一种基于路径规划导航的隧道定位方法、装置及打孔方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种基于路径规划导航的隧道定位方法、装置及打孔方法，其中定位装置包括自动激光瞄准模块、自动调平机构、处理控制模块、RFID读写模块、电源模块、固定底座以及位置标签模块；其中电源模块设置于处理控制模块以及固定底座之间；处理控制模块上侧还设置有自动调平结构，自动调平机构上设置有自动激光瞄准模块；RFID读写模块设置于处理控制模块的左右两侧；位置标签模块设置于隧道内侧；处理模块分别与自动激光瞄准模块、自动调平机构、RFID读写模块以及电源模块连接；通过设置自动激光瞄准模块，完成对隧道中的位置标签模块的角度和距离检测，并根据位置标签模块的RFID读写过程，记录和获取相对位置。记录和获取相对位置。记录和获取相对位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径规划导航的隧道定位方法、装置及打孔方法


[0001]本专利技术涉及隧道定位领域，特别是涉及一种基于路径规划导航的隧道定位方法、装置及打孔方法。

技术介绍

[0002]随着城市交通建设的推行，对于交通便利性的要求也越来越高。对于道路交通而言，由于道路宽度等因素的限制，道路交通的可发展程度有限，因此地下交通和高架逐渐盛行，包括地铁、轻轨等。
[0003]地铁的列车通常在全封闭的线路上运行，尤其是位于中心城区的线路，基本建设在地下隧道内，因此也存在极大的建设难度。对于道路交通而言，获取准确的道路里程数据是极其重要的，里程数据能够便于标志物的安装，比如路灯、里程牌等等。但是在地下隧道建设的过程中，由于环境封闭、信号差，难以借助外部的通信设施，因此难以在隧道中完成定位和测距，这对隧道建设产生了极大的阻碍；另一方面，由于频繁的刹车和启动等因素的影响，也会导致里程计的计数不准，难以确保采集的里程数据可靠。因此需要一种基于路径规划导航的隧道定位装置及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于路径规划导航的隧道定位方法、装置及打孔方法。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于路径规划导航的隧道定位装置，包括自动激光瞄准模块、自动调平机构、处理控制模块、RFID读写模块、电源模块、固定底座以及位置标签模块；其中电源模块设置于处理控制模块以及固定底座之间；处理控制模块上侧还设置有自动调平结构，自动调平机构上设置有自动激光瞄准模块；RFID读写模块设置于处理控制模块的左右两侧；位置标签模块设置于隧道内侧；处理模块分别与自动激光瞄准模块、自动调平机构、RFID读写模块以及电源模块连接。
[0007]进一步的，所述固定底座架设于铁路轨道上或者安装于外部的铁轨大型平板车的设定位置；
[0008]所述位置标签模块设置于隧道内，位置标签模块为透明的正方体结构；在位置标签模块的相对的两个面上设置有反光标签；位置标签模块朝向轨道的一面还设置有RFID；
[0009]所述处理控制模块包括微型电脑以及FPGA模块，其中微型电脑用于处理自动激光瞄准模块采集的信息，并完成距离计算；FPGA模块分别与微型电脑以及自动调平机构连接，用于控制自动调平机构实现调平；
[0010]所述自动激光瞄准模块包括左右旋转电机、上下旋转电机、望远视觉标准模块以及安装架；望远视觉标准模块通过左右旋转电机以及上下旋转电机设置于安装架上，望远视觉标准模块通过左右旋转电机以及上下旋转电机分别实现左右和上下的转动；其中左右
旋转电机和上下旋转电机还能够获取各自的旋转角度；安装架设置于自动调平结构上；望远视觉标准模块包括激光测距模块以及机器视觉模块，其中激光测距模块用于检测距离，机器视觉模块用于获取图像；
[0011]所述自动调平机构包括二轴角度旋转平台、倾斜传感器、二轴旋转电机以及FPGA控制卡；其中FPGA控制卡分别与二轴角度旋转平台、倾斜传感器以及二轴旋转电机连接，FPGA控制卡还与处理控制模块中的FPGA模块连接；
[0012]所述RFID读写模块包括RFID读写装置以及伸缩臂，其中RFID读写装置通过伸缩臂安装设置于处理控制模块的左右两侧。
[0013]一种基于路径规划导航的隧道定位方法，包括如下步骤：
