CN101663464B - 指引弯曲隧道中的钻凿模式的方法和钻岩设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道曲线计算中确定钻凿模式的方向的方法，该隧道曲线计算在钻岩设备的控制单元中执行。本发明进一步涉及一种实施本方法的软件产品，并且涉及一种钻岩设备。例如，通过使用曲线拟合来确定待开凿的隧道的隧道线(16)。将钻凿现场在隧道线上的位置通信至控制单元(11)，并且将钻凿模式(28)的导航平面(19)定位在隧道线上。将一轮的起点(30)定位在隧道线(16)上，并且设置这一轮的长度(L)。进一步，在距离起点与这一轮的长度对应的距离处定位这一轮的终点(31)，并且指引钻凿模式的坐标系，使得该坐标系的轴中的一个从起点指向终点。最后，变换不同的坐标系。
Description
技术领域
本发明涉及一种确定钻凿模式的方向的方法。本发明进一步涉及一种软件产品和钻岩设备。在本申请的独立权利要求的前序中更详细地公开了本发明的领域。
背景技术
通常，根据预定的隧道设计开凿隧道。例如，隧道设计在隧道工地的投影坐标系中确定待开凿的隧道的隧道线。此外，隧道设计确定在每种情况下使用的坐标系。因为隧道要开凿多轮，所以作为办公室工作应提前设计每一轮的钻凿模式，钻凿模式确定待开凿的孔的至少数目、位置、方向和长度。钻凿模式具有其自身的坐标系，该坐标系独立于隧道工地的投影坐标系。为了进行钻凿，将关于隧道线确定钻岩设备的位置和方向，且进一步地，必须能够指引新一轮的钻凿模式，以便根据设计的隧道线使隧道前进。
在实践中，隧道开凿进行，使得当前一轮已经开凿、装药以及爆破时，破碎的岩石材料被运送到别处，跟着是钻岩设备被驱动到掌子面(tunnel face)并导航。在导航中，借助于隧道激光器，使钻岩设备的方向与投影坐标系相关联，而隧道激光器的方向又借助于投影坐标系中的两个坐标点确定，隧道激光器的光束穿过这些点。钻岩设备在隧道线上的位置的信息可由操作者提供，例如通过给出所谓的标记数字来提供。因为在投影坐标系中确定隧道线，且因为在钻凿现场使用了局部现场坐标系，以及进一步因为钻凿模式具有其自身的坐标系，所以借助本身已知的变换矩阵等来将投影坐标系和现场坐标系变换成钻凿模式的坐标系。此外，当待开凿的隧道是弯曲的或隧道激光器与隧道线不平行时，在钻岩设备的控制单元中计算关于每一轮的隧道激 光器和钻凿模式的交点以及孔的方向角，以便能够按照钻凿模式开凿孔。
在已知的曲线计算中，借助包括若干点和它们的坐标信息的曲线表确定隧道线，这些点彼此之间以预定的距离间隔开。操作者将钻岩设备在隧道线上的位置，即在实践中钻岩设备距隧道起点的距离通信至控制单元，随后选择离钻凿现场最近的曲线表的点，并且在这些点处定位局部坐标系，使得每个局部坐标系的y轴指向曲线表的下一个点。接着，计算隧道激光器和定位在曲线表的这些点处的局部坐标系的交点。进一步地，隧道激光器和定位在钻凿现场的导航平面的交点的坐标通过从曲线表的这些点计算的坐标内插所述交点的坐标来进行计算。通过以相似的方式内插，也计算了导航平面之后的平面的交点的坐标。随后，可以根据这些交点的坐标计算隧道激光器和导航平面之间的u和v孔的方向角。
本曲线计算的缺点是精度不够。据观察，精度依赖于例如由隧道激光器和隧道线一起形成的角的大小。这是因为大的角度值导致数学上的角度误差。而且，精度被降低是因为以下事实：计算与曲线表的点之间的距离有关。另外，本曲线计算难以理解，这使得隧道设计和钻凿模式设计更加困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种指引弯曲隧道的钻凿模式的新颖和改进的方法、一种实现此方法的软件产品、以及一种钻岩设备。
根据本发明的方法的特征在于，将待开凿的一轮的长度通信至控制单元；确定在待开凿的下一轮的一部分上的隧道线的形状；在隧道线上设置钻凿模式的起点；确定与待开凿的这一轮的长度相一致的距离，该距离从起点开始，且在隧道线的特定位置定位这一轮的终点；指引钻凿模式，使得其从起点指向终点；以及进行坐标系变换，把钻 凿模式的所确定的方向考虑进去，并且根据钻凿模式计算孔的坐标和方向，以便钻凿。
