CN102849092B - 隧道台车可视化定位监测系统 - Google Patents

Abstract

一种隧道台车可视化定位监测系统，包括安装在台车前方隧道顶拱的激光发射装置，分别安装在台车前、后顶部的激光接收装置，以及安装在台车上的控制台，所述激光发射装置包括安装在吊杆组件上的水平发射器，所述水平发射器发射的激光依次由台车前、后顶部的激光接收装置接收，所述激光接收装置将所述激光位置信息拍摄成图像并传输到控制台。本发明的一种隧道台车可视化定位监测系统，由激光发射装置、安装在台车前后的激光接收装置，以水平发射器的激光确保台车的轴线与隧道轴线重合，且激光接收装置能将激光的位置拍摄成图像传输到控制台可视化显示屏上，从而便于控制台操作人员及时观察到调整台车前、后端的偏移距离。

Description

隧道台车可视化定位监测系统

技术领域

本发明涉及一种隧道施工监测仪器，具体涉及一种隧道台车可视化定位监测系统。

背景技术

在隧洞混凝土工程施工中，常常采用钢模台车进行立模衬砌。在混凝土浇筑前，台车初步就位后，需要对台车的位置进行测量校核，以保证台车的模板达到隧洞设计断面尺寸要求。目前，校核台车的测量工作主要依靠传统的测量仪器（如经纬仪等）进行测量。采用这种方法校核台车时，一般是根据目测台车的位置，再通过台车自带的横移机构和顶升机构进行调整，然后测量校核，往往要经过多次反复测量、调整，才能达到设计要求，因此测量校核的重复工作量大，时间较长，施工效率较低，而且台车调整的精度也不高。特别是对于施工工期较紧，采用边开挖、边衬砌的方式施工时，由于开挖时产生较大的灰尘、烟雾，以及运输车辆的通行所引起的灰尘，隧洞内的能见度相对较低，这种环境条件下将给测量工作带来很大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道台车可视化定位监测系统，可以减少台车的测量校核次数、也有利于提高调整精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种隧道台车可视化定位监测系统，包括安装在台车前方隧道顶拱的激光发射装置，分别安装在台车前、后顶部的激光接收装置，以及安装在台车上的控制台，所述激光发射装置包括安装在吊杆组件上的水平发射器，所述水平发射器发射的激光依次由台车前、后顶部的激光接收装置接收，所述激光接收装置将激光位置信息拍摄成图像并传输到控制台。

所述的激光发射装置上还设有用于定位隧道地面中轴线的垂直发射器。

所述的吊杆组件中，垂直杆锚固在隧道顶拱上，T型杆通过垂直调整槽与垂直杆连接，T型杆上设有水平调整槽。

所述的激光接收装置中设有用于接收激光的激光接收靶，其上设有X、Y向坐标，还设有用于拍摄激光接收靶图像的摄像头。

所述的激光接收装置中还设有横向水平仪，横向水平仪安装在摄像头的拍摄范围内。

所述的位于台车前顶部的激光接收装置与台车的托架总成活动连接，便于在位于台车后顶部的激光接收装置工作时，避开激光的通路。

所述的台车上还设有纵向水平装置，所述的纵向水平装置中纵向水平仪安装在摄像头的拍摄范围内。

所述的激光接收装置中还设有用于给摄像头提供照明的照明灯。

在台车后方隧道顶拱上还设有用于定位激光发射装置中水平发射器位置的定位标靶。

所述的控制台与台车上用于调整模板总成位置的台车顶升机构和横移机构的液压控制机构连接。

本发明的一种隧道台车可视化定位监测系统，与现有技术相比，具有以下的有益效果：

1）由激光发射装置、安装在台车前后的激光接收装置，以水平发射器的激光确保台车的轴线与隧道轴线重合，且激光接收装置能将激光的位置拍摄成图像传输到控制台可视化显示屏上，从而便于控制台操作人员及时观察到调整台车前、后端的偏移距离。

2）由于激光接收装置上设置的激光接收靶，其上设置的X、Y向坐标，配合摄像头以及横向水平仪，摄像头实时将激光接收靶上接收到的激光位置图像或横向水平仪的图像信号通过同步电缆传输给控制台的可视化显示屏，控制台操作人员可以方便、清晰地观察激光接收靶上激光的坐标位置，以及横向水平仪显示的台车横向左、右倾斜的情况，并由此操作台车的顶升机构和横移机构，从而达到精确地调整模板总成衬砌位置的目的。

3）在台车的纵梁中部还设有纵向水平仪装置，纵向水平仪装置的摄像头可以将纵向水平仪的图像通过同步电缆传输给控制台的可视化显示屏，控制台操作人员可以根据纵向水平仪判断台车纵向倾斜情况，从而操作台车的顶升机构或横移机构进行调整，保持台车整体位置的精确度，以作为激光定位的补充。

