本發(fā)明涉及一種用于隧道中線精準(zhǔn)定位的裝置，尤其涉及一種用于隧道掌子面中線精準(zhǔn)定位的智能裝置，屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路隧道、鐵路隧道、地下輸水隧洞獲得了大規(guī)模建設(shè)，如何準(zhǔn)確地控制隧道施工掌子面的中線，對(duì)確保隧道走線準(zhǔn)確，加快施工進(jìn)度，避免人為使用紅油漆繪出開(kāi)挖斷面的中線和輪廓線等帶來(lái)的誤差具有重要意義?，F(xiàn)有隧道開(kāi)挖施工中對(duì)掌子面中線測(cè)量存在許多問(wèn)題，一是每一個(gè)爆破循環(huán)都要使用全站儀重新對(duì)位，重復(fù)勞動(dòng)多，施工進(jìn)度慢；二是隧道每隔一定間距均需在隧道一側(cè)標(biāo)出坐標(biāo)點(diǎn)，并用紅油漆繪出，而掌子面附近隧道受爆破影響，非常容易出現(xiàn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)缺失現(xiàn)象，不利于隧道掌子面中線基準(zhǔn)點(diǎn)的定位，導(dǎo)致掌子面中線測(cè)量不準(zhǔn)確。

中國(guó)專(zhuān)利CN101685012A地鐵隧道斷面的測(cè)量與計(jì)算方法，包括以下步驟，1)計(jì)算隧道線路中心坐標(biāo)，放樣到隧道中；2)安置免棱鏡全站儀于隧道中線上；3)用已知點(diǎn)后視并測(cè)量高差，計(jì)算出全站儀的視線高程,輸入免棱鏡全站儀；4)采集斷面圓上觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo),將其存入全站儀；5)免棱鏡全站儀沿橫軸旋轉(zhuǎn)180度，再次采集斷面圓上觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)并儲(chǔ)存；6)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行斷面模型擬合；7)計(jì)算所擬合圓的圓心及半徑；8)根據(jù)圓心和半徑計(jì)算所需要的高程及弦長(zhǎng)。但是上述專(zhuān)利不能用于隧道掌子面中線的精準(zhǔn)定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于隧道掌子面中線精準(zhǔn)定位的智能裝置，該裝置具有成本低、通用性好、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)可靠的特點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于隧道掌子面中線精準(zhǔn)定位的智能裝置，該裝置包含上下兩個(gè)部分，上下兩個(gè)部分是通過(guò)LED屏線連接，由于屏線比較細(xì)小，需要在外面接上可旋轉(zhuǎn)的塑料套軸，即可以保護(hù)屏線也可以連接上下外殼。

上部分包括：金屬外殼2、LED顯示屏10、橡膠保護(hù)帶8以及鎖箱器9。

下部分包括：處理器31、腳撐1、鍵盤(pán)以及附屬裝置。其中鍵盤(pán)包括：數(shù)字及點(diǎn)按鍵3、數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵4、右側(cè)激光按鍵5、整體調(diào)平按鍵6、調(diào)平信號(hào)燈7、橡膠保護(hù)帶8、鎖箱器9、測(cè)距信號(hào)燈12、WIFI信號(hào)燈18、WIFI啟動(dòng)鍵19、裝置啟動(dòng)按鈕20、手拎皮帶21、數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕22、刪除按鍵23。腳撐1包括：1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)101、1號(hào)螺栓102、1號(hào)螺栓固定器103、2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)105、2號(hào)螺栓106、3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)104、3號(hào)螺栓107、2號(hào)螺栓固定器108、4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)109、4號(hào)螺栓110、3號(hào)螺栓固定器111、腳撐保護(hù)蓋112、4號(hào)螺栓固定器113、腳撐外殼114。附屬裝置包括：USB插口14、充電插口17、濾塵金屬片24、散熱風(fēng)扇25、左側(cè)測(cè)距激光26、水平調(diào)平器27、前置測(cè)距與定位激光28、蓄電池29。

其中：四個(gè)腳撐1是用來(lái)進(jìn)行調(diào)平的，由處理器31中的智能模塊進(jìn)行控制，主要是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺栓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整垂直方向上的高度。

金屬外殼2用來(lái)保護(hù)整個(gè)裝置在使用過(guò)程中不被破壞。

數(shù)字及點(diǎn)按鍵3用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，設(shè)定坐標(biāo)系。

數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵4用來(lái)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到優(yōu)盤(pán)中，進(jìn)行后期分析。

整體調(diào)平按鍵6用來(lái)裝置的調(diào)平，啟動(dòng)后水平調(diào)平器27會(huì)開(kāi)始工作。

右側(cè)激光按鍵5用來(lái)啟動(dòng)右側(cè)測(cè)距激光13，左側(cè)激光按鍵15用來(lái)啟動(dòng)左側(cè)測(cè)距激光26，當(dāng)兩邊都測(cè)完后測(cè)距信號(hào)燈12會(huì)由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

