CN108169756B - 一种顶进涵施工的测偏监控装置及测偏方法 - Google Patents

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CN108169756B CN201711363563.7A CN201711363563A CN108169756B CN 108169756 B CN108169756 B CN 108169756B CN 201711363563 A CN201711363563 A CN 201711363563A CN 108169756 B CN108169756 B CN 108169756B
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Abstract

本发明公开了一种顶进涵施工的测偏监控装置及测偏方法，装置包括固定在涵体内壁上的测偏组合体、设于涵体正前方的反射屏以及控制模块；测偏组合体包括三组固定测距单元和两组滑轮测距单元，第一固定测距传感器和第三固定测距传感器均位于测偏组合体的上方内壁的前侧边沿且分别位于上方内壁中心的左右侧，第二固定测距传感器在第一固定传感器的正下方，第一滑轮测距传感器位于测偏组合体的左内壁中心，第二组滑轮测距传感器设于第三固定测距传感器的正下方；每个固定测距传感器以及第二滑轮测距传感器均朝反射屏发射激光，第一滑轮测距传感器朝测偏组合体右内壁发射激光。本发明通过上述装置采集激光测量距离进行纠偏监控以及为纠偏提供数据依据。

Description

一种顶进涵施工的测偏监控装置及测偏方法
技术领域
本发明具体涉及一种顶进涵施工的测偏监控装置及测偏方法。
背景技术
顶进涵施工过程中经常会遇到涵体中线左右偏移及扎头、抬头现象，这些问题将会影响工程质量、施工进度、提高工程造价成本，甚至造成难以挽回的损失。目前只有人工打桩点去测量偏移量，耗费时间长、测量时效性差、耗费大量的技术力量以及劳动力量、效率低、影响了工程进度。
发明内容
本发明的目的是一种顶进涵施工的测偏监控装置及测偏方法，可以自动监控涵体在顶进过程中涵体偏移的情况，获取涵体偏移角和偏移量大小，实现涵体顶进参数自动获取以及偏移角和偏移量的自动计算，为涵体纠正提供数据基础。
一方面，本发明提供一种顶进涵施工的测偏监控装置，包括测偏组合体、反射屏以及控制模块；
其中，所述反射屏设于涵体正前方，所述测偏组合体固定在涵体内壁上，所述测偏组合体包括三组固定测距单元和两组滑轮测距单元，每组固定测距单元包括一个固定测距传感器以及一个无线模块，每组滑轮测距单元包括一个滑轮测距传感器以及一个无线模块，每个滑轮测距传感器包括杆、滑轮以及激光测距传感器，激光测距传感器通过杆与滑轮连接，杆与滑轮之间铰接，控制模块包括处理模块以及一个无线模块；
其中，所述三组固定测距单元中第一固定测距传感器和第三固定测距传感器均位于测偏组合体的上方内壁的前侧边沿且分别位于上方内壁中心的左、右侧，第二固定测距传感器固定在第一固定传感器的正下方，所述两组滑轮测距单元中第一滑轮测距传感器位于测偏组合体的左内壁中心，第二组滑轮测距传感器设于第三固定测距传感器的正下方；
所述测偏组合体的前壁开设激光孔，激光孔与固定测距传感器、第二滑轮测距传感器一一对应，所述测偏组合体的右内壁设置激光反射区；
每个固定测距传感器以及所述第二滑轮测距传感器均通过激光孔朝所述反射屏发射激光，所述第一滑轮测距传感器朝所述测偏组合体的激光反射区发射激光；
其中，固定测距单元和滑轮测距单元均通过无线模块与处理模块通讯。