根据本发明的钻岩设备的特征在于，下载到控制单元的软件产品的执行设置成进一步产生以下程序：确定待开凿的下一轮的一部分上的隧道线的形状；在隧道线上设置钻凿模式的起点；确定与待开凿的这一轮的长度相一致的距离，该距离从起点开始，且在隧道线的特定位置定位这一轮的终点；指引钻凿模式，使得其从起点指向终点；以及进行坐标系变换，把钻凿模式的所确定的方向考虑进去，并且根据钻凿模式计算孔的坐标和方向，以便钻凿。
根据本发明的软件产品的特征在于，软件产品在控制单元中的执行设置成产生以下程序：确定待开凿的下一轮的一部分上的隧道线的形状；在隧道线上设置钻凿模式的起点；响应关于这一轮的长度和在这一轮的这一部分上的隧道线的形状的信息，确定隧道线上待开凿的这一轮的终点；指引钻凿模式，使得其从起点指向终点；以及进行坐标系变换，把钻凿模式的确定方向考虑进去。
进一步，根据本发明的第二种方法的特征在于，响应关于这一轮的长度的信息，确定待开凿的下一轮的一部分上的隧道线的形状；在隧道线上设置第二坐标系的原点并且将该原点确定作为起点；确定与待开凿的这一轮的长度相一致的距离，该距离从起点开始，且在隧道线的特定位置定位这一轮的终点；指引第二坐标系，使得该坐标系的轴中的一个从起点指向终点；以及进行从第一坐标系到第二坐标系的坐标系变换，把第二坐标系的所确定的方向考虑进去。
构成本发明基础的思想是将钻岩设备导航到钻凿现场，并且钻岩设备的控制单元被告知钻岩设备在隧道线上的位置，即一轮的起点。接着，将待开凿的这一轮的长度通信至控制单元，并且确定待开凿的下一轮的一部分上的待开凿的隧道的曲率。随后，确定隧道线上与这 一轮的长度相一致的距离，并且在隧道线的特定位置定位这一轮的终点。进一步，根据这一轮的长度在控制单元内指引钻凿模式，使得钻凿模式从隧道线上的这一轮的起点指向隧道线上这一轮的终点。随后，例如通过使用变换矩阵，在控制单元内进行从投影坐标系到钻凿模式的坐标系的坐标系变换。
本发明的优点是提高了开凿精度。而且，可根据期望选择一轮的长度。另一个优点是隧道激光器和隧道线之间的可能的角度的大小与计算的精度无关。根据本发明的方法还更易于理解，从而使隧道线和钻凿模式的设计者能够更广泛的使用曲线计算的潜力。对钻岩设备的操作者来说，也很容易使用根据本发明的曲线计算。
一个实施方式的思想是在钻凿现场设置局部现场坐标系，使得该坐标系的轴中的一个从起点指向终点，并且根据现场坐标系计算钻凿模式的方向。
一个实施方式的思想是钻凿模式的坐标系的y轴从起点被指向终点。相应地，如果使用了现场坐标系，那么该现场坐标系的y轴被指向钻凿方向。因此，应用了在本领域常用的坐标系布局。
一个实施方式的思想是沿待开凿的一轮的隧道线确定从起点到终点的距离。
一个实施方式的思想是沿可行的最短路径确定从起点到终点的距离。
一个实施方式的思想是设置钻凿现场的局部现场坐标系，使得该坐标系的ys轴指向钻凿方向。在曲线计算中，ys轴被指引成从起点指向终点。基于此，计算钻凿模式的方向。
一个实施方式的思想是根据隧道激光器进行导航。隧道激光器发射光束，从光束测量出投影坐标系中确定的第一激光点A和第二激光点B的坐标。钻岩设备的钻凿单元可设置有两个观察点，在此情况下，在导航过程中驱动钻凿单元，使得由隧道激光器发射的光束穿过两个观察点。这使得钻岩设备的方向与投影坐标系的方向相关，并且进一步，根据此信息，在坐标系之间进行必要的变换。此外，当根据本发明导航平面从这一轮的起点指向由这一轮的长度和隧道线的形状确定的终点时，可随后在控制单元中执行从投影坐标系到钻凿模式的坐标系的正常的坐标系变换，并且可在控制单元中计算隧道激光器和导航平面的交点以及隧道激光和导航平面之间的孔方向角u和v。根据此信息，钻岩设备的控制单元能够计算待开凿的孔的位置和方向。
一个实施方式的思想是根据准距仪的测量进行导航。在此情况下，隧道激光器不是必需的。
一个实施方式的思想是已经在曲线表中确定隧道线，曲线表被提前设定且包含多个曲线表点，待形成的隧道线通过这些点。在投影坐标系中确定这些曲线表点的x、y和z坐标。而且，为曲线表的每个点指定标记数字，以描述隧道在xy平面中相对于参考点、例如隧道的起点的深度。控制单元也被告知是升高的还是降低的标记数字被使用，即如从导航平面看到的，在哪个方向观察到隧道线。