4）此外，在激光接收装置的激光接收靶和横向水平仪附近，以及纵向水平仪装置的纵向水平仪附近还设置有照明灯，可以在晚上或者施工粉尘大、能见度低的场合保持摄像头拍摄的图像清晰，方便观察。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2是图1中台车的侧向结构示意图；

图3是本发明的组成结构示意图；

图4是图3的A-A向视图；

图5是本发明中吊杆组件的结构示意图。

图中：台车1，模板总成11，台车支撑总成12，托架总成13，顶升机构14，横移机构15，纵梁16，激光接收装置2，支架21，摄像头22，照明灯23，激光接收靶24，横向水平仪25，纵向水平仪26，横移导轨27，纵向水平装置3，激光发射装置4，水平发射器41，垂直发射器42，吊杆组件43，垂直杆431，T型杆432，垂直调整槽433，水平调整槽434，控制台5，隧道顶拱6，隧道地面7，定位标靶8。

具体实施方式

如图1、图3中，一种隧道台车可视化定位监测系统，包括安装在台车1前方隧道顶拱6的激光发射装置4，分别安装在台车1前、后顶部的激光接收装置2，以及安装在台车1上的控制台5，所述激光发射装置4包括安装在吊杆组件43上的水平发射器41，所述水平发射器41发射的激光依次由台车1前、后顶部的激光接收装置2接收，所述激光接收装置2将所述激光位置信息拍摄成图像并传输到控制台5。通过激光发射装置4发射的水平激光，落在台车1前、后顶部的激光接收装置2上，从而在控制台5可以获取台车1与隧道轴线的偏移信息。

所述的控制台5与台车1上用于调整模板总成11位置的台车顶升机构14和横移机构15的液压控制机构连接。控制台5还设有可视化显示屏，操作人员根据偏移信息，调整台车顶升机构14和横移机构15，从而调整模板总成11的位置。所述的顶升机构14和横移机构15通常采用液压驱动。

优化的方案中，如图1、图3中，所述的激光发射装置4上还设有用于定位隧道地面7中轴线的垂直发射器42。虽然还可以采用铅垂线等措施，用于确保垂直发射器42与隧道地面7中轴线对齐，但是设置的垂直发射器42可以进一步地提高激光发射装置4定位的效率。垂向发射器42发射的激光打在预先设定的基准线，即隧道地面7的中轴线上，由此确定吊杆组件43的临时锚固位置。

如图5中，所述的吊杆组件43中，垂直杆431锚固在隧道顶拱6上，T型杆432通过垂直调整槽433与垂直杆431连接，T型杆432上设有水平调整槽434。由此结构，可竖向或/和横向地调整安装在其上组件的位置。例如水平发射器41和垂直发射器42的竖向和横向位置。

所述的激光接收装置2中设有用于接收激光的激光接收靶24，其上设有X、Y向坐标，由激光线落在激光接收靶24上的位置，控制台5的操作人员可以得知台车1与隧道轴线的偏移距离。

还设有用于拍摄激光接收靶24图像的摄像头22。优化的方案中，还设有用于给摄像头22提供照明的照明灯23。由此结构，摄像头拍摄的图像被传输到控制台5，以供操作人员作为模板总成11调整的参考。

所述的激光接收装置2中还设有横向水平仪25，横向水平仪25安装在摄像头22的拍摄范围内。激光发射装置4发射的水平激光线，仅能提供台车1在隧道轴线上的偏移距离，却不能反映台车的径向倾斜程度，虽然其倾斜程度可以由隧道底部铺设的钢轨予以保证，但是由于施工环境的复杂，铺设的钢轨也存在局部沉降的可能，因此设置的横向水平仪25有利于获取台车1的径向倾斜程度。

所述的位于台车1前顶部的激光接收装置2与台车1的托架总成13活动连接，便于在位于台车1后顶部的激光接收装置2工作时，避开激光的通路。本例中，位于台车1前顶部的激光接收装置2通过横移导轨27与托架总成13活动连接，当需要获取激光在位于台车1后顶部的激光接收装置2的偏移距离时，横移前面的激光接收装置2，避开激光的通路，以使激光束落在后面的激光接收装置2的激光接收靶24上。进一步可选的方案中，在前的激光接收装置2根据需要翻转一定角度或上、下移动，也可以避开激光的通路。

所述的台车1上还设有纵向水平装置3，所述的纵向水平装置3中纵向水平仪26安装在摄像头22的拍摄范围内。优化的方案中，还设有用于给摄像头22提供照明的照明灯23。由此结构，可以获取台车1在隧道轴线方向的倾斜程度，以作为激光定位的补充信息。