前置激光按鍵16用來(lái)啟動(dòng)前置測(cè)距與定位激光28，測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)與右側(cè)測(cè)距激光13和左側(cè)測(cè)距激光26測(cè)得的數(shù)據(jù)一起顯示在顯示屏上，之后通過(guò)處理器中的系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析，找出偏移角度(此系統(tǒng)軟件算法和公式已屬于現(xiàn)有技術(shù)，所以未作詳細(xì)公開(kāi))。

LED顯示屏10用來(lái)呈現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中的參數(shù)設(shè)定，以及最后的三維結(jié)果圖。USB插口14用來(lái)插入優(yōu)盤(pán)，然后按下數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵導(dǎo)出測(cè)量數(shù)據(jù)。

WIFI啟動(dòng)鍵19啟動(dòng)WIFI，啟動(dòng)后WIFI信號(hào)燈18會(huì)由紅色變?yōu)榫G色。

裝置啟動(dòng)按鈕20用來(lái)啟動(dòng)整個(gè)裝置，數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕22用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)位，重新進(jìn)行測(cè)量。

濾塵金屬片24是用來(lái)過(guò)濾散熱過(guò)程中的灰塵，防止進(jìn)入裝置內(nèi)部。

水平調(diào)平器27一端為激光發(fā)射端，一端為激光接收端，當(dāng)完全對(duì)接結(jié)束后，調(diào)平信號(hào)燈7會(huì)由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

前置測(cè)距與定位激光28是以一種球型形態(tài)進(jìn)行工作的，可以根據(jù)需要進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)。

蓄電池29用來(lái)存儲(chǔ)電量，當(dāng)電量過(guò)低時(shí)可以通過(guò)充電插口17進(jìn)行充電。

數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕與裝置啟動(dòng)按鈕集成板30是用來(lái)將裝置啟動(dòng)按鈕20和數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕22與處理器31進(jìn)行連接。

整個(gè)裝置運(yùn)行包括如下幾點(diǎn)：

1)選取掌子面前部一定距離作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取依據(jù)就近原則，但為了方便監(jiān)測(cè)，一般在距離掌子面1～2m處。

2)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上放好儀器，啟動(dòng)電源，進(jìn)行調(diào)平，調(diào)平選用的是激光調(diào)平，一端發(fā)射激光，另一端用于接收，若接收端與發(fā)射端的激光射線沒(méi)有完全對(duì)接好，此時(shí)處理器中的智能模塊會(huì)對(duì)腳撐發(fā)出信號(hào)進(jìn)行上下移動(dòng)，直到接收端與發(fā)射端的激光射線完全對(duì)接才會(huì)停止，此時(shí)鍵盤(pán)上的調(diào)平信號(hào)燈會(huì)從紅色變?yōu)榫G色。

3)調(diào)平結(jié)束后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)距，首先，進(jìn)行坐標(biāo)定位，選好(0，0)點(diǎn)，一般為儀器放的位置，接著進(jìn)行測(cè)距，按下右側(cè)激光按鍵5用來(lái)啟動(dòng)右側(cè)測(cè)距激光13，左側(cè)激光按鍵15用來(lái)啟動(dòng)左側(cè)測(cè)距激光26，當(dāng)兩邊都測(cè)完后測(cè)距信號(hào)燈12會(huì)由初始的紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

4)啟動(dòng)前置測(cè)距激光，測(cè)得儀器與掌子面的距離，通過(guò)處理器中的系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，算出實(shí)際掌子面中線與前置測(cè)距激光的偏移角度，處理器將該數(shù)值信號(hào)傳遞給處理中的智能模塊，通過(guò)智能模塊對(duì)前置測(cè)距激光的發(fā)射器進(jìn)行調(diào)整，偏移相同角度，此時(shí)測(cè)得的點(diǎn)所在的垂直線即為掌子面的中線。

5)最后在LED顯示屏上會(huì)顯示出整個(gè)測(cè)量結(jié)果的三維立體圖，同時(shí)處理器還會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便操作員導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。

6)測(cè)得第一組數(shù)據(jù)后，操作人員需要按照上述過(guò)程再操作2～3遍，保證最后結(jié)果的精確度。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：(1)本裝置的前置測(cè)距激光發(fā)射器采用球形結(jié)構(gòu)，通過(guò)智能模塊的調(diào)控可以旋轉(zhuǎn)任意角度，方便快捷，并且誤差小，結(jié)果精確。(2)本裝置的四個(gè)腳撐采用螺旋式轉(zhuǎn)動(dòng)推進(jìn)，可以通過(guò)智能模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用于地面不平整的施工場(chǎng)地。(3)腳撐內(nèi)部裝有的四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以帶動(dòng)桿件按照其表面的螺紋進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整任意微小高度，測(cè)量精確。(4)本發(fā)明具有快速確定中線位置的特點(diǎn)，并且精確度高。本發(fā)明可在距離掌子面1～2m處放置好，然后調(diào)平進(jìn)行測(cè)量，即可得到確定的掌字面中線位置，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間，降低勞動(dòng)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是裝置整體示意圖

