双护盾硬岩隧道掘进机精密位姿测量与光学系统

"该文章介绍了一种用于双护盾硬岩隧道掘进机位姿精密测量的创新系统，结合单目视觉和激光标靶技术，实现了掘进机前后盾体位姿的非接触式实时测量。系统通过光学特征点识别和几何约束关系，确保了高精度的测量效果。在30m×3m的测量范围内，测量精度优于5mm，具有高精度、强抗噪声能力和良好的实时性。" 本文主要讨论了隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机（Double Shield Universal Compact TBM）的位姿测量问题。传统的测量方法可能存在精度低、效率低下的问题，因此，研究团队设计了一种新型的组合式位姿测量系统，该系统融合了机器视觉技术（Machine Vision）、单目视觉（Monocular Vision）以及激光标靶（Laser Target）与全站仪（Total Station）的联合应用。 系统的核心在于将单目视觉与激光标靶相结合，利用激光标靶和全站仪测量掘进机后盾体的位姿。在此基础上，通过设计光学特征点的空间分布模型，可以准确识别这些特征点。这些特征点之间的几何约束关系，结合摄像机的透视投影模型，使得系统能够实时处理图像并解算出掘进机前盾体相对于后盾体的位姿。这种非接触式测量方式降低了对设备的潜在损害，同时提高了测量效率。 为了建立各个部分之间的坐标转换关系，研究团队搭建了一个模拟双护盾硬岩隧道掘进机位姿变化的实验平台。通过全站仪进行精度验证，结果显示，在30米乘以3米的测量区域内，系统的测量精度可以达到优于5毫米的水平。这样的高精度和实时性能，使得该系统能够满足隧道施工中对双护盾掘进机位姿精密自动测量的需求。 这项研究提出了一种创新的位姿测量解决方案，它有效地整合了不同技术手段，提高了测量的精度和实时性，对于隧道建设中的自动化和智能化进程有着重要的推动作用。该系统有望在实际工程中得到广泛应用，提升隧道掘进的安全性和效率。