隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)研究

余振華

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，定位測量技術(shù)的發(fā)展也極為迅速，尤其是在隧道施工中的應(yīng)用，更是發(fā)揮出其自身的優(yōu)勢。隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)綜合圖像處理技術(shù)、激光測距技術(shù)、無線通信技術(shù)等，并根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況輸入相關(guān)參數(shù)值，以及在自動化技術(shù)的支持下，大大縮減了隧道襯砌臺車的定位時間，是隧道施工定位測量不可缺少的輔助工具。

關(guān)鍵詞：隧道 襯砌臺車 快速定位系統(tǒng)

中圖分類號：T455 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（b）-0092-02

近些年來，隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到隧道施工中，其具有高效率、自動化、高精度的優(yōu)勢，深受人們青睞，與傳統(tǒng)隨動定位測量相比，不僅大大縮減了工作時間，同時也降低了勞動強度，以下主要針對隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)展開研究。

1 隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)工作原理

襯砌臺車被廣泛應(yīng)用到隧道工程施工中，主要用于測量定位，具體工作原理如下：首先以隧道內(nèi)的已知點作為快速定位的控制點，并在此架設(shè)高分辨率長焦數(shù)字相機以及激光測距儀等[1]。其次在襯砌臺車上固定反光片，將其作為激光測距儀使用中的激光反射靶，將激光測距儀所測量的數(shù)據(jù)信息以及相機成像相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳入工控機，由工控機對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，進而得到定位點的數(shù)據(jù)，得出位置的偏移量。最后再將這些數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)終端，操作人員可根據(jù)這些數(shù)據(jù)對臺車進行準(zhǔn)確定位。在自動化技術(shù)飛速發(fā)展的今天，隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)工作過程中的測量、液控、分析、定位以及誤差校核等全部過程都是自動完成，一方面節(jié)省了大量的人力，另一方面自動化也能有效避免以往人工定位、測量、計算出現(xiàn)的偏差，進一步提高定位的準(zhǔn)確性。

2 隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

眾所周知，隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)實施的過程中，需要進行數(shù)據(jù)傳輸，才能實現(xiàn)對整個系統(tǒng)操作的控制，其中最關(guān)鍵的技術(shù)則是無線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、交互操作技術(shù)等[2]。隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)實施過程中，會對平面圖像的高精度進行分析，而其中的數(shù)字圖像處理技術(shù)則是必不可少的，圖像處理通過濾波、邊緣提取以及中心定位等，最后會將這些信息傳入到系統(tǒng)控制臺中，而這個傳輸過程則是充分利用無線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、傳輸信息的控制、傳輸對象的控制、傳輸時間的控制等，任何一項傳輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都將影響隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)的整體定位測量效果。

現(xiàn)今所使用的隧道襯砌臺車定位操作系統(tǒng)中的軟件算法是經(jīng)過優(yōu)化后，與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)相比，當(dāng)前的軟件算法能夠為系統(tǒng)提供簡單直觀的輸入界面，更便于參數(shù)的輸入。另外，在隧道施工中，應(yīng)工程要求，需要多次移動定位儀器，在該系統(tǒng)支持下，更便于移動位置后的重新定位，尤其是對有坡度隧道、曲線隧道施工地形中的測量優(yōu)勢更大。隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)運行主要通過無線通信協(xié)議來先對工程測量的控制以及定位計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)信息的顯示和傳輸。操作人員在隧道內(nèi)通過手持終端接收相關(guān)數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)對臺車位置的測量控制，以及對測量結(jié)果的顯示和輸出，相比于傳統(tǒng)的隧道定位系統(tǒng)，不會受到隧道內(nèi)部空間位置以及周圍環(huán)境因素的影響，再加上操作簡單、易上手，在沒有專業(yè)測量人員的情況下即可順利完成測量定位系統(tǒng)的測量操作等相關(guān)工作，為隧道工程順利施工提供可靠的依據(jù)。

3 隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)構(gòu)成

隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)主要由硬件和軟件構(gòu)成，以下主要針對系統(tǒng)構(gòu)成的硬件和軟件進行詳細分析。

3.1 硬件構(gòu)成

隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)的硬件主要由傳感器部分、定位測量終端、工控機部分以及電光源系統(tǒng)4部分組成。其中傳感器部分主要由鏡頭、工業(yè)相機、激光測距儀等結(jié)構(gòu)組成，在整個定位系統(tǒng)運行中主要負責(zé)測量圖像的抓取以及激光測距工作，并將這些收集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)焦た貦C，再由工控機對這些數(shù)據(jù)信息進行處理。

定位測量終端部分主要由顯示屏、繼電器控制器、無線通訊模塊等部分組成，該部分主要負責(zé)利用無線通信模塊將系統(tǒng)需要執(zhí)行的命令發(fā)送到工控機，以及接收來自工控機的數(shù)據(jù)等，而該結(jié)構(gòu)中的繼電器控制器則需要控制點光源，并實現(xiàn)定位控制終端和液壓以及實現(xiàn)將各控制系統(tǒng)連接到一個整體的控制系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了對液壓閥動作的控制，更便于對快速定位系統(tǒng)的控制和操作，進而保證隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性。

工控機部分主要由顯示器、主機、無線通信模塊組成，該部分的主要任務(wù)是通過無線通信模塊接收系統(tǒng)命令，實現(xiàn)對傳感器的控制，并通過接收傳感器傳來的相關(guān)數(shù)據(jù)，達到計算臺車模板的偏離數(shù)據(jù)，再通過無線通信方式將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到定位控制終端，實現(xiàn)對臺車的定位，為隧道施工提供可靠的位置信息。

3.2 軟件構(gòu)成

隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)軟件主要由人機交互系統(tǒng)組成，利用VC++開發(fā)平臺研發(fā)而成，具有系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)的能力，進一步提高隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)定位的精準(zhǔn)性、可靠性、穩(wěn)定性。由于每個隧道工程環(huán)境不同、施工要求不同，因此，在系統(tǒng)軟件運行開始之后，首先要輸入初始值，再對其進行校正測量，由系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)進行分析是否存在偏差，如果有偏差需要進行調(diào)整，直到無偏移位置，最終實現(xiàn)臺車定位（如圖1所示）。

4 結(jié)語

綜上所述，隧道施工數(shù)量不斷增加的情況下，對隧道施工定位測量工作質(zhì)量要求越來越高，為滿足施工需求，需要對定位系統(tǒng)進行不斷改進和創(chuàng)新。該文所提到的隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)是當(dāng)前隧道定位測量廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)，系統(tǒng)全自動測量定位，減少了大量的人力輸出，同時也提高了測量定位的準(zhǔn)確性，以及縮減測量定位時間，在未來的隧道工程施工中有著廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)然，在科技飛速發(fā)展下，隧道襯砌臺車快速定位系統(tǒng)也應(yīng)進行不斷地改進和創(chuàng)新，才能滿足測量定位工程發(fā)展的趨勢。

參考文獻

[1] 祝志恒，陽軍生，肖超，等.基于形函數(shù)的隧道襯砌內(nèi)壁影像展平方法及其應(yīng)用[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2014（3）：101-106.

[2] 徐浩，劉江平，范承余，等.隧道襯砌病害的探地雷達波場模擬與特征分析[J].中南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013（11）：4581-4587.