一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，包括設(shè)置于頂管機(jī)上的激光靶；安裝于隧道內(nèi)管節(jié)上的前視棱鏡；在激光靶后方依次設(shè)置的前視棱鏡、全站儀、后視棱鏡；與激光靶相連接的控制器。采用本實(shí)用新型可解決管節(jié)緊隨頂管機(jī)一起移動，位置坐標(biāo)動態(tài)變化不易測量的問題。
【專利說明】一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種工程建設(shè)領(lǐng)域，尤其涉及一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]頂管隧道掘進(jìn)技術(shù)是地下暗挖的一種工程建設(shè)技術(shù)，是隨著現(xiàn)代地下工程、交通運(yùn)輸、市政建設(shè)以及電氣通訊設(shè)施的發(fā)展而發(fā)展起來的在水利輸水、給水及灌溉工程中管路鋪設(shè)的新技術(shù)，運(yùn)用頂管技術(shù)能在管路穿越道路、河流時(shí)不用明挖，在施工過程中對道路交通、河流泄流不造成任何影響。頂管隧道掘進(jìn)技術(shù)具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快的優(yōu)勢，并且在開挖時(shí)可以控制地面沉降，同時(shí)可以減少對地面建筑物的影響，另外在水下開挖時(shí)不會影響水面交通。一般地，在隧道軸線較長、埋深較大的情況下，采用頂管技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)合理。
[0003]頂管施工是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)，就是在工作坑內(nèi)借助于頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設(shè)計(jì)的坡度頂入土中，并將土方運(yùn)走。一管節(jié)子完成頂入土層之后，再下第二管節(jié)子繼續(xù)頂進(jìn)。其原理是借助于主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井內(nèi)穿過土層一直推進(jìn)到接收井內(nèi)吊起。管道緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后，埋設(shè)在兩坑之間。
[0004]頂管施工涉及的是利用少開挖，即工作井與接收井要開挖，以及不開挖，即管道不開挖技術(shù)來進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)或更換，頂管直徑DN800-4500。通過工作井把要埋設(shè)的管子頂入土內(nèi)，一個(gè)工作井內(nèi)的管子可在地下穿行1500米以上，并且還能曲線穿行，以繞開一些地下管線或障礙物。
[0005]頂管施工在我國沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)廣泛用于城市地下給排水管道、天燃?xì)馐凸艿馈⑼ㄓ嶋娎|等各種管道的非開挖鋪設(shè)。它能穿越公路、鐵路、橋梁、高山、河流、海峽和地面任何建筑物。采用該技術(shù)施工，能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用、減少對環(huán)境污染和道路的堵塞，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[0006]目前頂管技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了十分成熟的階段，其通風(fēng)系統(tǒng)、注漿減摩技術(shù)、排渣技術(shù)、刀盤切削系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、出土輸送系統(tǒng)、供電液壓系統(tǒng)等都得到了充分的發(fā)展和完善，中繼間技術(shù)的突破解決了長距離曲線頂管的推力問題，已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)距離大于2500米的長距離頂管施工。
[0007]盡管頂管的這些技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是其頂管測量導(dǎo)向沒有新技術(shù)的應(yīng)用，長距離的頂管施工中，測量工作占據(jù)大量的時(shí)間，嚴(yán)重影響頂管施工的進(jìn)度及其經(jīng)濟(jì)效益。目前頂管施工的測量導(dǎo)向技術(shù)為:人工測量、激光經(jīng)緯儀導(dǎo)向和測量機(jī)器人導(dǎo)向三種技術(shù)，都能測量頂管機(jī)的位置和姿態(tài)，但是均存在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性方面的問題，達(dá)不到預(yù)期的頂管測量導(dǎo)向要求的效果。
