自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)國外盾構(gòu)掘進(jìn)自動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài); ZED 產(chǎn)品換站過程中需用人工計(jì)算，也不適應(yīng)現(xiàn)場需求。所以，兩個(gè)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(dòng)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(jī)姿態(tài); 后者是通過測量設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)中固定位置上的若干個(gè)棱鏡的絕對(duì)坐標(biāo)，根據(jù)棱鏡與盾構(gòu)機(jī)切口和盾尾的相對(duì)位置關(guān)系，推算出盾構(gòu)機(jī)的位置和姿態(tài)。兩者的共同特點(diǎn)是: 充分運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、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(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)光學(xué)棱鏡，全站儀檢測盾構(gòu)內(nèi)3個(gè)棱鏡的位置，由計(jì)算機(jī)根據(jù)空間測量計(jì)算得出盾構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jì)算出盾構(gòu)姿態(tài)。后視棱鏡作為地面絕對(duì)坐標(biāo)引入的參考基準(zhǔn)，以動(dòng)態(tài)校驗(yàn)全站儀的空間位置。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，需要及時(shí)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(dòng)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(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)自動(dòng)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(jì)算機(jī)組成 。

(1) 該系統(tǒng)選用TPS1200全站儀，利用ATR功能，可自動(dòng)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(shí)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(jī)內(nèi)，為系統(tǒng)自動(dòng)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(jī)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(hào)。

(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(jì)算機(jī)和置于隧道內(nèi)測量平臺(tái)上的全站儀的通信鏈路。

(5) 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)測控運(yùn)算和系統(tǒng)集成功能。

盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)裝有變頻器、高壓柜、電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備，系統(tǒng)運(yùn)行的電磁環(huán)境復(fù)雜，全站儀和計(jì)算機(jī)之間的無線通信容易受到各種干擾。對(duì)于固定頻率的干擾信號(hào)采用適當(dāng)增加通信信號(hào)強(qiáng)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(jī)干擾影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。根據(jù)隨機(jī)干擾的不確定性和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求不高的特點(diǎn)，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(shí)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(duì)于格式正確的

通信數(shù)據(jù)，根據(jù)測量對(duì)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(jī)的、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)，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(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)可以在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中實(shí)時(shí)給出盾構(gòu)機(jī)的位置和姿態(tài)，實(shí)時(shí)顯示盾構(gòu)機(jī)和設(shè)計(jì)軸線（DTA）的偏差，系統(tǒng)穩(wěn)定性自動(dòng)檢查及報(bào)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(duì)象有兩類人員，一類為盾構(gòu)司機(jī)，能進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)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(dòng)目標(biāo)識(shí)別的全站儀也稱為測量機(jī)器人，該設(shè)備是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件之一。TPS1200 ATR（自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別）功能能夠自動(dòng)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)原則、評(píng)價(jià)程序和評(píng)價(jià)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(jī)構(gòu)針對(duì)建筑物內(nèi)應(yīng)急導(dǎo)向系統(tǒng)開展的設(shè)計(jì)、設(shè)置和運(yùn)行管理等方面的評(píng)價(jià)。