涵体正前方是指涵体前进方向的反方向，测偏组合体安装在涵体内部，涵体偏转时测偏组合体同步偏转。其中，测偏组合体正对反射屏使其上的固定测距传感器和第二滑轮测距传感器朝反射屏发射激光，此外，测偏组合体是正向安装固定在涵体内壁，即测偏组合体的左外壁与涵体左内壁相贴合或者测偏组合体的右外壁与涵体右内壁相贴合或者测偏组合体的上外壁与涵体上内壁相贴合或测偏组合体的下外壁与涵体下内壁相贴合。此外，测偏组合体的右内壁可以是具有激光反射功能的材料制作成的激光发射壁或者是右内壁上设置具有激光反射功能的反射片。第一固定测距传感器、第二固定测距传感器和第三固定测距传感器中的激光测距传感器是固定在测偏组合体的内壁，涵体偏移时测偏组合体随之偏转，导致测偏组合体内的激光测距传感器随之偏转，进而导致第一固定测距传感器、第二固定测距传感器和第三固定测距传感器的激光随涵体的偏移而偏移。第一滑轮测距传感器和第二滑轮测距传感器中激光测距传感器通过杆与滑轮连接，且杆与滑轮在滑轮圆盘中心位置铰接，使得第一滑轮测距传感器和第二滑轮测距传感器中激光测距传感器在重力作用下，不论涵体怎么偏转其激光均朝水平方向射向反射屏。
标准状态下第一固定测距传感器、第二固定测距传感器和第三固定测距传感器水平射向反射屏，且第一固定测距传感器的激光测量距离、第二固定测距传感器的激光测量距离与第三固定测距传感器的激光测量距离相等，第一滑轮测距传感器的激光射向测偏组合体右内壁中心位置，第二滑轮测距传感器的激光束水平射向反射屏。
优选地，第一固定测距传感器、第二固定测距传感器与所述测偏组合体的左内壁相隔5cm，所述第三固定测距传感器与所述测偏组合体的右侧内壁相隔5cm。
优选地，所述无线模块为ZigBee无线模块。
将与处理模块通讯连接的ZigBee无线模块视为上位机，与各个传感器通讯连接的ZigBee无线模块视为下位机，其中优选各个传感器与ZigBee无线模块之间使用杜邦线连接。
另一方面，本发明还提供一种使用上述装置的测偏方法，包括如下步骤：
步骤1：涵体顶进后，处理模块通过无线模块发送启动信号给所述测偏组合体内的固定测距传感器和滑轮测距传感器；
步骤2：固定测距传感器和滑轮测距传感器发射激光，并获取激光测量距离；
步骤3：固定测距传感器和滑轮测距传感器通过无线模块发送步骤2中获取的激光测量距离给处理模块；
步骤4：处理模块依据获取的激光测量距离判断涵体所存在的偏移类型，并计算出对应偏移类型下的偏移角度和偏移距离；
其中，偏移类型包括涵体的左倾、右倾、抬头、扎头、左偏移、右偏移及其组合。
涵体顶进后，可能存在单一的偏移类型，也可能存在多种偏移的组合，例如涵体既左倾又抬头，但是左倾和右倾不会同时存在，抬头和扎头不会同时存在，左偏移和右偏移不会同时存在。其中，由于滑轮测距传感器中的激光测距传感器是悬挂在滑轮的杆下端，因此无论涵体在哪种偏移情况下，在重力作用下滑轮测距传感器中的激光测距传感器始终是朝水平方向射出，而固定测距传感器的激光束会涵体的偏移发生偏移，利用滑轮测距传感器以及固定测距传感器的激光随涵体偏移的变化特性进行纠偏监控，可以依据滑轮测距传感器以及固定测距传感器的激光测量距离判断出涵体的偏移类型以及偏移角度、偏移量，为涵体纠偏提供数据依据，纠偏时是依据步骤4计算出的偏移角度以及偏移距离进行的。
顶进涵施工过程每次顶进后，按照上述步骤1-4进行纠偏校验，纠偏后继续顶进，再执行步骤1-4的纠偏校验，直至涵体顶进至指定位置。其中处理模块设置于带有显示装置的终端上时，终端上还可以显示计算出的偏移类型、偏移角度和偏移距离。
优选地，步骤4中依据获取的激光测量距离判断涵体所存在的偏移类型的过程如下：比较第一固定测距传感器的激光测量距离Z5和第二固定测距传感器的激光测量距离Z7的大小；