[0008]目前，常用的頂管導(dǎo)向測量有三種方法:傳統(tǒng)的人工測量方法、VMT激光靶導(dǎo)向系統(tǒng)、單臺全站儀導(dǎo)向系統(tǒng)和多臺全站儀聯(lián)動系統(tǒng)。他們都能夠測量盾構(gòu)機(jī)在施工過程中的姿態(tài)，得到頂管機(jī)任意時(shí)刻姿態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲取頂管機(jī)俯仰角、滾動角和方位角。但是各自實(shí)現(xiàn)的原理不同。
[0009]目前，頂管工程中頂管機(jī)位置姿態(tài)測量采用的方法有人工測量、激光經(jīng)緯儀導(dǎo)向測量和全站儀自動測量三種測量種方法。這些方法都可以準(zhǔn)確的測定頂管機(jī)的位置和姿態(tài)，但是實(shí)現(xiàn)原理不同，應(yīng)用效果不同。
[0010]1、傳統(tǒng)的測量方法:在頂管機(jī)上安裝棱鏡，每一次從頭到尾(即從始發(fā)井內(nèi))進(jìn)行測量，計(jì)算出頂管機(jī)上棱鏡坐標(biāo)，再根據(jù)棱鏡坐標(biāo)換算出機(jī)頭中心坐標(biāo)。但當(dāng)隨著施工的不斷進(jìn)行，隧道越來越長，進(jìn)行測量的時(shí)間也越來越長，不能滿足施工的要求。利用傳統(tǒng)的測量方法的另一個(gè)不利之處是測量工作只能在停止掘進(jìn)的情況下進(jìn)行，在掘進(jìn)的過程中機(jī)器處于“失明”狀態(tài)。因此在機(jī)器掘進(jìn)的過程中發(fā)生的任何偏差只能等過后進(jìn)行人工測量，并確定機(jī)器的位置以后才能被糾正.不能進(jìn)行即時(shí)的補(bǔ)救措施。
[0011]2、人工測量:在管節(jié)頂進(jìn)前，通過常規(guī)的測量手段測量頂管機(jī)的位置和姿態(tài)，人工計(jì)算偏差，頂管機(jī)操作工程師根據(jù)測量工程師給定的偏差掘進(jìn)下一環(huán)。整環(huán)掘進(jìn)的過程中操作工程師無法得知當(dāng)前頂管機(jī)的位置姿態(tài)，僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和感覺進(jìn)行判斷，無法實(shí)現(xiàn)頂管施工測量導(dǎo)向?qū)崟r(shí)性的要求。另外當(dāng)頂進(jìn)一定距離后，測量工程師測量頂管機(jī)需要從工作井將坐標(biāo)基準(zhǔn)引測至頂管機(jī)的位置，測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)需要大量的時(shí)間，無法滿足頂管施工要求測量準(zhǔn)確高效的要求。
[0012]3、激光經(jīng)緯儀導(dǎo)向:在頂管機(jī)上安裝標(biāo)靶，在工作井安裝激光經(jīng)緯儀，激光經(jīng)緯儀發(fā)射激光束，在標(biāo)靶上形成紅色的光斑，事先已將激光束與設(shè)計(jì)軸線調(diào)整至平行，標(biāo)靶上激光斑的位置變化即為頂管機(jī)的位置變化。該技術(shù)能夠直觀的給操作工程師頂管機(jī)的位置變化，也具備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。但是存在如下的缺陷:①測量數(shù)據(jù)不能保存；②只能用于頂進(jìn)距離小于400米的直線頂管工程不能測量頂管機(jī)的姿態(tài)角。由于存在以上的問題，不能滿足目前發(fā)展的長距離曲線頂管工程的測量需求。
[0013]4、測量機(jī)器人導(dǎo)向:在井口安裝測量機(jī)器人，在頂管機(jī)上安裝反射棱鏡，編制工程軟件控制測量機(jī)器人測量頂管機(jī)上的反射棱鏡的坐標(biāo)，計(jì)算頂管機(jī)的位置和偏差并實(shí)時(shí)的顯示。該種方法亦可在工作井與頂管機(jī)之間增加測量機(jī)器人，到達(dá)坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞的目的，以便應(yīng)用于長距離的曲線頂管工程。該技術(shù)具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，但是經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用存在如下的問題:①由于頂管隧道內(nèi)存在嚴(yán)重的大氣折光，當(dāng)測量機(jī)器人與頂管機(jī)的距離超過100米時(shí)，測量高程誤差太大，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不能滿足要求；②若在工作井與頂管機(jī)之間增加測量機(jī)器人，以便減小大氣折光的影響，此時(shí)平面坐標(biāo)(X，Y)的傳遞誤差太大，并且數(shù)據(jù)的一致性較差，不能達(dá)到測量導(dǎo)向的目標(biāo)，另外增加測量機(jī)器人，增加的成本太大。
