一种盾构姿态快速解算系统及方法

摘要

本发明公开了一种盾构姿态快速解算系统及方法，涉及盾构姿态解算技术领域。本发明采用两台自动测量全站仪，一台静止安置在吊篮中，另一台安装在随盾构机同步运动的盾构机车舱顶部支架上。静态全站仪对动态全站仪实时跟踪测量，获取测站瞬时坐标；动态全站仪则实时监测盾构机身上的三个棱镜，获取其在工程坐标系下的坐标；上述数据通过无线通讯模块反馈到解算中心，解算中心结合倾斜仪返回的盾构机倾角数据以及三个棱镜在盾构坐标系中的位置，根据空间坐标转换的联合数据解算模型，计算出盾构坐标系和工程坐标系之间的转换参数，从而求出盾构机首尾中心的空间位置，并将其与设计位置进行对比，得出首尾中心点的水平、竖直偏差以及机身的姿态角。

主权项

一种盾构姿态快速解算系统，包括一台用于采集盾构姿态位置的动态全站仪(6)、一台用于获取测站瞬时坐标的静态全站仪(8)、两台用于采集盾构机姿态角度的倾斜仪(3)、三个用于姿态解算的目标棱镜(4)以及一个后视棱镜(10)；所述的动态全站仪(6)、静态全站仪(8)以及两台倾斜仪(3)各自连接一分站(11)，所述的分站(11)通过通讯模块连接一主站(2)，所述的主站(2)连接一中心计算机(1)；所述的动态全站仪(6)安装在盾构机身上，所述的静态全站仪(8)安装在隧道的顶部，所述的动态全站仪(6)和静态全站仪(8)的手柄上分别安装一棱镜，棱镜中心和仪器底座中心重合；所述的后视棱镜(10)位于静态全站仪(8)的后方；所述的三个目标棱镜(4)安装在盾构机身上且不在同一平面，三个目标棱镜(4)相互间距离差不小于10厘米，有一个目标棱镜(4)位于盾构机右半部，三个目标棱镜(4)的镜面均朝向动态全站仪(6)；两台倾斜仪(3)对应安装在平行于盾构机纵向轴线和横向轴线的位置；其特征在于：采用一静一动两台全站仪进行姿态测量，静态全站仪对动态全站仪实时跟踪测量，获取测站瞬时坐标，动态全站仪随盾构机同步运动，对三个目标棱镜进行实时快速监测，中心计算机结合倾斜仪获取的角度数据，计算出盾构机首尾中心的工程坐标，通过与设计线路数据进行比较，得到当前盾构机的姿态参数；具体步骤如下：1)中心计算机新建工程，输入起止站台名称，并明确是上行线还是下行线；2)中心计算机进行工程配置，输入相关参数；3)工业计算机设置每台全站仪和倾斜仪的通讯参数；4)通过无线通讯模块测试中心计算机和每台仪器是否连接成功，若是，则执行步骤5)，若否，则返回步骤3)；5)静态全站仪在吊篮中进行设站，输入静态测站坐标；6)静态全站仪进行后视定向；7)静态全站仪根据已知位置转向动态全站仪；8)静态全站仪搜索动态全站仪，若搜索成功则执行步骤9)，否则，进行换站，并返回步骤5)；9)静态全站仪实时测量动态全站仪的瞬时坐标并存储在中心计算机中；10)中心计算机通过无线电台连接动态全站仪；11)动态全站仪利用自动整平装置进行自动整平；12)动态全站仪在车体固定支架上设站，站点坐标采用步骤9)中测量结果；13)动态全站仪进行后视定向；14)人工判断此次观测是否第一次，若是，则人工依次照准三个目标棱镜并进行测量，结果保存在学习文件中，否则执行步骤15)；15)从学习文件中读取目标棱镜位置，并反算出棱镜测量时需要的旋转角度；16)动态全站仪按学习文件算出的旋转角度进行搜索棱镜并照准；17)动态全站仪对目标棱镜进行测量，并将测得棱镜坐标存入学习文件中；18)动态全站仪获取当前倾斜仪数据；19)中心计算机根据三个棱镜坐标和两个倾斜仪数据进行姿态解算；20)中心计算机将求出的最新姿态参数进行形象化显示。