圖2是裝置前視圖

圖3是裝置后視圖

圖4是裝置底面圖

圖5是腳撐剖面圖

圖6是腳撐1次展開(kāi)剖面圖

圖7是腳撐2次展開(kāi)剖面圖

圖8是裝置底層剖面圖

圖9測(cè)量正視圖

圖10測(cè)量三維圖

圖11測(cè)量剖面圖

圖12測(cè)量流程圖

其中，1指四個(gè)腳撐、101指1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)、102指1號(hào)螺栓、103指1號(hào)螺栓固定器、105指2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)、106指2號(hào)螺栓、104指3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)、107指3號(hào)螺栓、108指2號(hào)螺栓固定器、109指4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)、110指4號(hào)螺栓、111指3號(hào)螺栓固定器、112指腳撐保護(hù)蓋、113指4號(hào)螺栓固定器、114指腳撐外殼。

2指金屬外殼、3指數(shù)字及點(diǎn)按鍵、4指數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵、5指右側(cè)激光按鍵、6指整體調(diào)平按鍵、7指調(diào)平信號(hào)燈、8指橡膠保護(hù)帶、9指鎖箱器、10指LED顯示屏、11指LED屏線保護(hù)轉(zhuǎn)軸、12指測(cè)距信號(hào)燈、13指右側(cè)測(cè)距激光、14指USB插口、15指左側(cè)激光按鍵、16指前置激光按鍵、17指充電插口、18指WIFI信號(hào)燈、19指WIFI啟動(dòng)鍵、20指裝置啟動(dòng)按鈕、21指手拎皮帶、22指數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕、23指刪除按鍵、24指濾塵金屬片、25指散熱風(fēng)扇、26指左側(cè)測(cè)距激光、27指水平調(diào)平器、28指前置測(cè)距與定位激光、29指蓄電池29、30指數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕與裝置啟動(dòng)按鈕集成板、31指處理器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～12，一種用于隧道掌子面中線精準(zhǔn)定位的智能裝置，該裝置包含上下兩個(gè)部分，上下兩個(gè)部分是通過(guò)LED屏線連接，由于屏線比較細(xì)小，需要在外面接上可旋轉(zhuǎn)的塑料套軸，即可以保護(hù)屏線也可以連接上下外殼。

上部分包括：金屬外殼2、LED顯示屏10、橡膠保護(hù)帶8以及鎖箱器9。

下部分包括：處理器31、腳撐1、鍵盤(pán)以及附屬裝置。其中鍵盤(pán)包括：數(shù)字及點(diǎn)按鍵3、數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵4、右側(cè)激光按鍵5、整體調(diào)平按鍵6、調(diào)平信號(hào)燈7、橡膠保護(hù)帶8、鎖箱器9、測(cè)距信號(hào)燈12、WIFI信號(hào)燈18、WIFI啟動(dòng)鍵19、裝置啟動(dòng)按鈕20、手拎皮帶21、數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕22、刪除按鍵23。腳撐1包括：1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)101、1號(hào)螺栓102、1號(hào)螺栓固定器103、2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)105、2號(hào)螺栓106、3號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)104、3號(hào)螺栓107、2號(hào)螺栓固定器108、4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)109、4號(hào)螺栓110、3號(hào)螺栓固定器111、腳撐保護(hù)蓋112、4號(hào)螺栓固定器113、腳撐外殼114。附屬裝置包括：USB插口14、充電插口17、濾塵金屬片24、散熱風(fēng)扇25、左側(cè)測(cè)距激光26、水平調(diào)平器27、前置測(cè)距與定位激光28、蓄電池29。

其中：四個(gè)腳撐1是用來(lái)進(jìn)行調(diào)平的，由處理器31中的智能模塊進(jìn)行控制，主要是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺栓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整垂直方向上的高度。

金屬外殼2用來(lái)保護(hù)整個(gè)裝置在使用過(guò)程中不被破壞。數(shù)字及點(diǎn)按鍵3用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，設(shè)定坐標(biāo)系。數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵4用來(lái)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到優(yōu)盤(pán)中，進(jìn)行后期分析。