[0014]5、單臺全站儀導(dǎo)向系統(tǒng):在頂管機(jī)頭安裝一個(gè)棱鏡和一個(gè)角度傳感器。自動驅(qū)動全站儀固定在始發(fā)井內(nèi)，配合控制計(jì)算機(jī)、自動測量軟件。在井口附近設(shè)置若干個(gè)固定控制點(diǎn)，自動全站儀利用后方交會的方法定出測站的坐標(biāo)并且設(shè)定方向，然后跟蹤測量頂管機(jī)頭棱鏡的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。再根據(jù)傾角儀傳過來的角度。由軟件的自動解算功能最終獲取頂管的姿態(tài)。單臺全站儀導(dǎo)向系統(tǒng)缺點(diǎn):該系統(tǒng)只能測量直線頂管系統(tǒng)，無法測量曲線頂管系統(tǒng)。且若測量距離過長，隧道內(nèi)外的溫差較大，高程測量不準(zhǔn)確。
[0015]6、米度MTG-D多臺全站儀聯(lián)動系統(tǒng):在頂管機(jī)頭安裝一個(gè)棱鏡(目標(biāo)棱鏡安裝在頂管機(jī)前進(jìn)方向的右側(cè)，確保和鄰近全站儀保持良好的通視)和一個(gè)角度傳感器。多臺全站儀為過渡的導(dǎo)線點(diǎn)，其中始發(fā)井內(nèi)的全站儀坐標(biāo)是通過安裝在豎井壁上的棱鏡的坐標(biāo)，經(jīng)過后方交會計(jì)算獲得。自動引導(dǎo)測量系統(tǒng)在無法通視各點(diǎn)同時(shí)架設(shè)有全站儀，除井口全站儀不需安置安平基座，在管中的全站儀都需加安平基座，保證在頂管推進(jìn)過程管道發(fā)生轉(zhuǎn)動時(shí)，實(shí)時(shí)給全站儀提供水平基準(zhǔn)面，保證測量的準(zhǔn)備性。且每臺全站儀都通過無線電臺與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。在計(jì)算機(jī)軟件的指揮下，各站點(diǎn)上的全站儀相互配合，按導(dǎo)線測量的測量程序，自動有序地測量導(dǎo)線各點(diǎn)的轉(zhuǎn)折角、垂直角以及導(dǎo)線各點(diǎn)之間的邊長，并把角度和邊長測量數(shù)據(jù)自動傳回給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于機(jī)頭目標(biāo)棱鏡無法安置在頂管的機(jī)頭中心軸位置，因此頂管的中心位置坐標(biāo)須由目標(biāo)棱鏡點(diǎn)換算。計(jì)算結(jié)果自動和設(shè)計(jì)軸線比較并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示機(jī)頭中心相對于設(shè)計(jì)軸線的左右偏差、上下偏差、機(jī)頭俯仰角和滾動角、以及測量時(shí)的里程和時(shí)間如圖2所示。系統(tǒng)整個(gè)測量過程在計(jì)算機(jī)的控制下自動運(yùn)行，無需人工干預(yù)。多臺全站儀聯(lián)動系統(tǒng)缺點(diǎn):該系統(tǒng)采用多臺全站儀成本較大，硬件較多，通訊安裝較難，在隧道復(fù)雜環(huán)境中容易出現(xiàn)故障。
[0016]有鑒于此，如何設(shè)計(jì)一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，在合理的成本內(nèi)為頂管施工提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，是業(yè)內(nèi)人士亟需解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0017]針對現(xiàn)有技術(shù)中，在對頂管機(jī)位置姿態(tài)測量中，存在測量經(jīng)濟(jì)成本高，誤差較大這一缺陷，本實(shí)用新型提供了一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型，提供了一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，隧道內(nèi)設(shè)置有管節(jié)，其中，包括設(shè)置于所述頂管機(jī)上的激光靶；在所述激光靶后方依次設(shè)置的前視棱鏡、全站儀、后視棱鏡；以及與所述激光靶相連接的控制器。
[0019]優(yōu)選的，所述激光靶上具有第一棱鏡、前屏、后屏。