一个实施方式的思想是在曲线计算中使用曲线表，且确定离待开凿的一轮的中点最近的曲线表点和离曲线表的该中点最近的两个曲线表点。接下来，通过在控制单元中确定曲线，使隧道的曲率接近待开凿的这一轮，其中该曲线的描述符以最佳方式经过所述三个曲线表点。进一步，在钻凿现场指引钻凿模式、即实践中的导航平面，使得将这一轮的长度考虑进去，钻凿模式的坐标系的y轴指向存在于近似曲线上的这一轮的终点。
一个实施方式的思想是在曲线表中确定以彼此不同的距离间隔开的点。在此情况下，例如，曲线表的点之间的距离可被确定为：在隧道线的弯曲部分变成直线部分的部分上的距离比在其它部分上的点之间的距离小，或者反之亦然。而且，当曲率半径在弯曲隧道中改变时，曲线表的点可被确定为：更密地间隔开。这能够提高计算精度。
一个实施方式的思想是代替使用曲线表的点，而通过以数学方程的形式表达隧道的中心线来确定隧道线。描述隧道线的数学函数可通过利用隧道设计程序作为办公室工作而提前建立。例如，描述隧道线的连续的数学函数可以是圆弧方程。尤其是当开凿陡弯时，本申请可提高精度。
一个实施方式的思想是操作者通过控制单元的用户界面馈送钻凿现场的位置。根据所提供的信息，控制单元定位导航平面和隧道线上这一轮的起点。
一个实施方式的思想是测量钻凿现场的位置，并且将测量信息通信至控制单元。控制单元定位导航平面和隧道线上测量位置的这一轮的起点。可借助例如准距仪或另一合适的测量装置进行测量。
一个实施方式的思想是操作者将这一轮的长度馈送给控制单元的用户界面。
一个实施方式的思想是在钻凿模式中确定这一轮的长度，使得该长度早已被考虑进去，同时将钻凿模式下载到控制单元内。
一个实施方式的思想是通过预定的倾斜角的大小，使钻凿模式倾斜。可以例如在曲线表中，单独地在每个点处确定隧道线的倾斜角。如果倾斜角不为零，则通过确定的倾斜角的大小，使钻凿模式的坐标系绕与其yd轴平行的直线倾斜，这导致钻凿模式的yd轴仍指向这一轮 的终点，但钻凿模式的xd轴和zd轴的方向改变了倾斜角的大小。倾斜角的影响被考虑到坐标系的变换矩阵内。
一个实施方式的思想是提前确定枢转点，以确定钻凿模式的坐标系相对于现场坐标系的位置。在钻凿现场的坐标系中和在钻凿模式的坐标系中确定枢转点的坐标。
一个实施方式的思想是确定隧道线的倾斜角，并且进一步，借助枢转点，确定钻凿模式的坐标系相对于现场坐标系的位置。在此情况下，钻凿模式的坐标系绕一直线倾斜，该直线经过枢转点且与钻凿模式的坐标系的y轴平行。
一个实施方式的思想是在钻岩设备的控制单元中执行与指引钻凿模式相关的基本所有的程序。
一个实施方式的思想是在钻岩设备的外部的一个或多个控制单元中执行与指引钻凿模式相关的程序的至少一个。在此情况下，经由钻岩设备的控制单元与定位在例如矿山的控制室中的控制单元之间的数据通信连接，使得与指引钻凿模式相关的信息进行通信。
一个实施方式的思想是通过用于提供隧道设计或隧道模式的规划计算机或相应的控制单元，进行钻凿模式的指引。这使得如果需要的话，则设计者能够模拟钻凿计划等。
一个实施方式的思想是，为了指引钻凿模式，从存储或储存装置，例如记忆棒、记忆盘、硬盘、信息网络服务器等将软件产品下载到钻岩设备的控制单元内，在控制单元中执行软件产品，从而产生本申请描述的程序。
附图说明
附图中更详细地描述了本发明的一些实施方式，其中：
图1是示出定位在掌子面以便钻凿的钻岩设备的示意性侧视图，
图2示意性地且如在xy平面所见那样示出了弯曲隧道、与其关联使用的坐标系以及用于开凿现场的钻岩设备的导航装置，
图3示意性地且如在xy平面所见那样示出了根据本发明的从位于导航平面的起点到位于隧道线上的一轮的终点指引钻凿模式的解决方案，
图4示意性地示出了从投影坐标系到钻凿现场的现场坐标系以及进一步到钻凿模式的坐标系的变换，以及钻凿模式的坐标系相对于预定的枢转点的变换和倾斜，
图5示意性地且如在xy平面所见那样示出了根据三个曲线表的点而接近弯曲隧道线的方法，
图6示出了确定标记数字、点坐标和倾斜度的曲线表，
图7示出了如在xy平面所见的以及设置有根据轮的长度指引的导航平面的根据图6的曲线表的隧道线，以及
图8三维地示出了根据图6的曲线表的隧道线，还使曲线表内确定的倾斜度能够从描绘出导航平面的横向线的位置看到。
为了清楚起见，附图以简化方式示出本发明的某些实施方式。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。
