一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序系统和方法，由隧道数据采集模块、箱涵件数据采集模块和箱涵件排序工控机组成。具体方法如下所述隧道数据采集模块采集隧道信息，并将点云数据发送给箱涵件排序工控机；所述箱涵件数据采集模块采集箱涵件信息，并将图像数据发送给箱涵件排序工控机；所述箱涵件排序工控机处理点云与图像数据，分别得到隧道轴线和箱涵件精确尺寸，进而得到箱涵件在隧道中的拼接序列。本发明专利技术有效的降低了预制箱涵件拼接时的调整难度，极大的提高了预制箱涵件拼接质量；此外，还可以提供预制箱涵件间的相对位置，指导安装装置拼接预制箱涵件，简化了拼接检测过程，提高了预制箱涵件拼接效率。提高了预制箱涵件拼接效率。提高了预制箱涵件拼接效率。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序系统和方法


[0001]本专利技术涉及盾构隧道预制箱涵件拼接领域，具体为一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序系统和方法。

技术介绍

[0002]在盾构隧道施工过程中，箱涵的施工步骤较为繁琐，传统施工方案采用架设普通模板进行现浇混凝土施工，施工速度缓慢。新型施工方案采用预制箱涵件进行现场拼接施工，施工效率显著提升。在箱涵件拼接时需对箱涵件进行精调，满足箱涵件安装质量要求，由于盾构隧道有转弯和沉降且预制箱涵件间尺寸存在差异，增大了预制箱涵件对安装装置的安装精度要求，甚至导致预制箱涵件安装质量不达标。
[0003]通过合理的预制箱涵件排序，实现箱涵件的尺寸差异与盾构隧道转弯和沉降互补，可以有效改善预制箱涵件安装质量。盾构隧道轴线和预制箱涵件尺寸的测量是预制箱涵件排序的基础。在施工中，通过全站仪和棱镜实现盾构隧道轴线测量，但在测量过程中，棱镜需要人工摆放到隧道管片上，测量费时费力。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序方法，得到当前最优的预制箱涵件拼接序列，增大了预制箱涵件拼接时的可调容差范围，降低了安装装置的安装精度要求，保障了预制箱涵件的安装质量。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序系统，由隧道数据采集模块、箱涵件数据采集模块和箱涵件排序工控机组成，所述隧道数据采集模块安装在管片拼接装置后方的盾构机框架上，所述箱涵件数据采集模块安装在箱涵件尺寸测量装置中，所述箱涵件排序工控机分别与隧道数据采集模块和箱涵件数据采集模块连接；所述隧道数据采集模块由点云数据传输模块、点云数据采集控制模块和云台激光扫描仪组成，点云数据采集控制模块分别与点云数据传输模块和云台激光扫描仪连接，云台激光扫描仪由云台和激光扫描仪组成，激光扫描仪安装在云台上；所述箱涵件数据采集模块由图像数据传输模块、图像数据采集控制模块、横向CCD相机和纵向CCD相机组成，所述图像数据传输模块与图像数据采集控制模块连接，图像数据采集控制模块分别与横向CCD相机和纵向CCD相机连接。
[0006]一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序方法，包括以下步骤：S1.所述隧道数据采集模块采集隧道信息，并将点云数据发送给箱涵件排序工控机；具体步骤如下：S101.所述点云数据采集控制模块控制云台激光扫描仪采集隧道数据；S102.所述点云数据采集控制模块通过点云数据传输模块将采集的点云数据发送到箱涵件排序工控机；
S2.所述箱涵件数据采集模块采集箱涵件信息，并将图像数据发送给箱涵件排序工控机；具体步骤如下：S201.所述图像数据采集控制模块控制横向CCD相机和纵向CCD相机采集箱涵件数据；S202.所述图像数据采集控制模块通过图像数据传输模块将采集的图像数据发送到箱涵件排序工控机；S3.所述箱涵件排序工控机处理点云与图像数据，分别得到隧道轴线和箱涵件精确尺寸，进而得到箱涵件在隧道中的拼接序列。