[0020]優(yōu)選的，所述前視棱鏡的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述前視棱鏡設(shè)置于所述隧道內(nèi)管節(jié)的同一斷面上。
[0021]優(yōu)選的，更包括第一角度傳感器，設(shè)置于所述激光靶內(nèi)。
[0022]優(yōu)選的，所述前視棱鏡設(shè)置于所述隧道內(nèi)管節(jié)上，且所述前視棱鏡與所述激光靶相距20?60米。
[0023]優(yōu)選的，所述全站儀及所述后視棱鏡都固定于所述始發(fā)井內(nèi)。
[0024]優(yōu)選的，所述全站儀固定于所述管節(jié)內(nèi)，且所述前視棱鏡與所述全站儀相距2?30米，所述后視棱鏡固定于所述始發(fā)井內(nèi)。
[0025]優(yōu)選的，所述全站儀及所述后視棱鏡都固定于所述管節(jié)內(nèi)，且所述后視棱鏡與所述全站儀相距30?120米。
[0026]優(yōu)選的，更包括:
[0027]里程傳感器，連接于所述控制器；
[0028]第二角度傳感器，連接于所述全站儀；以及
[0029]第三角度傳感器，連接于所述后視棱鏡。
[0030]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:1.解決了管節(jié)緊隨頂管機(jī)一起移動時(shí)后視坐標(biāo)和激光站坐標(biāo)的計(jì)算方法；2.整個(gè)系統(tǒng)解決了各種直徑的長距離曲線測量的要求；3.該系統(tǒng)硬件集成度高，經(jīng)濟(jì)成本降低，整個(gè)系統(tǒng)隨頂管機(jī)一起前進(jìn)，解決了以前頂管系統(tǒng)測量的高程測量不準(zhǔn)確影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1示出了依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0033]圖2示出了依據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0034]圖3示出了依據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0036]圖1示出了依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖。參照圖1，動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置I包括頂管機(jī)、激光靶10、全站儀14、后視棱鏡16及控制器19。其中，頂管機(jī)位于始發(fā)井18的前方，頂管機(jī)在隧道掘進(jìn)的過程中不斷地向前推進(jìn)。激光靶10設(shè)置于頂管機(jī)上，激光靶10具體的還包括第一棱鏡(未繪示)、前屏(未繪示)、后屏(未繪示)，本實(shí)施例中，在激光靶10內(nèi)還設(shè)置有第一角度傳感器。在激光靶10的后方依次設(shè)置有全站儀14及后視棱鏡16，本實(shí)施例中，全站儀14與后視棱鏡16都固定于始發(fā)井18內(nèi)，全站儀14測量激光靶10上的第一棱鏡，再發(fā)射激光至激光靶10的前屏，全站儀14發(fā)出的激光束先到達(dá)激光靶10上的第一棱鏡，再轉(zhuǎn)向激光靶10的前屏。后視棱鏡16的坐標(biāo)可以被全站儀14測量獲得，其可以接收到從全站儀14發(fā)出的激光束?？刂破?9與激光靶10、全站儀14，用來接收整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算頂管機(jī)的位置。當(dāng)掘進(jìn)一段時(shí)間后，在始發(fā)井18內(nèi)放置管節(jié)，然后不斷地將管節(jié)推入隧道內(nèi)，隨著掘進(jìn)的時(shí)間，此時(shí)在隧道內(nèi)的管節(jié)12上設(shè)置前視棱鏡11，前視棱鏡11與激光靶10相距20?60米，更為具體的，前視棱鏡11與激光靶10相距40?50米。前視棱鏡11可以接收到從全站儀14發(fā)出的激光束。本實(shí)施例中，前視棱鏡11有兩個(gè)，兩個(gè)前視棱鏡11設(shè)置于管節(jié)12的同一斷面上。