具体实施方式
图1示出的钻岩设备1包括设置有一个或多个钻臂3的可移动的运载体2。钻臂3可由一个或多个臂部分3a、3b组成，而臂部分3a、3b可通过铰接件4彼此接合以及与运载体2接合，使得臂3可在不同的方向以多用途的方式移动。此外，每个钻臂3的自由端可以设置有钻凿单元5，该钻凿单元5可包括进给梁6、进给装置7、钻岩机8以及工具9，工具9的外端可设置有钻头9a。钻岩机8可借助进给装置7相对于进给梁6移动，以便使工具9能够在钻凿过程中朝岩石10进给。钻岩机8可包括用于传递工具9上的应力脉冲的撞击装置，以及还包括用于使工具9围绕 其纵向轴线旋转的旋转装置。钻岩设备1可进一步包括用于控制钻凿的一个或多个控制单元11。控制单元11可包括一个或多个处理器、用于执行软件产品的可编程逻辑器或类似的装置，执行该软件产品，从而产生根据本发明的方法。此外，控制单元11可设置有确定待开凿的孔12的至少位置和方向的钻凿模式。控制单元11进一步包括位于钻岩设备1的钻凿平台或操纵室13中的显示装置。显示装置使得钻凿和定位所必需的信息能够显示给操作者，而操作者可通过显示装置的用户接口对控制单元11发送指令和馈送信息。控制单元11可将指令传送到移动钻臂3的执行机构、传送到进给装置7以及传送到影响钻凿单元5的位置的其它执行机构。进一步可设置与钻臂3的铰接件4有关的一个或多个传感器14，并且可设置与钻凿单元5有关的一个或多个传感器15。从传感器14、15获得的测量信息可被通信至控制单元11，控制单元11可根据测量信息确定钻凿单元5的位置和方向，以便控制。而且，控制单元11的处理器设置有计算单元，该计算单元能够执行坐标系变换矩阵以及例如导航和定位钻凿单元所必需的计算。在图1中，在已经计算出根据钻凿模式的孔的位置和方向且已经执行了必需的坐标系变换之后，控制单元11在待开凿的孔12处定位钻凿单元5。
图2示出弯曲隧道线16，该隧道线可借助曲线表的点17或以另外的方式(例如以数学方程的形式)确定。当使用曲线表时，隧道线16通过点17。当设计隧道时，点17的坐标、标记数字18以及倾斜度被确定在曲线表内，如在下面图6中可看到。曲线表的点17沿隧道线16以彼此确定的距离定位，使得每个点17设置有其自身的标记数字18。因此，标记数字18表示出在确定位置处、从参考点开始的隧道深度。标记数字18可以例如以米为单位，其从隧道的起点开始。钻岩设备1的操作者可将标记数字18传送到控制单元11，使得控制单元获悉隧道钻凿前进了多远。标记数字18使在方向xz上的导航平面19的位置能够被确定在隧道线16上。进一步，控制单元11通知标记数字18是上升还是下降，以便使控制单元11能够获悉隧道线16被观察到的方向，正如从导航平面19所看到的那样。钻凿模式28定位在导航平面19上。例如，曲线计算的精确 度受曲线表的点17之间的距离影响。因为在根据本发明的解决方案中，曲线表的点17彼此之间不必以相同的距离间隔开，因此，可通过在期望的位置使曲线表的点17间隔得更密来提高曲线计算的精确度。曲线表可以例如在隧道的均匀弯曲部分16a变为直线部分16c的位置16b处设置间隔得更密的点17，并且反之亦然，或在隧道的曲率半径r急剧改变的位置设置间隔得更密的点17。
应当指出，如果设置在隧道中心线上的三个选择的点不在同一条线上，那么隧道是弯曲的。在曲线计算之前，在控制单元11中执行的软件产品可测试隧道部分是直线部分16c还是弯曲部分16a、16b。如果隧道部分是弯曲部分，那么可利用在本申请中描述的解决方案。关于直线部分，可使用内插法。
在图2中，钻岩设备1被驱动到掌子面21，以便导航。为了导航，钻岩设备1的钻凿单元5可装备有两个观察点22a和22b，在此情况下，钻凿单元5被驱动到钻凿现场，使得提前指引的隧道激光器23的光束24穿过观察点。对于第一激光点A和第二激光点B，在隧道设计中已经确定了坐标，这样确定了隧道激光器23的方向。当钻岩设备的钻凿单元定位在使隧道激光器发射的光束能够穿过观察点的位置时，控制单元11可确定钻岩设备1相对于投影坐标系25的方向，其中，隧道激光器23的方向已经被确定。而且，操作者可提供导航平面19在隧道线上的方向，或可测量导航平面19的方向。根据这些信息，可进行坐标系变换。