其中，第一固定测距传感器的激光测量距离Z5大于第二固定测距传感器的激光测量距离Z7时，所述涵体的偏移类型存在抬头；第一固定测距传感器的激光测量距离Z5小于第二固定测距传感器的激光测量距离Z7时，所述涵体的偏移类型存在扎头；
比较第一固定测距传感器的激光测量距离Z5和第三固定测距传感器的激光测量距离Z6的大小；
其中，第一固定测距传感器的激光测量距离Z5大于第三固定测距传感器的激光测量距离Z6，所述涵体的偏移类型存在左偏移；第一固定测距传感器的激光测量距离Z5小于第三固定测距传感器的激光测量距离Z6，所述涵体的偏移类型存在右偏移；
计算用于识别涵体左右倾的第一标准参数cos a1，并判断第一标准参数cos a1是否无解或小于1；
若第一标准参数cos a1无解，所述涵体的偏移类型存在右倾；若第一标准参数cosa1小于1，再计算用于识别涵体左右倾的第二标准参数S，并判断第二标准参数S是否小于或大于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4；
若第二标准参数S小于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4，所述涵体的偏移类型存在左倾；若第二标准参数S大于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4，所述涵体的偏移类型存在右倾；
其中，第一标准参数cos a1和第二标准参数S的计算公式如下：
cos a1＝(r1-m1+m2*sin a1)/Z4
S＝[(r1-m1)/cos a1]
式中，a1表示涵体左倾或右倾时的偏移角度，r1为测偏组合体的宽，m2为第一滑轮测距传感器中激光测距传感器到滑轮的圆盘中心的垂直距离，m1为第一滑轮测距传感器中滑轮的圆盘中心到涵体左内壁的距离。
优选地，所述涵体的偏移类型属于左倾或右倾时，按照如下公式计算偏移角度和偏移量；
其中，涵体左倾时，偏移角度和偏移距离的计算公式如下：
cos a＝(r1-m1+m2*sin a)/Z4
涵体右倾时，偏移角度和偏移距离的计算公式如下：
cos a＝(r1-m1-m2*sin a)/Z4
式中，a表示涵体左倾或右倾时的偏移角度，t2表示涵体左倾或右倾时的偏移距离，r1为测偏组合体的宽，B为涵体的宽，Z4为第一滑轮测距传感器获取的激光测量距离，m2为第一滑轮测距传感器中激光测距传感器到滑轮的圆盘中心的垂直距离，m1为第一滑轮测距传感器中滑轮的圆盘中心到测偏组合体左内壁的距离。
优选地，所述涵体的偏移类型属于抬头或扎头时，按照如下公式计算偏移角度b和偏移量t3；
cos b＝Z2/Z1
式中，A为涵体的长，Z1为第三固定测距传感器获取的激光测量距离，Z2为第二滑轮测距传感器获取的激光测量距离。
优选地，所述涵体的偏移类型属于左偏移或右偏移时，按照如下公式计算偏移角度c和偏移量t1；
tan c＝(Z6-Z5)/r4
t1＝(Z6-Z5)*B/[r4 2+(Z6-Z5)2]
式中，r4为两个固定测距传感器之间的距离，r1为测偏组合体的宽，B为涵体的宽，Z5为第一固定测距传感器获取的激光测量距离，Z6为第三固定测距传感器获取的的激光测量距离。
优选地，还包括依据步骤4计算出的偏移角度和偏移距离判断所述涵体是否需要纠偏；
其中，判断所述涵体是否需要纠偏的过程如下：
首先，识别涵体所包含的偏移类型；
然后，依次判断所述涵体产生偏移的类型对应的偏移距离是否超过预设偏移距离；
若存在偏移距离超过预设偏移距离的偏移类型，所述涵体需要纠偏；