[0037]圖2示出了依據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖。參照圖2，動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置2同樣包括頂管機(jī)、激光IE 10、全站儀14、后視棱鏡16、控制器19、第一角度傳感器及前視棱鏡11。與圖1所示的實(shí)施例不同的是，本實(shí)施例中，全站儀14固定于隧道內(nèi)的管節(jié)12上，并且前視棱鏡11與全站儀14相距2?30米，更為具體的，前視棱鏡11與全站儀14相距10?20米,例如15米。而后視棱鏡16同樣還固定于始發(fā)井內(nèi)18內(nèi)，另外，動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置2還包括:里程傳感器13、第二角度傳感器15。其中，里程傳感器13安裝在始發(fā)井18內(nèi)的管道正上方，用來測量管節(jié)12移動的距離，并且里程傳感器13和控制器19相連接。當(dāng)然，管節(jié)12移動的距離還可以通過激光測得。第二角度傳感器15與全站儀14相連接，用來修正全站儀14的位置。
[0038]圖3示出了依據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖。參照圖3，動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置3同樣包括頂管機(jī)、激光祀10、全站儀14、后視棱鏡16、控制器19、第一角度傳感器、第二角度傳感器15、前視棱鏡11及里程傳感器13。與圖2所示的實(shí)施例不同的是，本實(shí)施例中，后視棱鏡16也固定于隧道內(nèi)的管節(jié)12上，并且后視棱鏡16與全站儀14相距30?120米，具體的，后視棱鏡16與全站儀14相距50?100米，更為具體的，后視棱鏡16與全站儀14相距70?80米，例如75米。另外，還有一第三角度傳感器17與后視棱鏡16相連接，用來修正后視棱鏡16的位置。
[0039]本實(shí)用新型中動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置的原理是:當(dāng)在剛剛開始掘進(jìn)時(shí)，以頂管機(jī)的中心位置作為隧道軌跡線，此時(shí)全站儀14與后視棱鏡16都固定于始發(fā)井18內(nèi)，全站儀14發(fā)出激光至后視棱鏡16上進(jìn)行定向，并且全站儀14可以測得后視棱鏡16的坐標(biāo)。激光靶10的滾動角和俯仰角可以通過激光靶10內(nèi)的第一角度傳感器測得。全站儀14發(fā)出一束激光至激光祀10的第一棱鏡上，由于全站儀14與后視棱鏡16的坐標(biāo)可以測得，所以可以獲得激光靶10的第一棱鏡的坐標(biāo)。接著全站儀14的激光束轉(zhuǎn)向激光靶10的前屏，通過激光靶10內(nèi)的傳感器接收激光，獲取激光的像素可計(jì)算激光靶10的方位角。采用激光靶上10的第一棱鏡的坐標(biāo)、激光靶10的方位角、滾動角和俯仰角輸入控制器19，控制器19可以計(jì)算出激光靶10的坐標(biāo)，根據(jù)頂管機(jī)和激光靶10的相對位置關(guān)系，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，從而可以確定出頂管機(jī)的坐標(biāo)。
[0040]當(dāng)掘進(jìn)一段時(shí)間后，有若干個(gè)管節(jié)12從始發(fā)井18內(nèi)進(jìn)入隧道內(nèi)，此時(shí)在管節(jié)12的同一斷面上設(shè)置兩個(gè)前視棱鏡11，兩個(gè)前視棱鏡11與激光靶10相距20?60米，更為具體的，兩個(gè)前視棱鏡11與激光靶10相距40?50米。全站儀14打出激光至兩個(gè)前視棱鏡11上，分別獲得兩個(gè)前視棱鏡11的坐標(biāo)，由于兩個(gè)前視棱鏡11在管節(jié)12的同一斷面上且已知該斷面的半徑，所以可以確定出管節(jié)12的中心，即整個(gè)管道的中心，此時(shí)以管道中心作為隧道軌跡線。
[0041]當(dāng)頂管機(jī)進(jìn)一步往前推進(jìn)時(shí)，不斷地在隧道內(nèi)安裝管節(jié)12，由于全站儀14與激光靶10不通視，所以要將全站儀14設(shè)置于隧道內(nèi)的管節(jié)12上，而后視棱鏡16同樣還固定于始發(fā)井18內(nèi)，并且前視棱鏡11與全站儀14相距2?30米，更為具體的，前視棱鏡11與全站儀14相距10?20米，例如15米。由于全站儀14的位置在不斷變化，要獲得全站儀14的坐標(biāo)，只能通過軌跡線來推算全站儀14的實(shí)時(shí)坐標(biāo)。全站儀14的起始里程(即全站儀14距離設(shè)計(jì)線起點(diǎn)的位置)可以預(yù)先測得，然后通過里程傳感器13測出管節(jié)12移動的距離，這樣全站儀14的起始里程加上管節(jié)12移動的距離就為全站儀14的實(shí)時(shí)里程，再利用全站儀14的實(shí)時(shí)里程和隧道軌跡線反算出全站儀14的實(shí)時(shí)坐標(biāo)。后視棱鏡16的坐標(biāo)是已知的，同樣可以利用全站儀14向激光靶10發(fā)出激光獲得激光靶10上第一棱鏡的坐標(biāo)，激光靶10方位角、俯仰角及滾動角同樣可以通過前述方式獲得，然后利用控制器算出激光靶10的坐標(biāo)，由此獲得頂管機(jī)的坐標(biāo)。