图2进一步示出将在隧道开凿中使用的坐标系。在国际岩石开采数据交互标准(IREDES)中定义的坐标系和其相互关系可应用在本申请中。在投影坐标系25中，隧道线16以及激光点A和B借助于xp、yp和zp坐标定义。进一步，在钻凿现场使用了具有xs、ys和zs轴的局部“现场坐标系”26，使得该现场坐标系的ys轴指向钻凿方向。图2还进一步示出控制单元11的显示装置27上的钻凿模式28，其中钻凿模式28与具有自己的坐标系29，且有自己的xd、yd和zd轴。
图3示出如在xy平面所见到的钻凿模式28的指引。现场坐标系26的ys轴被指向从位于导航平面19的起点30到位于隧道线16的一轮的终点31的位置。根据现场坐标系的指引，曲线计算执行必须的变换计算并指引钻凿模式28，以便钻凿。为了指引，操作者通过控制单元11的用户界面馈送这一轮的长度L，以便钻凿，或者可选地，例如以其它方式在钻凿模式28中表示长度L。终点31的位置根据隧道线16的曲率和这一轮的长度L确定。隧道线16的形状可通过所谓的曲线拟合、即通过设置一条曲线经过曲线表的点17来逼近，或者可选地，隧道线16的形状可能早已用隧道线16的不同部分的数学函数的形式给出。为了示范，图3示出线32a和32b，其中可以在线32a与32b之间将弯曲隧道线确定为连续的数学函数、例如确定为具有给定半径的圆弧的方程。在这种情况下，控制单元11获悉隧道线16的走向，且能够以与这一轮的长度L相一致的距离从起点定位接下来将要开凿的这一轮的终点31，如沿隧道线16所界定那样。接着，在控制单元11中指引现场坐标系26，使得ys轴从起点30指向终点31。当钻凿模式的坐标系29的新方向被计算出来且坐标系被指引时，导航平面19的方向也会改变。图4示出在曲线计算中使用的坐标系及与其相关的变换。在它们的变换中使用的坐标系和变换矩阵被定义在国际岩石开采数据交互标准(IREDES)中，其在此通过引用并入。在钻岩设备的控制单元中执行的曲线计算计算了不同坐标系之间的相关性。曲线计算计算了从投影坐标系25到现场坐标系26以及进一步到钻凿模式的坐标系29的变换矩阵。而且，如果借助隧道激光器23进行导航，则曲线计算计算了隧道激光器和钻凿模式28的交点以及隧道激光器与钻凿模式之间的方向角。然而，在某些情况下，也可用不同的方式进行导航。甚至在这样的情况下，把导航结果考虑到不同的坐标系变换中。
图4示出称为枢转点33的原理。枢转点33确定钻凿模式的坐标系29关于现场坐标系26的位置。枢转点33的坐标在钻凿现场的现场坐标系26和钻凿模式的坐标系29中确定。借助枢转点33和倾斜角G，可从现场 坐标系26到钻凿模式的坐标系29进行xz平面中的变换34，该变换根据图4中示出的坐标轴xd、yd和zd给出坐标系。如果确定了隧道线16的倾斜角G，则钻凿模式的坐标系29可绕通过枢转点33并与钻凿模式的坐标系29的yd轴平行的直线以状态35的形式倾斜。不考虑倾斜，枢转点33的坐标在现场坐标系26和钻凿模式的坐标系29中保持不变。图4示出了倾斜35，其中轴x3、y3和z3定义的坐标系逆时针方向以倾斜角G的大小旋转到轴x4、y4和z4定义的坐标系。最终结果是钻凿模式的坐标系29，该钻凿模式相对于枢转点33在控制单元11中已被修改。
图5示出通过使用所谓的曲线拟合的方法的隧道线16的近似形状。如上面已经陈述的，隧道线16可在曲线表中确定。待开凿的一轮被给定长度L。另外，给出了起点的位置、即标记数字，这使曲线表的点17a能够最接近这一轮的中心36以及使曲线表的两个点17b和17c能够最接近待确定的曲线表的中间点17a。接着，隧道线16的曲率通过在控制单元11中确定一条曲线而接近于待开凿的这一轮，其中该曲线的描述符以最佳的方式通过曲线表的所述三个点17a、17b、17c。典型地，曲线是具有依赖于条件的半径r的圆弧。控制单元11可设置有可应用的各种曲线方程的数据文件。此外，在钻凿现场指引钻凿模式28，即在实践中，导航平面19设置成使得把这一轮的长度L考虑进去，钻凿模式的坐标系的yd轴指向存在于近似曲线上的这一轮的终点31。
图6示出曲线表37，其中列A确定以米为单位的点的标记数字，列B确定以米为单位的点的x坐标，列C确定以米为单位的点的y坐标，列D确定以米为单位的点的z坐标，以及进一步，列E确定以度为单位的倾斜角。可能的枢转点的坐标是曲线表的特定常数，因此它们不必作为单独的列给出。