[0014]步骤1：定位装置获取第一组CP3基准点C0和C1的经纬度坐标，建立正向坐标系；
[0015]步骤2：定位装置进入隧道，并沿着隧道前行，每前行设定里程，则设置位置标签模块；
[0016]步骤3：将设置的位置标签模块作为待测点，根据基准点坐标结合自动激光瞄准模块，通过粗定位流程依次检测获得两组基准点之间的待测点的检测坐标；
[0017]步骤4：定位装置获得第二组CP3基准点C2和C3的经纬度坐标，并将其带入正向坐标系；将基准点C2和C3的实际经纬度坐标的转换坐标与其检测坐标进行比较，获得第一误差；其中检测坐标表示定位装置通过粗定位流程获得的测量值；
[0018]步骤5：定位装置继续前行，直至驶出隧道，采集隧道出口的基准点组的经纬度坐标；并根据步骤1～步骤4，获得任意两个基准点组之间的正向坐标系；
[0019]步骤6：定位装置从隧道出口的基准点组返回第一组基准点，通过自动激光瞄准模块依次检测两组基准点之间的待测点，结合粗定位流程获得检测坐标，并根据每两个相邻基准点之间的第一误差对检测坐标进行修订，获得修订坐标，并获得任意两个基准点组之间的反向坐标系；
[0020]步骤7：定位装置获得基准点的经纬度坐标，并将其带入反向坐标系；将每个反向坐标系中的基准点的实际经纬度坐标的转换坐标与其检测坐标进行比较，获得每段反向坐标系的第二误差；
[0021]步骤8：获得每段反向坐标系的第二误差与对应的基准点组之间的里程的比值，将比值与设定的阈值进行比较；若比值超出设定阈值，则认为修订坐标的误差较大，需要根据第二误差再次修订，获得二次修订坐标，进入步骤9；否则，认为修订坐标符合误差预期，结束步骤；
[0022]步骤9：定位装置从隧道入口的第一组基准点返回隧道出口，将修正后的二次修订坐标写入待测点的RFID中，结束步骤。
[0023]进一步的，所述步骤1中，将C0设定为坐标原点，设定基准点C0在正向坐标系中的转换坐标为(0，0，0)；将基准点C1的经纬度坐标带入坐标系一中获得转换坐标(X1，Y1，Z1)，如下所示：
[0024][0025][0026]Z1＝H0
‑
H1
[0027]其中，获得基准点C0和C1的经纬度坐标分别为(N0，E0，H0)以及(N1，E1，H1)；L为地球周长信息，L＝6381372*math.pi*2，通过将周长L与360/60/60的比值，转换成角秒，表示每角秒对应长度，单位为米。
[0028]进一步的，所述步骤2中设置位置标签模块的过程包括：
[0029]首先设定隧道直径为D1米，设置自动激光瞄准模块的投射距离为L米，根据投射距离和隧道直径获得转向角θ，表示为：
[0030][0031]定位装置控制自动激光瞄准模块的左右旋转电机分别向左和右转动θ角度，向隧道内投射激光点，并在激光点位置设置位置标签模块；在完成一处位置标签模块的设置后，会向前行进设定里程L
’
，并重复上述过程，完成所有位置标签模块的设置。
[0032]进一步的，所述步骤3中的粗定位流程需要通过相邻的两组基准点对其间的待测点进行检测，其中每次通过基准点组，都会根据基准点组的经纬度坐标，并根据该基准点组在正向坐标系中的转换坐标，作为后一段隧道中的待测点的检测基准；其中安装粗定位流程包括如下步骤：
[0033]步骤31：定位装置从隧道入口沿轨道正向行驶，读取经过的基准点组的经纬度坐标，并建立正向坐标系；
[0034]步骤32：通过编码器获得行驶里程数据，通过未知点求取流程，根据基准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于路径规划导航的隧道定位装置，其特征在于，包括自动激光瞄准模块、自动调平机构、处理控制模块、RFID读写模块、电源模块、固定底座以及位置标签模块；其中电源模块设置于处理控制模块以及固定底座之间；处理控制模块上侧还设置有自动调平结构，自动调平机构上设置有自动激光瞄准模块；RFID读写模块设置于处理控制模块的左右两侧；位置标签模块设置于隧道内侧；处理模块分别与自动激光瞄准模块、自动调平机构、RFID读写模块以及电源模块连接。2.