[0042]當(dāng)頂管機(jī)繼續(xù)往前推進(jìn)時(shí)，由于全站儀14與后視棱鏡16也不通視，所以同樣要將后視棱鏡16和第三角度傳感器17設(shè)置于隧道內(nèi)的管節(jié)12上，此時(shí)全站儀14和后視棱鏡16都設(shè)置于管節(jié)12上，并且后視棱鏡16與全站儀14相距30?120米，具體的，后視棱鏡16與全站儀14相距50?100米，更為具體的，后視棱鏡16與全站儀14相距70?80米，例如75米。此時(shí)全站儀14和后視棱鏡16的位置都在不斷變化，要獲得全站儀14和后視棱鏡16的坐標(biāo)，同樣還是通過隧道軌跡線來推算全站儀14和后視棱鏡16的實(shí)時(shí)坐標(biāo)。與前述方式相同獲得全站儀14的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，而后視棱鏡16的起始里程也可以預(yù)先測得，并通過里程傳感器13測出管節(jié)12移動的距離，用后視棱鏡16的起始里程加上管節(jié)12移動的距離就為后視棱鏡16的實(shí)時(shí)里程，再利用后視棱鏡16的實(shí)時(shí)里程和軌跡線反算出后視棱鏡16的實(shí)時(shí)坐標(biāo)。接著同樣利用全站儀14向激光靶10發(fā)出激光獲得激光靶10上第一棱鏡的坐標(biāo)，第一角度傳感器同樣獲得全站儀14的方位角、俯仰角及滾動角，然后利用控制器算出激光靶10的坐標(biāo)，由此獲得頂管機(jī)的坐標(biāo)。
[0043]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:1.解決了管節(jié)緊隨頂管機(jī)一起移動時(shí)后視坐標(biāo)和激光站坐標(biāo)的計(jì)算方法；2.整個(gè)系統(tǒng)解決了各種直徑的長距離曲線測量的要求；3.該系統(tǒng)硬件集成度高，整個(gè)系統(tǒng)隨頂管機(jī)一起前進(jìn)，解決了以前頂管系統(tǒng)測量的高程不準(zhǔn)確問題。
[0044]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，隧道內(nèi)設(shè)置有管節(jié)，其特征在于，包括設(shè)置于所述頂管機(jī)上的激光靶；在所述激光靶后方依次設(shè)置的前視棱鏡、全站儀、后視棱鏡；以及與所述激光靶相連接的控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，所述激光靶上具有第一棱鏡、前屏、后屏。
3.如權(quán)利要求2所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，所述前視棱鏡的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述前視棱鏡設(shè)置于所述隧道內(nèi)管節(jié)的同一斷面上。
4.如權(quán)利要求3所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，更包括第一角度傳感器，設(shè)置于所述激光靶內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，所述前視棱鏡設(shè)置于所述隧道內(nèi)管節(jié)上，且所述前視棱鏡與所述激光靶相距20?60米。
6.如權(quán)利要求5所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，所述全站儀及所述后視棱鏡都固定于所述始發(fā)井內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，所述全站儀固定于所述管節(jié)內(nèi)，且所述前視棱鏡與所述全站儀相距2?30米，所述后視棱鏡固定于所述始發(fā)井內(nèi)。
8.如權(quán)利要求5所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，所述全站儀及所述后視棱鏡都固定于所述管節(jié)內(nèi)，且所述后視棱鏡與所述全站儀相距30?120 米。
9.如權(quán)利要求8所述的動態(tài)實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)位置和姿態(tài)的測量裝置，其特征在于，更包括: 里程傳感器，連接于所述控制器； 第二角度傳感器，連接于所述全站儀；以及第三角度傳感器，連接于所述后視棱鏡。
【文檔編號】G01C15/00GK203422091SQ201320336080
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月6日
【發(fā)明者】林海榮, 吳小燕, 文運(yùn)強(qiáng) 申請人:上海米度測量技術(shù)有限公司