[发明专利]一种非开挖施工智能导向辅助系统

权利要求书

1.一种非开挖施工智能导向辅助系统，其特征在于，包括：

(1)输入生成预设轨迹所需的参数，包括入土点位置、出土点位置、入土角、出土角、埋管深度、各关键点情况、管道的曲率强度要求和现有地下管线情况等；

(2)生成轨迹的基本步骤，确定钻孔轨迹形式，并确定造斜点；

(3)确定弯曲强度，动力钻具的弯曲轻度；

(4)确定入土角和出土角；

(5)标准形式钻孔轨迹参数和各关键点设计：

坐标系：东北地

Θ1：入土角；θ2：出土角

L1：入土直线段；L2：入土弧线段；L3：水平段；L4：出土弧线段；L5出土直线段

H：管道深度

R1：入土弧线段曲率半径；R1＝57.3/iθ1，iθ1为曲率强度

R2：出土弧线段曲率半径；R2＝57.3/iθ2，iθ2为曲率强度

a角：钻进轨迹与地理坐标系的偏角

以出土点O1和A点为必经点进行说明，也可以对BC点进行约束，计算同理，

已知：A点坐标(XA,YA,ZA)，O1点坐标(Xo1,Yo1,Zo1)，求B,C,D点坐标

a)OA段长度和倾角补角：

L1＝((XA)^2+(XA)^2(XA)^2)^(1/2)；

θ1＝cos-1(ZA/L1)；

b)B点坐标：

XB＝XA+R1*cosθ1*cosa

YB＝YA+R1cosθ1*sina

ZB＝ZA+R1*(1-sinθ1)

c)埋管深度：

H＝|ZB|

d)D点坐标：

XD＝Xo1-(Zo1+H-R2*(1-sinθ2))*tanθ2cosa

YD＝Yo1-(Zo1+H-R2*(1-sinθ2))*tanθ2sina

ZD＝H-R2*(1-sinθ2)

e)C点坐标：

XC＝XD-R2*cosθ2cosa

YC＝YD-R2*cosθ2sina

ZC＝ZD+R2*(1-sinθ2)

f)按几何关系可求出L2,L3,L4,L5长度，以及轨迹上任意点的三维坐标值，以钻杆长度为单位划分，则可计算出每根钻杆的倾角、深度；

(6)斜平面处理障碍时钻孔轨迹参数和各关键点设计，斜平面处理，钻孔形式还是采用标准型，设计完成后，进行坐标变换，得到设计轨迹的三维地理坐标：

a)图示圆柱为1个地下垂直平面内的障碍物，用2个点标记Bi1,Bi2，有n个；

b)C1,C2为斜平面内经过点，C1C2段所在的斜平面避开了所有障碍物；

c)Ω角为斜平面和垂直面的夹角；

d)目标即求C1,C2两点的坐标：

e)求出C1,C2坐标后可按照标准形式设计；

(7)综合情况下钻孔轨迹参数和各关键点设计：

a)按照标准形式轨迹进行规划，然后根据障碍物分布修正BC段；

b)按照输入的障碍物坐标从小到大排列，相邻2个形成1个阶段，GiGi+1,Gi+1Gi+2；Gi+2Gi+3；Gi+3Gi+4，最终形成从B点到C点的共n个阶段；

c)如GiGi+1Gi+2这两段是在垂直平面内，按照标准轨迹模式设计，Gi+2Gi+3Gi+4这两段是在斜平面设计的，则按照斜平面设计，当轨迹解析解有多种时候，按最小价值函数选择最优轨迹；

(8)差分GPS计算实时深度：

H0：钻机的水平高度

Hx：接收机的实时海拔高度

HR：接收机与探棒的深度距离

探棒的实际深度为：Hr-(Hx-H0)，符号根据实际大小关系判断；

(9)通过钻杆长度计算实时深度：

ΔL：钻杆钻进长度

Θ1：起点倾角

θ2：终点倾角

Δθ：倾角差

R＝360/((2*PI)*Δθ)

Δh＝R*(sinθ2-sinθ1)

(10)通过差分GPS计算实时左右偏向角：

A,B点经纬度相对于O点转换成车载坐标系：A(Xa,Ya),B(Xb,Yb)，

Δθ＝atan(ΔY/ΔX)＝atan((Yb-Ya)/(Xb-Xa))；

(11)通过陀螺仪和磁靶计算实时左右偏向角：

a)θ1为探棒通过陀螺仪计算的偏向角，由随机积分可知该误差为时间的线性函数：

Θ1＝θTrue+θe，需要校准消除掉θe；

b)θ2为磁靶的相应角度，该值准确；

c)θ3为探棒计算的探棒与磁靶的偏角，该值准确；

d)令θ3趋向0，则θ1＝θ2，可以消除掉偏差，偏差的消除可以在探棒端处理，也可以在数据接收端处理；

e)校准频次可根据所选陀螺仪精度选择；

(12)操作提示技术开发方案。