[0007]优选的，所述S3的具体步骤如下：S301.根据点云数据段之间重合部分拼接各段点云数据，统一各段点云坐标系；S302.截取隧道截面数据点，对截面数据去干扰，留下管片表面数据点；S303.在去干扰后的截面数据点中随机选取三个数据点，过该三点的三条直线的交点为隧道截面圆心；S304.判断点云数据是否截取完毕，得到隧道所有截面圆心，若是，执行S305，否则，执行S302，截取隧道下个截面并处理；S305.利用得到的各截面圆心拟合出隧道轴线；S306.识别图片中箱涵件棱边，并计算棱边的像素点数量；S307.计算相机像素点与实际尺寸比例关系，将标定物放置于需要计算的箱涵件位置，通过相机获取的标定物图像与标定物实际尺寸的比值得到相机像素点与实际尺寸比例关系，通过标定的相机像素点除以实际尺寸比例关系，得到箱涵件棱边长度；S308.设置棱边相对位置，得到单个箱涵件上表面和侧面外轮廓尺寸；S309.判断图像数据是否处理完毕，得到所有箱涵件尺寸，若是，执行S310，否则，执行S306，处理下个箱涵件图像数据；S310.根据箱涵件上表面和侧面外轮廓尺寸建立箱涵件简化模型库；S311.在水平方向以箱涵件上表面两长边中点为基准且在竖直方向以箱涵件底面长边为基准沿着S305的隧道轴线拼接箱涵件简化模型，并得到拼接后的箱涵件简化模型上表面两长边中点坐标；S312.根据相邻箱涵件上表面长边中点间距，该间距为相邻箱涵件间隙，求得当前拼接序列箱涵件拼接间隙的平均数和方差；S313.判断箱涵件所有拼接序列是否处理完毕，若是，执行S314，否则，执行S311，处理下个拼接序列；S314.选取拼接误差最小的拼接序列为该隧道箱涵件的排版。
[0008]其中，为拼接误差，分别为平均数和方差的权重。
[0009]本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过隧道数据采集模块实现盾构隧道中心线自动测量，简化了测量工作、提高了隧道中心线测量效率；盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序方法可得到当前隧道管片的最优拼接序列，有效的降低了预制箱涵件拼接时的调整难度，极大的提高了预制箱涵件
拼接质量；此外，还可以提供预制箱涵件间的相对位置，指导安装装置拼接预制箱涵件，简化了拼接检测过程，提高了预制箱涵件拼接效率。
[0010]附图说明
[0011]图1为本专利技术盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序方法流程图。
[0012]图2为本专利技术盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序系统原理框图。
[0013]图3为本专利技术隧道数据采集流程图。
[0014]图4为本专利技术箱涵件数据采集流程图。
[0015]图5为本专利技术箱涵件排序工控机数据处理流程图。
[0016]具体实施方式
[0017]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0018]还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序系统，由隧道数据采集模块、箱涵件数据采集模块和箱涵件排序工控机组成，其特征在于，所述隧道数据采集模块安装在管片拼接装置后方的盾构机框架上，所述箱涵件数据采集模块安装在箱涵件尺寸测量装置中，所述箱涵件排序工控机分别与隧道数据采集模块和箱涵件数据采集模块连接；所述隧道数据采集模块由点云数据传输模块、点云数据采集控制模块和云台激光扫描仪组成，点云数据采集控制模块分别与点云数据传输模块和云台激光扫描仪连接，云台激光扫描仪由云台和激光扫描仪组成，激光扫描仪安装在云台上；所述箱涵件数据采集模块由图像数据传输模块、图像数据采集控制模块、横向CCD相机和纵向CCD相机组成，所述图像数据传输模块与图像数据采集控制模块连接，图像数据采集控制模块分别与横向CCD相机和纵向CCD相机连接。2.一种使用权利要求1所述的盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.所述隧道数据采集模块采集隧道信息，并将点云数据发送给箱涵件排序工控机；具体步骤如下：S101.所述点云数据采集控制模块控制云台激光扫描仪采集隧道数据；S102.所述点云数据采集控制模块通过点云数据传输模块将采集的点云数据发送到箱涵件排序工控机；S2.所述箱涵件数据采集模块采集箱涵件信息，并将图像数据发送给箱涵件排序工控机；具体步骤如下：S201.所述图像数据采集控制模块控制横向CCD相机和纵向CCD相机采集箱涵件数据；S202.所述图像数据采集控制模块通过图像数据传输模块将采集的图像数据发送到箱涵件排序工控机；S3.所述箱涵件排序工控机处理点云与图像数据，分别得到隧道轴线和箱涵件精确尺寸，进而得到箱涵件在隧道中的拼接序列。3.根据权利要求2所述的盾构隧道预制箱涵件拼接自动排序方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛照国，陈辰，杜亚南，曲春雨，于朋臣，吴烁，
申请(专利权)人：中铁十四局集团大盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：