自動導向系統(tǒng)國外盾構掘進自動導向系統(tǒng)的現(xiàn)狀

20世紀90年代末，日本 MAC 公司研制了以陀螺慣量原理為主的盾構掘進導向系統(tǒng)，英國 ZED 公司研制了 ZED 盾構導向系統(tǒng)。由于陀螺儀不適應于盾構慢速運動狀態(tài); ZED 產品換站過程中需用人工計算，也不適應現(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為主的VMT盾構掘進導向系統(tǒng); 日本演算工房研制了以光學棱鏡測量技術為主的 Robtec盾構掘進自動導向系統(tǒng)。前者是將激光束照射在置于盾構內專用的電子目標靶上，測出激光光束和標靶的位置關系，再推算出盾構機姿態(tài); 后者是通過測量設置在盾構機中固定位置上的若干個棱鏡的絕對坐標，根據(jù)棱鏡與盾構機切口和盾尾的相對位置關系，推算出盾構機的位置和姿態(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，結合盾構施工技術，使所研制的系統(tǒng)測量精度符合盾構姿態(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靶上，目標測量和數(shù)據(jù)處理的周期為1s左右; Robtec 系統(tǒng)循環(huán)檢測盾構內不同位置的標準棱鏡，巡回檢測周期為40s以上。

自動導向系統(tǒng)設計依據(jù)

采用光學棱鏡測量技術為主的技術方案。在盾構內部正上方布置3個光學棱鏡，全站儀檢測盾構內3個棱鏡的位置，由計算機根據(jù)空間測量計算得出盾構的運動姿態(tài)，包括盾構掘進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，以及盾構傾斜角和盾構轉角數(shù)據(jù)。如果盾構內某棱鏡受到施工環(huán)境干擾，只要測出 2個目標棱鏡，結合安裝在盾構內的電子傾斜儀數(shù)據(jù)也可以計算出盾構姿態(tài)。后視棱鏡作為地面絕對坐標引入的參考基準，以動態(tài)校驗全站儀的空間位置。盾構掘進過程中，需要及時掌握盾構的姿態(tài)變化數(shù)據(jù)，以提供糾偏依據(jù)。根據(jù)盾構掘進的速度和盾構姿態(tài)數(shù)據(jù)尚未參與盾構掘進自動控制的現(xiàn)狀。一般認為1min的采樣周期就能滿足工程應用要求。

自動導向系統(tǒng)自動導向系統(tǒng)的組成

1) 系統(tǒng)由全站儀、目標棱鏡、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，并使望遠鏡十字絲精確照準目標。該全站儀可實現(xiàn)與其他設備的通信。

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

(3)采用NS-15/P2SAMS-A型高精度雙軸傳感器，檢測盾構機的坡度與滾角。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)轉換器( SAMS-C和SAMS-B) ，建立盾構內計算機和置于隧道內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。

盾構掘進機內裝有變頻器、高壓柜、電動機等電氣設備，系統(tǒng)運行的電磁環(huán)境復雜，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增加通信信號強度、調整通信頻率、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)測量對象的位置關系再進行校核，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位置姿態(tài)有關的數(shù)據(jù)盾構掘進自動測量導向系統(tǒng)可以在盾構掘進過程中實時給出盾構機的位置和姿態(tài)，實時顯示盾構機和設計軸線（DTA）的偏差，系統(tǒng)穩(wěn)定性自動檢查及報警，輔助測站維護和移站，記錄隧道施工過程中和盾構位置姿態(tài)有關的數(shù)據(jù)，以及進行歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 系統(tǒng)的主要使用對象有兩類人員，一類為盾構司機，能進行實時測量、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)除了能進行實時測量等操作外，還能進行輔助測站維護等工作。兩類人員在登陸時由系統(tǒng)確定。 2100433B

本系統(tǒng)選用徠卡公司生產的TCA1203 型全站儀，帶自動目標識別的全站儀也稱為測量機器人，該設備是實現(xiàn)自動測量系統(tǒng)的基礎硬件之一。TPS1200 ATR（自動目標識別）功能能夠自動搜索棱鏡并使望遠鏡十字絲精確照準目標。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。

《應急導向系統(tǒng)—評價指南》（GB/T 35413-2017）給出了建筑物內應急導向系統(tǒng)的評價原則、評價程序和評價結果應用的方向性指導。該標準適用于應急導向系統(tǒng)的建設單位、管理單位及第三方機構針對建筑物內應急導向系統(tǒng)開展的設計、設置和運行管理等方面的評價。