倾斜角G使钻凿模式的坐标系能够绕与y轴平行的直线倾斜。即使倾斜角为零，钻凿模式的坐标系可仍旧绕与x轴平行的直线倾斜。在这种情况下，隧道包括上坡或下坡。绕与x轴平行的直线的倾斜度根据曲 线表的点之间的高度差确定。
图7示出根据图6的曲线表37的隧道线，如在xy平面看到的，且其设置有根据一轮的长度指引的导航平面。在图7中，隧道线16上的星号描绘了曲线表的点17，圆38描绘了起点和终点，以及进一步，横穿隧道线的横向线19描绘了导航平面。类似地，图8三维地示出了根据图6的曲线表37的隧道线16，还使在曲线表内所确定的倾斜度G能够从描绘了导航平面的横向线19的位置看到。
与图6中示出的曲线表37不同，还可给出点17在z方向的坐标。这使隧道线16还能够作为z轴的投影以及标记数字、即作为高度曲线来观察。在接下来要开凿的一轮内，高度曲线的曲率可按与上面关于xy投影描述相似的方式逼近，且进一步，钻凿模式的坐标系29的指引可按与上述描述相似的方式进行。
图1还进一步示出外部控制单元40，该外部控制单元能够执行与钻凿模式的指引相关的一个或多个程序、例如与坐标系变换相关的计算或其它数据处理。与指引有关的基本所有的程序可以在例如存在于控制室42中的控制单元40中执行，并且完整的钻凿模式方向信息被通信至钻岩设备的控制单元11。信息可经由数据传输连接器在控制单元11与40之间传递，数据传输连接器可以是无线的。
应进一步指出，代替y轴，而可能会在钻凿方向上指引现场坐标系的另一个轴，且另一方面，钻凿模式除了y轴之外的轴可从起点指向终点。在这种情况下，这是命名坐标系和其轴的问题。而且，有可能根本没有使用坐标系。在这种情况下，投影坐标系和钻凿模式的坐标系直接变换，而不用通过现场坐标系来计算。坐标系还可与上述公开内容有不同的命名。
钻凿模式可以进一步确定无导航平面；于是目的是仅利用本发明 的思想实现待指引的钻凿模式的坐标系。
在某些情况下，可使用本申请所公开的特征，而与其它特征无关。另一方面，当需要时，本发明所公开的特征可被组合，以提供不同的组合。
附图和相关描述仅是用来展示本发明的思想。本发明的细节可在权利要求书的范围内进行变化。
Claims (18)
1.一种确定钻凿模式的方向的方法，所述方法包括以下步骤：
将待开凿的隧道的隧道线(16)下载到控制单元(11、40)内，在隧道工地的投影坐标系(25)中确定所述隧道线(16)；
将确定了钻凿模式的至少导航平面(19)和坐标系(29)的钻凿模式(28)下载到控制单元(11、40)内；
确定用于控制单元(11、40)的钻凿现场，并且将局部坐标系(26、29)设置在所述钻凿现场，使得所述局部坐标系的轴中的一个指向钻凿方向；
在所述钻凿现场定位钻凿模式(28)的所述导航平面(19)；
在所述钻凿现场定位钻岩设备(1)，并通过导航使所述投影坐标系、所述钻凿模式的坐标系和所述局部坐标系彼此相关；以及
进行从投影坐标系(25)到所述钻凿模式的坐标系(29)的必要的坐标系变换，所述方法的特征在于，
将待开凿的一轮的长度(L)通信至所述控制单元(11、40)；
确定待开凿的下一轮的一部分上隧道线(16)的形状；
在隧道线(16)上设置钻凿模式(28)的起点(30)；
确定与待开凿的这一轮的长度(L)相对应的距离，该距离从起点(30)开始，并且在隧道线(16)的特定位置处定位这一轮的终点(31)；
指引钻凿模式(28)，使得其从起点(30)指向终点(31)；以及
进行坐标系变换，考虑钻凿模式(28)的所确定的方向，并根据钻凿模式(28)计算出孔的坐标和方向，以便钻凿。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在钻凿现场设置局部现场坐标系(26)，使得所述局部现场坐标系的轴中的一个从起点(30)指向终点(31)，并且根据所述局部现场坐标系(26)计算钻凿模式(28)的方向。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
