本发明专利技术提供了一种掘进机导向方法、装置、设备及存储介质及其导向系统，其中，导向方法包括以隧道为第一参考坐标系，获取在第一参考坐标系下的第一目标的位置坐标、第二目标的位置坐标、掘进机的初始高度坐标；以第一目标、第二目标和掘进机为第二参考坐标系，获取掘进机的相对平面坐标；以掘进机的实际位移曲线，确定掘进机在第一参考坐标系下的相对高程坐标；确定掘进机在第一参考坐标系下的实际位移坐标；以掘进机的拟定位移曲线、实际位移坐标、掘进机的空间姿态角，确定掘进机的导向曲线，发明专利技术还提供了一种掘进机导向装置、设备及存储介质、及其导向系统；上述设备与方法能够实现实时的精准导航，避免了地下施工的导向误差。避免了地下施工的导向误差。避免了地下施工的导向误差。
【技术实现步骤摘要】
掘进机导向方法、装置、设备及存储介质及其导向系统
[0001]本专利技术涉及隧道施工
，尤其涉及一种掘进机导向方法、装置、设备及存储介质及其导向系统。
技术介绍
[0002]本部分的描述仅提供与本专利技术公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
[0003]在现有隧道施工过程当中，通常采用掘进机或盾构机进行挖掘施工，但在地下环境，对掘进机和盾构机导向精度会直接影响隧道的施工质量，尤其当遇到转弯的工程段时，需要保证盾构机掘进线路和设计轴线不能有较大偏差，为确保施工方向，需要采用定点测量导向的方法来进行导向。而传统导向方法主要依赖于人工测量的方式，导向流程复杂，严重影响掘进机或盾构机的施工进度，随着科技的发展，现有技术逐渐采用激光、计算机科学技术等手段应用在导向系统中。现有技术中有采用陀螺寻北仪进行导向的，但陀螺寻北仪在施工过程中因受振动容易产生定位偏差，导致需要随时停机校准；同时也还有采用激光全站仪的导向，全站仪可以利用激光进行精准定位，定位方法简单快捷，但因全站仪的使用特性也存在着单次定位耗时较长，无法做到实时定位。这也是目前在隧道施工
中，面临导向方法的难题。
[0004]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本专利技术的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种掘进机导向方法、装置、设备及存储介质及其导向系统，解决了在隧道施工
中，能够实时对掘进机或盾构机进行定位导向，修正自身施工方向的需求，能显著提升掘进机或盾构机的导向精度。
[0006]本专利技术的上述实施目的主要由以下技术方案来实现：
[0007]一种掘进机导向方法，所述方法包括：
[0008]以隧道为第一参考坐标系，获取在所述第一参考坐标系下的第一目标的位置坐标、第二目标的位置坐标、以及掘进机的初始高度坐标；
[0009]以所述第一目标、所述第二目标和所述掘进机为第二参考坐标系，获取所述掘进机的相对平面坐标；
[0010]根据所述掘进机的实际位移曲线，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的相对高程坐标；
[0011]根据所述相对平面坐标、所述初始高度坐标、以及所述相对高程坐标，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的实际位移坐标；
[0012]基于所述掘进机的拟定位移曲线、所述实际位移坐标、以及所述掘进机的空间姿态角，确定所述掘进机的导向曲线。
[0013]根据一具体实施例，以所述第一目标、所述第二目标和所述掘进机为第二参考坐标系，获取所述掘进机的相对平面坐标，包括：
[0014]获取所述第一目标与所述掘进机之间的第一距离、所述第二目标与所述掘进机之间的第二距离、以及所述掘进机与所述第一目标的连线和所述掘进机与所述第二目标的连线之间的第一夹角；
[0015]根据所述第一目标的位置坐标、所述第二目标的位置坐标、所述第一距离、所述第二距离、以及所述第一夹角，计算所述掘进机的所述相对平面坐标。
[0016]根据一具体实施例，根据所述第一目标的位置坐标、所述第二目标的位置坐标、所述第一距离、所述第二距离、以及所述第一夹角，计算所述掘进机的所述相对平面坐标，包括：
[0017]根据所述第一目标的位置坐标、所述第二目标的位置坐标，确定所述第一目标和所述第二目标之间的连线在所述第二参考坐标系下与X坐标轴之间的第二夹角；
[0018]根据所述第一距离、所述第二距离、以及所述第一夹角，确定所述第二目标和所述掘进机的连线的垂线在所述第二参考坐标系下与所述第二目标和所述第一目标的连线之间的第三夹角；
[0019]根据所述第二夹角与所述第三夹角，确定所述第二目标和所述掘进机的连线与所述第二参考坐标系的X坐标轴之间的第四夹角；
[0020]根据所述第四夹角、所述第二目标的位置坐标、以及所述第二距离，确定所述掘进机的所述相对平面坐标。
[0021]根据一具体实施例，根据所述掘进机的实际位移曲线，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的相对高程坐标，包括：
[0022]获取所述掘进机的多个时间点的姿态角、以及所述掘进机在所述第二参考坐标系下同时间点的的所述相对平面坐标；
[0023]根据所述姿态角、以及所述相对平面坐标，确定所述掘进机的所述相对高程坐标。
[0024]根据一具体实施例，根据所述掘进机的实际位移曲线，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的相对高程坐标，包括：