优化的方案中，所述的激光接收装置2中在台车1后方隧道顶拱6上还设有用于定位激光发射装置4中水平发射器41位置的定位标靶8。从前述中可以看出，本发明的检测系统，对激光发射装置4的精度依赖较高，即水平发射器41提供的激光束与隧道轴线的对齐程度会影响最终的调整精度，因此确保激光接收装置2自身的精度是重要的，设置的定位标靶8，可以方便的确保激光束自身的精度。

本发明工作原理如下：

台车在隧洞内进行衬砌就位工作时，首先通过垂直发射器42发射激光作用于事先在隧道地面7上确定好的基准点，从而确定吊杆组件43在隧道顶拱6处的预埋位置。                  

完成吊杆组件43的安装后，通过在吊杆组件43上、下、左、右移动调整水平发射器41到设定的空间位置，开启水平激光器41，水平激光器41打出的水平激光束至托架总成13前端的激光接收靶24上。开启在前的激光接收装置2，照明灯23点亮，摄像头22将打在激光接收靶24上的激光束位置和横向水平仪25的倾斜情况拍摄成图像，通过同步电缆传输至控制台5，操作人员在控制台5上通过可视化显示屏，适时监控激光束在激光接收靶24坐标上的位置情况以及通过横向水平仪25观察台车1前端横向倾斜情况，通过操作台车1自带的顶升机构14、横移机构15的液压控制机构，调整台车1使激光束通过激光接收靶24的坐标原点，即靶心。同时调整台车1使横向水平仪达到规定的要求，此时即完成了台车前端的调整；之后，翻转或移开在前的激光接收靶24，让开激光通道，此时激光束打在台车1上后面的激光接收靶24上，同理，摄像头22将打在激光接收靶24上的激光束位置和台车横向水平仪25倾斜情况拍摄成图像，通过同步电缆传输至控制台5，操作人员在控制台5上通过可视化显示屏，适时监控激光束在激光接受靶24坐标上的位置情况以及通过台车横向水平仪观察台车后端横向倾斜情况，通过操作台车1自带的顶升机构14、横移机构15的液压控制机构，调整台车1使激光束通过激光接收靶24的坐标原点，即靶心。同时调整台车1使横向水平仪达到规定的要求，此时完成了台车后端的调整。

此外，通过台车纵向水平仪装置3，在控制台5上还可以观察台车1中部的纵向倾斜情况，当倾斜超过设定值后，亦可通过操作台车1自带的顶升机构14、横移机构15的液压控制机构进行调整直至达到要求。

综上所述，本发明实现了衬砌台车在就位过程中的可视化定位，尤其是对于隧洞环境较差的工况。采用本发明的系统大大提高了施工效率，改变了以往只能由专业人员进行测量的情况，简化了台车就位的工作量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，不是对于本发明的限制，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (4)

1.一种隧道台车可视化定位监测系统，包括安装在台车（1）前方隧道顶拱（6）的激光发射装置（4），分别安装在台车（1）前、后顶部的激光接收装置（2），以及安装在台车（1）上的控制台（5），其特征在于：所述激光发射装置（4）包括安装在吊杆组件（43）上的水平发射器（41），所述水平发射器（41）发射的激光依次由台车（1）前、后顶部的激光接收装置（2）接收，所述激光接收装置（2）将激光位置信息拍摄成图像并传输到控制台（5），所述的控制台（5）与台车（1）上用于调整模板总成（11）位置的台车顶升机构（14）和横移机构（15）的液压控制机构连接；

所述的激光发射装置（4）上还设有用于定位隧道地面（7）中轴线的垂直发射器（42）；

所述的激光接收装置（2）中设有用于接收激光的激光接收靶（24），其上设有X、Y向坐标，还设有用于拍摄激光接收靶（24）图像的摄像头（22）；

所述的激光接收装置（2）中还设有横向水平仪（25），横向水平仪（25）安装在摄像头（22）的拍摄范围内；

所述的位于台车（1）前顶部的激光接收装置（2）与台车（1）的托架总成（13）活动连接，便于在位于台车（1）后顶部的激光接收装置（2）工作时，避开激光的通路；

在台车（1）后方隧道顶拱（6）上还设有用于定位激光发射装置（4）中水平发射器（41）位置的定位标靶（8）。

2.根据权利要求1所述的一种隧道台车可视化定位监测系统，其特征是：所述的吊杆组件（43）中，垂直杆（431）锚固在隧道顶拱（6）上，T型杆（432）通过垂直调整槽（433）与垂直杆（431）连接，T型杆（432）上设有水平调整槽（434）。

3.根据权利要求1所述的一种隧道台车可视化定位监测系统，其特征是：所述的台车（1）上还设有纵向水平装置（3），所述的纵向水平装置（3）中纵向水平仪（26）安装在摄像头（22）的拍摄范围内。

4.根据权利要求1所述的一种隧道台车可视化定位监测系统，其特征是：所述的激光接收装置（2）中还设有用于给摄像头（22）提供照明的照明灯（23）。