沿待开凿的这一轮的隧道线(16)，确定从起点(30)到终点(31)的距离。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
借助包括隧道线(16)所经过的多个点(17)的弯曲表(37)，确定隧道线(16)；
在投影坐标系(25)中，确定用于所述弯曲表的所述点(17)的至少x、y、z坐标，并且确定用于每个点自己的标记数字(18)，所述标记数字(18)描述了相对于参考点的所述点(17)处的且在xy平面中观察到的隧道的深度；
确定离待开凿的这一轮的中心(36)处最近的所述弯曲表的中点(17a)，并确定离所述弯曲表的该中点(17a)最近的所述弯曲表的两点(17b、17c)；
通过在控制单元(11、40)中确定曲线方程，近似得出待开凿的这一轮处的隧道的曲率，所述曲线方程的描述符以最佳的方式通过所述弯曲表的中点(17a)和离所述弯曲表的所述中点(17a)最近的所述弯曲表的所述两点(17b、17c)；
在近似所述隧道线的曲率的曲线上且在距这一轮的起点(30)的一定距离处定位这一轮的终点(31)，所述距离与沿隧道线(16)所限定的这一轮的长度(L)相一致；以及
在控制单元(11、40)中指引钻凿模式(28)，使得钻凿模式(28)从这一轮的起点指向这一轮的终点(31)。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
以至少一个数学函数的形式提前确定隧道线(16)的曲率；
将描述隧道线(16)的所述数学函数通信至所述控制单元(11、40)；以及
在所述控制单元(11、40)中指引钻凿模式(28)，使得所述钻凿模式的坐标系(29)的轴中的一个指向由所述数学函数限定的隧道线(16)上的这一轮的终点(31)，并且这一轮的终点在距这一轮的起点(30)的距离(L)处，所述距离(L)与这一轮的长度相一致。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在投影坐标系(25)中确定隧道激光器(23)；
借助隧道激光器(23)，在钻凿现场导航所述钻岩设备(1)；以及
在控制单元(11、40)中进行坐标系变换，并确定隧道激光器(23)和导航平面(19)的交点以及隧道激光器(23)相对于导航平面(19)的方向角。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
由操作者通过用户界面将隧道线(16)上的钻凿现场的位置馈送给控制单元(11)；以及
在由操作者指示的隧道线(16)上的位置处，定位这一轮的导航平面(19)和起点(30)。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
测量钻凿现场的位置，并将测量信息通信至控制单元(11、40)；以及
在隧道线(16)的所测量位置处，定位这一轮的导航平面(19)和起点(30)。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
由操作者通过用户界面将这一轮的长度(L)馈送给控制单元(11、40)。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
确定钻凿模式(28)中的这一轮的长度(L)，并在将所述钻凿模式下载到控制单元(11、40)中的同时，将长度(L)考虑进去。
11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在投影坐标系(25)中确定隧道线(16)的倾斜角(G)；
通过所确定的倾斜角(G)的大小，使钻凿模式的坐标系(29)绕与钻凿模式的yd轴平行的直线倾斜，这导致钻凿模式的yd轴仍指向这一轮的终点(31)，但钻凿模式的xd轴和zd轴的方向改变了倾斜角(G)的大小；以及
在变换坐标系同时，将钻凿模式(28)的倾斜的影响考虑进去。
12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在钻凿现场的现场坐标系(26)中和钻凿模式的坐标系(29)中确定枢转点(33)以及其坐标；
借助枢转点(33)，确定钻凿模式的坐标系(29)相对于现场坐标系(26)的位置；以及
在变换坐标系同时，将枢转点(33)的影响考虑进去。