根据权利要求1所述的一种基于路径规划导航的隧道定位装置，其特征在于，所述固定底座架设于铁路轨道上或者安装于外部的铁轨大型平板车的设定位置；所述位置标签模块设置于隧道内，位置标签模块为透明的正方体结构；在位置标签模块的相对的两个面上设置有反光标签；位置标签模块朝向轨道的一面还设置有RFID；所述处理控制模块包括微型电脑以及FPGA模块，其中微型电脑用于处理自动激光瞄准模块采集的信息，并完成距离计算；FPGA模块分别与微型电脑以及自动调平机构连接，用于控制自动调平机构实现调平；所述自动激光瞄准模块包括左右旋转电机、上下旋转电机、望远视觉标准模块以及安装架；望远视觉标准模块通过左右旋转电机以及上下旋转电机设置于安装架上，望远视觉标准模块通过左右旋转电机以及上下旋转电机分别实现左右和上下的转动；其中左右旋转电机和上下旋转电机还能够获取各自的旋转角度；安装架设置于自动调平结构上；望远视觉标准模块包括激光测距模块以及机器视觉模块，其中激光测距模块用于检测距离，机器视觉模块用于获取图像；所述自动调平机构包括二轴角度旋转平台、倾斜传感器、二轴旋转电机以及FPGA控制卡；其中FPGA控制卡分别与二轴角度旋转平台、倾斜传感器以及二轴旋转电机连接，FPGA控制卡还与处理控制模块中的FPGA模块连接；所述RFID读写模块包括RFID读写装置以及伸缩臂，其中RFID读写装置通过伸缩臂安装设置于处理控制模块的左右两侧。3.一种基于路径规划导航的隧道定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：定位装置获取第一组CP3基准点C0和C1的经纬度坐标，建立正向坐标系；步骤2：定位装置进入隧道，并沿着隧道前行，每前行设定里程，则设置位置标签模块；步骤3：将设置的位置标签模块作为待测点，根据基准点坐标结合自动激光瞄准模块，通过粗定位流程依次检测获得两组基准点之间的待测点的检测坐标；步骤4：定位装置获得第二组CP3基准点C2和C3的经纬度坐标，并将其带入正向坐标系；将基准点C2和C3的实际经纬度坐标的转换坐标与其检测坐标进行比较，获得第一误差；其中检测坐标表示定位装置通过粗定位流程获得的测量值；步骤5：定位装置继续前行，直至驶出隧道，采集隧道出口的基准点组的经纬度坐标；并根据步骤1～步骤4，获得任意两个基准点组之间的正向坐标系；步骤6：定位装置从隧道出口的基准点组返回第一组基准点，通过自动激光瞄准模块依次检测两组基准点之间的待测点，结合粗定位流程获得检测坐标，并根据每两个相邻基准点之间的第一误差对检测坐标进行修订，获得修订坐标，并获得任意两个基准点组之间的反向坐标系；步骤7：定位装置获得基准点的经纬度坐标，并将其带入反向坐标系；将每个反向坐标
系中的基准点的实际经纬度坐标的转换坐标与其检测坐标进行比较，获得每段反向坐标系的第二误差；步骤8：获得每段反向坐标系的第二误差与对应的基准点组之间的里程的比值，将比值与设定的阈值进行比较；若比值超出设定阈值，则认为修订坐标的误差较大，需要根据第二误差再次修订，获得二次修订坐标，进入步骤9；否则，认为修订坐标符合误差预期，结束步骤；步骤9：定位装置从隧道入口的第一组基准点返回隧道出口，将修正后的二次修订坐标写入待测点的RFID中，结束步骤。4.根据权利要求3所述的一种基于路径规划导航的隧道定位方法，其特征在于，所述步骤1中，将C0设定为坐标原点，设定基准点C0在正向坐标系中的转换坐标为(0，0，0)；将基准点C1的经纬度坐标带入坐标系一中获得转换坐标(X1，Y1，Z1)，如下所示：点C1的经纬度坐标带入坐标系一中获得转换坐标(X1，Y1，Z1)，如下所示：Z1＝H0
‑
H1其中，获得基准点C0和C1的经纬度坐标分别为(N0，E0，H0)以及(N1，E1，H1)；C为地球周长信息，C＝6381372*math.pi*2，通过将周长C与360/60/60的比值，转换成角秒，表示每角秒对应长度，单位为米。5.根据权利要求3所述的一种基于路径规划导航的隧道定位方法，其特征在于，所述步骤2中设置位置标签模块的过程包括：首先设定隧道直径为D1米，设置自动激光瞄准模块的投射距离为L米，根据投射距离和隧道直径获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浙泊，毕江海，胡泽新，王继军，王维锐，王振文，余建安，叶雪旺，熊秋龙，刘玖林，郭柱，李广平，王维镝，薛晓荣，简浩，徐亮安，
申请(专利权)人：中国铁建电气化局集团有限公司中铁建电气化局集团南方工程有限公司，
类型：发明
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