[发明专利]一种隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统及方法

说明书

本发明涉及一种隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统，其包括陀螺全站仪、双目标组件、控制点标识以及无线通讯网络，陀螺全站仪由陀螺装置和全站仪组成，具有自主寻北、测距、搜索目标以及解算三维坐标的功能，双目标组件安装固连在掘进机车体上，与掘进机车体中心位置、艏艉线角度关系确定且稳定；控制点标识安装在井下导线控制点上，配合陀螺全站仪获取本地点坐标；所述陀螺全站仪通过无线局域网络与上级系统之间进行通讯。本发明基于陀螺全站仪和惯导设备的掘进机定位导航系统及方法，适用于隧道、矿井实现无人化开采和掘进的配套设备，给实施开挖的盾构机、掘进机或采煤机等提供高精度位置和方位信息。

技术领域

本发明属于地下或水下密闭空间的自主定位、导航技术领域，特别是一种隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统及方法。

背景技术

在隧道、地铁和矿井等无人化开挖作业过程中，需要知道车体精确的位置和方位信息，才能规划其工作路径，或遥控其实施工作，而上述车体在隧道、矿井中运行或停车时，方位处于随机状态，无法支撑无人作业，要想获得其精确的方位值，需要利用惯导设备和陀螺经纬仪等进行测量。惯导设备提供的方位信息，一方面含有初始误差，当前技术水平可将方位初始误差控制在3′以内；另一方面，惯导的测量误差随时间发散，进一步恶化了方位测量精度。陀螺经纬仪可以提供高精度方位信息，但需要专门架设，且准直车体的方位基准镜，需要操作人员经常介入，无法实现真正意义上的无人化开采。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于陀螺全站仪的隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统及方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统，其包括陀螺全站仪、双目标组件、控制点标识以及无线通讯网络，陀螺全站仪由陀螺装置和全站仪组成，具有自主寻北、测距、搜索目标以及解算三维坐标的功能，双目标组件安装固连在掘进机车体上，与掘进机车体中心位置、艏艉线角度关系确定且稳定；控制点标识安装在井下导线控制点上，配合陀螺全站仪获取本地点坐标；所述陀螺全站仪通过无线局域网络与上级系统之间进行通讯。

而且，双目标组件由目标一、目标二通过支撑杆安装于连接横梁上，目标一、目标二为两个反光棱镜，组合后安装在车体顶部适当位置，方便与后方陀螺全站仪通视。

一种基于权利要求1-2任一项一种隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统的定位定向方法，其包括如下步骤：

1)陀螺全站仪上电启动；

2)利用陀螺全站仪自寻北功能获得真北方位，陀螺全站仪输出值即为望远镜视准轴与真北方位之间的夹角；

3)陀螺全站仪搜索控制点标识并锁定，测得陀螺全站仪至控制点标识基线的方位、距离和高低角，自动解算陀螺全站仪安装位置的三维坐标；

4)陀螺全站仪搜索双目标组件的“目标一”并锁定，测得陀螺全站仪至“目标一”基线的方位、距离和高低角，自动解算“目标一”的三维坐标；

5)制陀螺全站仪搜索双目标组件的“目标二”并锁定，测得陀螺全站仪至“目标二”基线的方位、距离和高低角，自动解算“目标二”的三维坐标；通过对“目标二”方位角、距离的判断和识别，实现对“目标一”和“目标二”的区分；

6)解算双目标组件横梁方位，进而解算掘进机车体艏艉线方位；

7)通过无线通讯网络向上级系统发布测量成果。

本发明的优点和有益效果为：