13.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在投影坐标系(25)中确定隧道线(16)的倾斜角(G)；
在钻凿现场的现场坐标系(26)中和钻凿模式的坐标系(29)中确定枢转点(33)以及其坐标；以及
通过所确定的倾斜角(G)的大小，使钻凿模式的坐标系(29)绕一直线倾斜，该直线经过枢转点(33)且与钻凿模式的坐标系的yd轴平行。
14.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
执行与所述钻岩设备的控制单元(11)中指引钻凿模式相关的程序。
15.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
执行与钻岩设备(1)外部的至少一个控制单元(40)中指引钻凿模式相关的程序中的至少一个程序；以及
经由数据通信连接(41)，在控制单元(11、40)之间使与指引钻凿模式相关的信息进行通信。
16.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
执行与隧道设计计算机上指引钻凿模式相关的程序。
17.一种钻岩设备，包括：
可移动的运载体(2)；
至少一个钻臂(3)和至少一个钻凿单元(5)，所述钻凿单元(5)包括进给梁(6)、钻岩机(8)以及工具(9)，进给梁(6)设置在钻臂(3)中，钻岩机(8)能够借助进给装置(7)相对于进给梁(6)移动，工具(9)能够与钻岩机(8)相连接；
至少一个传感器(14、15)，所述传感器用于确定钻凿单元(5)的位置和方向；
至少一个控制单元(11)，所述控制单元能够执行曲线计算程序，该曲线计算程序的执行产生以下程序：
将待开凿的隧道的隧道线(16)下载到控制单元(11)内，在隧道工地的投影坐标系(25)中确定所述隧道线(16)；
将确定了钻凿模式的至少导航平面(19)和坐标系(29)的钻凿模式(28)下载到控制单元(11)内；
确定用于控制单元(11)的钻凿现场，并且将局部坐标系(26、29)设置在所述钻凿现场，使得所述局部坐标系的轴中的一个指向钻凿方向；
在所述钻凿现场定位钻凿模式(28)的导航平面(19)；
考虑在所述钻凿现场定位钻岩设备(1)，并通过导航使所述投影坐标系、所述钻凿模式的坐标系和所述局部坐标系彼此关联；以及
进行从所述投影坐标系(25)到所述钻凿模式的坐标系(29)的必要的坐标系变换，
其特征在于，
下载到控制单元(11)中的软件产品的执行被设置成进一步产生以下程序：
确定待开凿的下一轮的一部分上隧道线(16)的形状；
在隧道线(16)上设置钻凿模式(28)的起点(30)；
确定与待开凿的这一轮的长度(L)相一致的距离，该距离从起点(30)开始，且在隧道线(16)的特定位置处定位这一轮的终点(31)；
指引钻凿模式(28)，使得其从起点(30)指向终点(31)；以及
执行坐标系变换，考虑钻凿模式(28)的所确定的方向，并根据钻凿模式(28)计算孔(12)的坐标和方向，以便钻凿。
18.一种确定隧道坐标系的方向的方法，所述方法包括以下步骤：
将待开凿的隧道的隧道线(16)下载到至少一个控制单元(11、40)内，在第一坐标系(25)中确定所述隧道线(16)；
在控制单元(11，40)中，在钻凿现场设置第二坐标系(26、29)，使得所述第二坐标系的轴中的一个指向钻凿方向；以及
使所述第一坐标系(25)和所述第二坐标系(26、29)彼此关联；
其特征在于，
响应关于这一轮的长度(L)的信息，确定待开凿的下一轮的一部分上隧道线(16)的形状；
在隧道线(16)上设置第二坐标系(26、29)的原点，并将所述原点确定作为起点(30)；
确定与待开凿的这一轮的长度(L)相一致的距离，该距离从起点(30)开始，且在隧道线(16)的特定位置处定位这一轮的终点(31)；
指引第二坐标系(26、29)，使得所述第二坐标系的轴中的一个从起点(30)指向终点(31)；以及
进行从第一坐标系(25)到第二坐标系(26、29)的坐标系变换，并且考虑第二坐标系(26、29)的所确定的方向。
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