自動導(dǎo)向系統(tǒng)國外盾構(gòu)掘進(jìn)自動導(dǎo)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代末，日本 MAC 公司研制了以陀螺慣量原理為主的盾構(gòu)掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)，英國 ZED 公司研制了 ZED 盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)。由于陀螺儀不適應(yīng)于盾構(gòu)慢速運動狀態(tài); ZED 產(chǎn)品換站過程中需用人工計算，也不適應(yīng)現(xiàn)場需求。所以，兩個系統(tǒng)相繼被市場淘汰。之后，德國 VMT 公司研制了以激光電子檢測技術(shù)為主的VMT盾構(gòu)掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng); 日本演算工房研制了以光學(xué)棱鏡測量技術(shù)為主的 Robtec盾構(gòu)掘進(jìn)自動導(dǎo)向系統(tǒng)。前者是將激光束照射在置于盾構(gòu)內(nèi)專用的電子目標(biāo)靶上，測出激光光束和標(biāo)靶的位置關(guān)系，再推算出盾構(gòu)機姿態(tài); 后者是通過測量設(shè)置在盾構(gòu)機中固定位置上的若干個棱鏡的絕對坐標(biāo)，根據(jù)棱鏡與盾構(gòu)機切口和盾尾的相對位置關(guān)系，推算出盾構(gòu)機的位置和姿態(tài)。兩者的共同特點是: 充分運用現(xiàn)代計算機、信息、測量技術(shù)，結(jié)合盾構(gòu)施工技術(shù)，使所研制的系統(tǒng)測量精度符合盾構(gòu)姿態(tài)連續(xù)檢測的要求。兩者的差異是: VMT系統(tǒng)的激光始終落在定制的目標(biāo)靶上，目標(biāo)測量和數(shù)據(jù)處理的周期為1s左右; Robtec 系統(tǒng)循環(huán)檢測盾構(gòu)內(nèi)不同位置的標(biāo)準(zhǔn)棱鏡，巡回檢測周期為40s以上。

自動導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

采用光學(xué)棱鏡測量技術(shù)為主的技術(shù)方案。在盾構(gòu)內(nèi)部正上方布置3個光學(xué)棱鏡，全站儀檢測盾構(gòu)內(nèi)3個棱鏡的位置，由計算機根據(jù)空間測量計算得出盾構(gòu)的運動姿態(tài)，包括盾構(gòu)掘進(jìn)施工需要掌握的切口平面、切口高程、盾尾平面、盾尾高程等偏差，以及盾構(gòu)傾斜角和盾構(gòu)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。如果盾構(gòu)內(nèi)某棱鏡受到施工環(huán)境干擾，只要測出 2個目標(biāo)棱鏡，結(jié)合安裝在盾構(gòu)內(nèi)的電子傾斜儀數(shù)據(jù)也可以計算出盾構(gòu)姿態(tài)。后視棱鏡作為地面絕對坐標(biāo)引入的參考基準(zhǔn)，以動態(tài)校驗全站儀的空間位置。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，需要及時掌握盾構(gòu)的姿態(tài)變化數(shù)據(jù)，以提供糾偏依據(jù)。根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)的速度和盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)尚未參與盾構(gòu)掘進(jìn)自動控制的現(xiàn)狀。一般認(rèn)為1min的采樣周期就能滿足工程應(yīng)用要求。

自動導(dǎo)向系統(tǒng)自動導(dǎo)向系統(tǒng)的組成

1) 系統(tǒng)由全站儀、目標(biāo)棱鏡、傾斜儀、計算機組成 。

(1) 該系統(tǒng)選用TPS1200全站儀，利用ATR功能，可自動搜索棱鏡，并使望遠(yuǎn)鏡十字絲精確照準(zhǔn)目標(biāo)。該全站儀可實現(xiàn)與其他設(shè)備的通信。