[0025]获取所述掘进机相邻两次停机状态下在第一参考坐标系下的实际位置坐标；
[0026]根据相邻两个所述实际位置坐标，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的所述实际位移的高程倾角；
[0027]根据所述高程倾角与所述相对平面坐标，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的所述相对高程坐标。
[0028]根据一具体实施例，基于所述掘进机的拟定位移坐标、所述实际位移坐标、以及所述掘进机的空间姿态角，确定所述掘进机的导向曲线，包括：
[0029]根据所述拟定位移坐标和所述实际位移坐标的坐标差，确定所述掘进机的导向曲线，调整所述掘进机的所述姿态角。
[0030]一种掘进机导向装置，所述装置包括：
[0031]获取单元，以隧道为第一参考坐标系，获取在所述第一参考坐标系下的第一目标的位置坐标、第二目标的位置坐标，以及掘进机的初始高度坐标；
[0032]解算单元，根据所述第一目标的位置坐标、所述第二目标的位置坐标、以及所述初
始高度坐标，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的实际位移坐标；
[0033]调整单元，基于所述掘进机的拟定位移坐标、所述实际位移坐标、以及所述掘进机的空间姿态角，调整所述掘进机的导向曲线。
[0034]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述掘进机导向方法。
[0035]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述掘进机导向方法。
[0036]一种掘进机导向系统，用于实施上述的掘进机导向方法，所述掘进机导向系统包括：
[0037]设置在掘进机上的激光雷达和雷达棱镜，所述激光雷达相对于所述雷达棱镜的空间坐标固定，以及设置在掘进机上的惯性导航系统，所述惯性导航系统相对于所述雷达棱镜和所述激光雷达的空间坐标固定；
[0038]移动定位设备，多个所述移动定位设备上设置有棱镜，多个所述移动定位设备固定在隧道中，且设置所述掘进机的后方位置；
[0039]激光校准设备，所述激光校准设备具有激光发射器，所述激光校准设备固定在隧道中，且设置在所述掘进机的后方位置。
[0040]与现有技术相比，本专利技术所述的技术方案具有以下特点和优点：
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种掘进机导向方法，其特征在于，所述方法包括：以隧道为第一参考坐标系，获取在所述第一参考坐标系下的第一目标的位置坐标、第二目标的位置坐标、以及掘进机的初始高度坐标；以所述第一目标、所述第二目标和所述掘进机为第二参考坐标系，获取所述掘进机的相对平面坐标；根据所述掘进机的实际位移曲线，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的相对高程坐标；根据所述相对平面坐标、所述初始高度坐标、以及所述相对高程坐标，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的实际位移坐标；基于所述掘进机的拟定位移曲线、所述实际位移坐标、以及所述掘进机的空间姿态角，确定所述掘进机的导向曲线。2.根据权利要求1所述的掘进机导向方法，其特征在于，以所述第一目标、所述第二目标和所述掘进机为第二参考坐标系，获取所述掘进机的相对平面坐标，包括：获取所述第一目标与所述掘进机之间的第一距离、所述第二目标与所述掘进机之间的第二距离、以及所述掘进机与所述第一目标的连线和所述掘进机与所述第二目标的连线之间的第一夹角；根据所述第一目标的位置坐标、所述第二目标的位置坐标、所述第一距离、所述第二距离、以及所述第一夹角，计算所述掘进机的所述相对平面坐标。3.根据权利要求2所述的掘进机导向方法，其特征在于，根据所述第一目标的位置坐标、所述第二目标的位置坐标、所述第一距离、所述第二距离、以及所述第一夹角，计算所述掘进机的所述相对平面坐标，包括：根据所述第一目标的位置坐标、所述第二目标的位置坐标，确定所述第一目标和所述第二目标之间的连线在所述第二参考坐标系下与X坐标轴之间的第二夹角；根据所述第一距离、所述第二距离、以及所述第一夹角，确定所述第二目标和所述掘进机的连线的垂线在所述第二参考坐标系下与所述第二目标和所述第一目标的连线之间的第三夹角；根据所述第二夹角与所述第三夹角，确定所述第二目标和所述掘进机的连线与所述第二参考坐标系的X坐标轴之间的第四夹角；根据所述第四夹角、所述第二目标的位置坐标、以及所述第二距离，确定所述掘进机的所述相对平面坐标。4.根据权利要求1所述的掘进机导向方法，其特征在于，根据所述掘进机的实际位移曲线，确定所述掘进机在所述第一参考坐标系下的相对高程坐标，包括：获取所述掘进机的多个时间点的姿态角、以及所述掘进机在所述第二参考坐标系下同时间点的的所述相对平面坐标；根据所述姿态角、以及所述相对平...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，魏云豹，孟祥波，魏晓龙，林福龙，陈力，王震，焦敬波，周树亮，赵志成，孙振亚，陈建飞，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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