【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盾构施工领域，更具体地说，涉及一种用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法。
技术介绍
1、盾构法是一种高效、安全、隐蔽、环保、可靠的隧道掘进方法，因其自动化程度高、工程质量好等优点，已成为我国及世界范围内的主流掘进技术。但是，盾构法也存在一些问题和缺陷，其中一个主要问题就是由于施工环境的复杂性、地质变化以及线路走向的变化，导致盾构机的轴线很容易偏离设计线路。当轴线偏差过大时，会导致工期延误和施工质量下降等问题，甚至导致建成的隧道不符合设计要求。
2、为避免出现以上问题，在施工过程中需要及时对盾构机掘进轴线进行校正。而目前为止，纠偏曲线大多选择为三次曲线或连续反向圆曲线，并不能保证曲率连续(g2连续)。传统的g1纠偏曲线在连接处曲率发生突变，平滑程度较低，这可能会导致掘进过程中出现离心力的突变，从而影响隧道的平稳性和安全性。此外，在工程应用上，往往需要专家确定纠偏方案，并根据盾构参数进行选择，但这往往无法保证高精度和高效率的纠偏。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其可实现盾构机轴线平滑纠偏，提高纠偏精度和效率，对保证隧道建设质量、控制项目进度以及确保施工人员和设备的安全具有重要的意义。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，包括以下步骤：
3、s1、根据盾构导向系统获取盾构实际轴线ata，根据ata确定盾构纠偏曲
4、s2、在隧道设计轴线dta上搜寻距离cta起点坐标最近的位置点，以此为纠偏曲线cta的初始终点，获取cta初始终点信息，包括坐标、方向角和曲率；
5、s3、根据最小转弯半径、曲线连续性条件确定cta的限制条件；
6、s4、依据给定cta起点信息和终点信息建立二阶连续欧拉螺线方程；
7、s5、从cta初始终点出发沿dta向掘进方向搜索，得到满足cta限制条件且cta长度最短曲线的cta最优终点信息，将满足该最优终点信息、起点信息和限制条件的cta曲线作为盾构纠偏规划路径。
8、按上述方案，所述步骤s1中，所述盾构纠偏曲线cta起点信息具体包括：盾构位置矢量q＝[x y z]t，盾构角度矢量盾构曲率矢量u＝[κ1κ2]；其中(x,y,z)表示纠偏曲线cta起点盾构机刀盘中心的位置坐标；表示cta起点盾构机的方位角，包括水平方位角θ和俯仰方位角(κ1，κ2)表示纠偏曲线cta起点曲线分别在水平面xoy面和竖直方面xoz面上的曲率。
9、按上述方案，所述步骤s2中，在隧道设计轴线dta上搜寻距离cta起点坐标最近的位置点，以此为纠偏曲线cta的初始终点，获取cta初始终点信息，包括坐标、方向角、曲率，纠偏曲线cta初始终点坐标(x1,y1,z1)，方位角
10、按上述方案，所述步骤s3中，cta的限制条件包括最小转弯半径、几何连续性，转弯半径rmin由盾构机最小转弯半径rm、管片最小转弯半径rs、轨道要求的最小转弯半径rr共同决定，为使纠偏曲线平滑过渡，满足以下公式：
11、
12、其中，r为纠偏曲线曲率半径；y′和y″分别为方程y的一阶和二阶导数；
13、纠偏曲线的一阶连续性要求：
14、
15、其中，x0,y0为纠偏起点的坐标，x1,y1为纠偏终点的坐标，l为纠偏样条的长度，κ′为曲线终点的曲率，纠偏起点方位角和纠偏终点方位角x0,y0为关于欧拉螺线的广义菲涅尔积分的组合：
16、
17、纠偏曲线的二阶连续性要求：
18、
19、其中，li＝si+1-si>0，i＝0，1，...，n-1，上述矢量形式的约束(4)满足当i＝0，1，...，n-1时
20、按上述方案，所述步骤s4中，根据cta起点和终点信息建立欧拉螺线方程，欧拉螺线的二阶连续插值解法，引入非线性函数定义一阶连续插值条件：
21、
22、
23、其中，h(a)x0(2a，δ-a，φ0)，
24、给出简化后的二阶连续性的每个节点的一个非线性方程：
25、
26、按上述方案，所述步骤s5中，从cta初始终点出发沿dta向掘进方向搜索，得到满足cta限制条件且cta长度最短曲线的cta最优终点信息，将满足最优终点信息、起点信息和限制条件的cta曲线作为盾构纠偏规划路径。
27、实施本专利技术的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，具有以下有益效果：
28、本专利技术能够实现对不同轴线偏差生成适应当前情况的纠偏轨迹，得出盾构轨迹纠偏的最优策略，可以有效地修正盾构施工中的轴线偏差，平滑地对盾构机进行纠偏，提高了纠偏精度和效率，为盾构施工过程中盾构轴线纠偏提供了理论依据。
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1.一种用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述盾构纠偏曲线CTA起点信息具体包括：盾构位置矢量q＝[x y z]T，盾构角度矢量盾构曲率矢量u＝[κ1 κ2]；其中(x,y,z)表示纠偏曲线CTA起点盾构机刀盘中心的位置坐标；表示CTA起点盾构机的方位角，包括水平方位角θ和俯仰方位角(κ1，κ2)表示纠偏曲线CTA起点曲线分别在水平面xoy面和竖直方面xoz面上的曲率。
3.根据权利要求1所述的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2中，在隧道设计轴线DTA上搜寻距离CTA起点坐标最近的位置点，以此为纠偏曲线CTA的初始终点，获取CTA初始终点信息，包括坐标、方向角、曲率，纠偏曲线CTA初始终点坐标(x1,y1,z1)，方位角
4.根据权利要求1所述的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，所述步骤S3中，CTA的限制条件包括最小转弯半径、几何连续性，转弯半径Rmin由盾构机最小转弯半
5.根据权利要求1所述的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据CTA起点和终点信息建立欧拉螺线方程，欧拉螺线的二阶连续插值解法，引入非线性函数定义一阶连续插值条件：
6.根据权利要求1所述的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，所述步骤S5中，从CTA初始终点出发沿DTA向掘进方向搜索，得到满足CTA限制条件且CTA长度最短曲线的CTA最优终点信息，将满足最优终点信息、起点信息和限制条件的CTA曲线作为盾构纠偏规划路径。
...【技术特征摘要】
1.一种用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述盾构纠偏曲线cta起点信息具体包括：盾构位置矢量q＝[x y z]t，盾构角度矢量盾构曲率矢量u＝[κ1 κ2]；其中(x,y,z)表示纠偏曲线cta起点盾构机刀盘中心的位置坐标；表示cta起点盾构机的方位角，包括水平方位角θ和俯仰方位角(κ1，κ2)表示纠偏曲线cta起点曲线分别在水平面xoy面和竖直方面xoz面上的曲率。
3.根据权利要求1所述的用于盾构轴线纠偏的二阶连续路径规划方法，其特征在于，所述步骤s2中，在隧道设计轴线dta上搜寻距离cta起点坐标最近的位置点，以此为纠偏曲线cta的初始终点，获取cta初始终点信息，包括坐标、方向角、曲率，纠偏曲线cta初始终点坐标(x1,y1,z1...
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