(2) 采用徠卡小棱鏡或 360°小棱鏡，目標(biāo)棱鏡固定在盾構(gòu)機內(nèi)，為系統(tǒng)自動跟蹤測量提供目標(biāo)。

(3)采用NS-15/P2SAMS-A型高精度雙軸傳感器，檢測盾構(gòu)機的坡度與滾角。該傳感器精度為0. 01°，為數(shù)字量輸出的傾角傳感器，量程范圍為± 15°，輸出的是 RS232 信號。

(4) 選用無線收發(fā)轉(zhuǎn)換器( SAMS-C和SAMS-B) ，建立盾構(gòu)內(nèi)計算機和置于隧道內(nèi)測量平臺上的全站儀的通信鏈路。

(5) 計算機實現(xiàn)測控運算和系統(tǒng)集成功能。

盾構(gòu)掘進(jìn)機內(nèi)裝有變頻器、高壓柜、電動機等電氣設(shè)備，系統(tǒng)運行的電磁環(huán)境復(fù)雜，全站儀和計算機之間的無線通信容易受到各種干擾。對于固定頻率的干擾信號采用適當(dāng)增加通信信號強度、調(diào)整通信頻率、鎖定通信地址等手段予以解決，效果良好，但是仍有少量隨機干擾影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。根據(jù)隨機干擾的不確定性和系統(tǒng)實時性要求不高的特點，系統(tǒng)采用固定數(shù)據(jù)通信格式，在每次通信完成后檢測格式是否正確，及時發(fā)現(xiàn)由于受干擾而發(fā)生格式改變的通信數(shù)據(jù)。對于格式正確的

通信數(shù)據(jù)，根據(jù)測量對象的位置關(guān)系再進(jìn)行校核，以求發(fā)現(xiàn)極少部分格式正確而數(shù)據(jù)受干擾被改變的通信數(shù)據(jù)。在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)受到干擾的基礎(chǔ)上，根據(jù)干擾是隨機的、持續(xù)時間短等特點，采用重發(fā)數(shù)據(jù)的方法，保證通信的正確性。 2100433B

記錄隧道施工過程中和盾構(gòu)位置姿態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)可以在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中實時給出盾構(gòu)機的位置和姿態(tài)，實時顯示盾構(gòu)機和設(shè)計軸線（DTA）的偏差，系統(tǒng)穩(wěn)定性自動檢查及報警，輔助測站維護(hù)和移站，記錄隧道施工過程中和盾構(gòu)位置姿態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 系統(tǒng)的主要使用對象有兩類人員，一類為盾構(gòu)司機，能進(jìn)行實時測量、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。另外一類為施工測量人員，系統(tǒng)除了能進(jìn)行實時測量等操作外，還能進(jìn)行輔助測站維護(hù)等工作。兩類人員在登陸時由系統(tǒng)確定。 2100433B

本系統(tǒng)選用徠卡公司生產(chǎn)的TCA1203 型全站儀，帶自動目標(biāo)識別的全站儀也稱為測量機器人，該設(shè)備是實現(xiàn)自動測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件之一。TPS1200 ATR（自動目標(biāo)識別）功能能夠自動搜索棱鏡并使望遠(yuǎn)鏡十字絲精確照準(zhǔn)目標(biāo)。并且所有全站儀的功能都可以通過online 的通訊方式，發(fā)送ASCII 碼指令。

《應(yīng)急導(dǎo)向系統(tǒng)—評價指南》（GB/T 35413-2017）給出了建筑物內(nèi)應(yīng)急導(dǎo)向系統(tǒng)的評價原則、評價程序和評價結(jié)果應(yīng)用的方向性指導(dǎo)。該標(biāo)準(zhǔn)適用于應(yīng)急導(dǎo)向系統(tǒng)的建設(shè)單位、管理單位及第三方機構(gòu)針對建筑物內(nèi)應(yīng)急導(dǎo)向系統(tǒng)開展的設(shè)計、設(shè)置和運行管理等方面的評價。