐标为(x
j
,y
j
,z
j
)；则观测距离S
ij
和由坐标计算的真实距离S
ij
'计算如下：
[0029]S
ij
＝c*t
ij
[0030][0031]步骤2：使用回归分析对观测距离以及实际距离进行回归分析，发现其存在线性关系，所以由终端到线坠节点的TOA计算的观测距离与真实距离的关系，可以建立如下观测距离误差修正模型：
[0032][0033]对于Z轴坐标信息进行修正处理的方法包括：
[0034]步骤I：原始的最小二乘算法，已知三维空间存在的线坠B
i
＝(x
i
,y
i
,z
i
)和它们到节点M＝(x,y,z)的观测距离d
i
，其中d
i
＝ct
i
，c＝3
×
108m/s为光速，t
i
为终端到线坠B
i
的TOA，0≤i≤N代表线坠的编号，则三维坐标的最小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于盾构机坡度和旋转角度测量方法，其特征在于，所述用于盾构机坡度和旋转角度测量方法包括：根据拟建隧道设计坡度确定坡度板与线坠位置关系，坡度板固定后标记线坠底端初始位；同时人工测量盾构机位于始发架坡度及旋转角度，将测量结果与自动测量采集数据进行对比；盾构掘进过程中，随着盾构机坡度及旋转角度变化，线坠依靠重力线坠底部与坡度板相对关系发生变化，量取变化量确定盾构机实时坡度和旋转角度。2.根据权利要求1所述的用于盾构机坡度和旋转角度测量方法，其特征在于，盾构机旋转角度误差不大于0.1秒，坡度误差不大于0.01
‰
。3.根据权利要求1所述的用于盾构机坡度和旋转角度测量方法，其特征在于，自动测量采集坡度板的坡度及旋转角度数据方法包括：当操作人员对线坠发出指示信号后，盾构机中部平台的处理器接受到坡度和旋转角度影像测量器对线坠发出识别信号，处理器发出驱动指令，使盾构机中部平台装有的相机连续体通过运动底座移动到指定位置，在电机和减速器的协同作用下驱动坡度和旋转角度影像测量器处于不同的空间角度，实现对线坠的多角度拍摄，实现对线坠的时时追踪拍摄；并将自动测量采集数据与人工测量结果对比，获取变化量，确定盾构机实时坡度和旋转角度。4.根据权利要求3所述的用于盾构机坡度和旋转角度测量方法，其特征在于，坡度和旋转角度影像测量器对线坠多角度拍摄和识别的方法包括：第一步，根据读入的线坠变化后的坐标以及盾构机中部平台与线坠的信号到达时间TOA，测量数据对X、Y、Z轴的坐标进行加权处理，然后计算这个盾构机中部平台到每个线坠变化后的坐标距离；第二步，计算盾构机中部平台坐标距离与测量的变化后的距离的平均误差；第三步，根据平均误差判断是否继续修正测量距离，否则返回继续加权，是则固定距离修正系数，返回第一步；第四步，根据平均误差判断是否继续修正坐标信息，否则返回第三步，是则输出最终的线坠坐标定位信息。5.根据权利要求4所述的用于盾构机坡度和旋转角度测量方法，其特征在于，使用回归分析对观测距离以及实际距离进行回归分析，是否存在线性关系，然后建立观测距离误差修正模型；利用最小二乘法对于Z轴坐标信息进行方法处理，根据设定的阈值计算出的盾构机中部平台与线坠节点的真实距离和修正后的观测距离的均方误差，在最小均方误差下得到最优修正系数，得到盾构机中部平台的精确三维定位；所述基于无线通信线坠修正目标三维定位方法利用谱聚类的方法对线坠节点的坐标数据进行聚类，分类的类别个数为m，在得到m个聚类后在每类中找到一个最优的线坠节点；利用节点的信号到达时间TOA计算目标的三维坐标；得到线坠的坐标后，由每类中的所有线坠节点坐标求真实距离，与观测距离进行比较，求出每个误差：误差计算方法如下式所示：
(x
i
,y
i
,z
i
)和(x
i
',y
i
',z
i
')分别是第i个终端的计算坐标和参考坐标，error
i
是计算坐标和参考坐标的误差，error是所有终端误差的均值，n是误差的个数；如果所选中的线坠节点误差不是最小的，则重新将误差最小的线坠节点设为理想线坠节点，其他理想线坠节点固定不变，再重新计算终端坐标和误差，直到所选中的线坠节点误差最小，则得到了当前类中的最优线坠节点；重复依次对其它类中的选取的线坠节点进行迭代优化直到在每类中选出最终的最优线坠节点；增加聚类的个数m，重复以上的步骤，找到不同聚类个数下的最优线坠节点算出终端的坐标并计算均方误差，均方误差变化的斜率趋于稳定时所对应的m值是精确定位终端坐标所需要的最少线坠节点个数；对于目标三维定位中的非视距距离误差进行修正的方法包括：步骤1：设盾构机中部平台i到线坠节点j的TOA为t
ij
，c＝3
×
108m/s为光速，终端的真实坐标为(x
i
,y
i
,z
i
)，线坠节点的坐标为(x
j
,y
j
,z
j
)；则观测距离S
ij
和由坐标计算的真实距离S
ij
'计算如下：S
ij
＝c*t
ij
步骤2：使用回归分析对观测距离以及实际距离进行回归分析，发现其存在线性关系，所以由终端到线坠节点的TOA计算的观测距离与真实距离的关系，建立如下观测距离误差修正模型：对于Z轴坐标信息进行修正处理的方法包括：步骤I：原始的最小二乘算法，已知三维空间存在的线坠B
i
＝(x
i
,y
i
,z
i
)和它们到节点M＝(x,y,z)的观测距离d
i
，其中d
i
＝ct
i
，c＝3
×
108m/s为光速，t
i
为终端到线坠B...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢昊，邓文涛，温立房，赖长俊，游志杰，房毅，王天玉，
申请(专利权)人：中铁一局集团天津建设工程有限公司，
类型：发明
国别省市：