整體調(diào)平按鍵6用來(lái)裝置的調(diào)平，啟動(dòng)后水平調(diào)平器27會(huì)開(kāi)始工作。

右側(cè)激光按鍵5用來(lái)啟動(dòng)右側(cè)測(cè)距激光13，左側(cè)激光按鍵15用來(lái)啟動(dòng)左側(cè)測(cè)距激光26，當(dāng)兩邊都測(cè)完后測(cè)距信號(hào)燈12會(huì)由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

前置激光按鍵16用來(lái)啟動(dòng)前置測(cè)距與定位激光28，測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)與右側(cè)測(cè)距激光13和左側(cè)測(cè)距激光26測(cè)得的數(shù)據(jù)一起顯示在顯示屏上，之后系統(tǒng)軟件會(huì)進(jìn)行分析，找出偏移角度。

LED顯示屏10用來(lái)呈現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中的參數(shù)設(shè)定，以及最后的三維結(jié)果圖。USB插口14用來(lái)插入優(yōu)盤(pán)，然后按下數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵導(dǎo)出測(cè)量數(shù)據(jù)。

WIFI啟動(dòng)鍵19啟動(dòng)WIFI，啟動(dòng)后WIFI信號(hào)燈18會(huì)由紅色變?yōu)榫G色。

裝置啟動(dòng)按鈕20用來(lái)啟動(dòng)整個(gè)裝置，數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕22用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)位，重新進(jìn)行測(cè)量。

濾塵金屬片24是用來(lái)過(guò)濾散熱過(guò)程中的灰塵，防止進(jìn)入裝置內(nèi)部。

水平調(diào)平器27一端為激光發(fā)射端，一端為激光接收端，當(dāng)完全對(duì)接結(jié)束后，調(diào)平信號(hào)燈7會(huì)由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

前置測(cè)距與定位激光28是以一種球型形態(tài)進(jìn)行工作的，可以根據(jù)需要進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)。

蓄電池29用來(lái)存儲(chǔ)電量，當(dāng)電量過(guò)低時(shí)可以通過(guò)充電插口17進(jìn)行充電。

數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕與裝置啟動(dòng)按鈕集成板30是用來(lái)將裝置啟動(dòng)按鈕20和數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕22與處理器31進(jìn)行連接。

實(shí)現(xiàn)掌子面中線位置確定的裝置，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下(圖12測(cè)量流程圖)：

1)選取掌子面前部一定距離作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取依據(jù)就近原則，但為了方便監(jiān)測(cè)，一般在距離掌子面1～2m處。

2)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上放好儀器，按下裝置啟動(dòng)按鈕20，啟動(dòng)裝置，接著按下整體調(diào)平按鍵6，進(jìn)行調(diào)平，此時(shí)，水平調(diào)平器27開(kāi)始工作，會(huì)從一端發(fā)射激光由另一端接收，若沒(méi)有完全對(duì)接，處理器31中的智能模塊會(huì)將信號(hào)發(fā)射到四個(gè)腳撐1中，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制進(jìn)行調(diào)平。調(diào)平結(jié)束后平信號(hào)燈7會(huì)由初始的紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

3)調(diào)平結(jié)束后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)距，首先，進(jìn)行坐標(biāo)定位，選好(0，0)點(diǎn)，一般為儀器放的位置，接著進(jìn)行測(cè)距，啟動(dòng)左右兩側(cè)測(cè)距激光，測(cè)得裝置與隧道兩壁的距離，通過(guò)軟件對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出中點(diǎn)，并在顯示屏上進(jìn)行顯示，此時(shí)鍵盤(pán)上的測(cè)距信號(hào)燈會(huì)從紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。

4)按下前置激光按鍵6，啟動(dòng)前置測(cè)距激光與定位激光28，測(cè)得儀器與掌子面的距離，通過(guò)處理器31對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，算出實(shí)際掌子面中線與前置測(cè)距激光的偏移角度，處理器將該數(shù)值信號(hào)傳遞給智能模塊，通過(guò)智能模塊對(duì)前前置測(cè)距激光與定位激光28進(jìn)行調(diào)整，偏移相同角度，此時(shí)測(cè)得的點(diǎn)所在的垂直線即為掌子面的中線。

5)最后在LED顯示屏10上會(huì)顯示出整個(gè)測(cè)量結(jié)果的三維立體圖，同時(shí)處理器還會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，操作人員將優(yōu)盤(pán)插入U(xiǎn)SB插口14，然后按下數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鍵4導(dǎo)出測(cè)量數(shù)據(jù)。方便操作員導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。

6)測(cè)得第一組數(shù)據(jù)后，操作人員需要按照上述過(guò)程再操作2～3遍，但每次操作前都需要按下數(shù)據(jù)復(fù)位按鈕22，進(jìn)行復(fù)位，保證前一次的數(shù)據(jù)不會(huì)對(duì)本次的測(cè)量產(chǎn)生影響，保證最后結(jié)果的精確度。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。