若不存在偏移距离超过预设偏移距离的偏移类型，所述涵体不需要纠偏。
若涵体包含多种偏移类型，以偏移类型对应的偏移角度和偏移距离的标准依次进行纠偏。
优选地，所述预设偏移距离为30mm。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点有：本发明通过巧妙地设置测偏组合体、反射屏以及在测偏组合体中设置固定测距传感器和滑轮测距传感器，使得涵体偏转时，测偏组合体也随之偏转，并使得测偏组合体内的传感器也发生变化，并依据固定测距传感器、滑轮测距传感器的激光随涵体偏移变化的特性，和固定测距传感器、滑轮测距传感器的激光测量距离可以准确地判别出涵体的偏移类型，同时依据激光测量距离还可以计算出涵体的偏移角度和偏移距离，进而可以有效地判断当前是否需要对涵体进行纠偏以及为纠偏提供数据基础；同时，由于本发明可以实现各类偏移类型的判断，满足了顶进涵施工过程涵体纠偏的需求；而且，本发明基于固定测距传感器、滑轮测距传感器、无线模块以及处理模块，实现了纠偏监控的自动化，从数据采集以及数据处理过程均实现了自动化，提供了工作效率，减少施工成本，同时由自动检测替代人工检查，提高了检测结果的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种顶进涵施工的测偏监控装置在涵体中的示意图，其中(a)图为测偏监控装置在涵体中的一种示意图，(b)图为测偏监控装置在涵体中的另一示意图；
图2图为测偏监控装置中测偏组合体的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的第一滑轮测距传感器的示意图；
图4是本发明实施例提供的固定测距传感器的示意图；
图5是本发明实施例提供的第二滑轮测距传感器的示意图；
图6是本发明实施例提供的涵体的偏移类型为左倾或右倾下测偏组合体的示意图，其中(a)图为涵体左倾时测偏组合体的示意图，(b)图为涵体右倾时测偏组合体的示意图，(c)图表示标准状态下第一滑轮测距传感器在测偏组合体中的示意图，(d)图表示涵体左倾时第一滑轮测距传感器在测偏组合体中的激光线路图，(e)图表示涵体右倾时第一滑轮测距传感器在测偏组合体中的激光线路图；
图7是本发明实施例提供的涵体的偏移类型为抬头或扎头下测偏组合体的示意图，其中(a)图为涵体抬头时测偏组合体的示意图，(b)图为涵体扎头时测偏组合体的示意图，(c)图表示标准状态下测偏组合体的左视图，(d)图表示涵体抬头时的第三固定测距传感器和第二滑轮测距传感器在测偏组合体内的激光线路图，(e)图表示涵体抬头时第一固定测距传感器和第二固定测距传感器在测偏组合体内的激光线路图，(f)图表示涵体扎头时第一固定测距传感器和第二固定测距传感器在测偏组合体内的激光线路图；
图8是本发明实施例提供的涵体的偏移类型为左偏移或右偏移下测偏组合体的示意图，其中(a)图为涵体左偏移时测偏组合体的示意图，(b)图为涵体右偏移时测偏组合体的示意图，(c)图表示标准状态下测偏组合体的俯视图，(d)图表示涵体右偏移时第一固定测距传感器和第三固定测距传感器在测偏组合体内的激光线路图。
其中，附图标记进一步说明如下：
1a-第一固定测距传感器，1b-第二固定测距传感器，1c-第三固定测距传感器，2-第一滑轮测距传感器，3-涵体，4-反射屏，5-路基，6-测偏组合体内壁，7-滑轮，8-激光测距传感器，9-第二滑轮测距传感器，10-土体，11-测偏组合体，12-杆。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。
如图1中(a)、(b)和图2所示，一种顶进涵施工的测偏监控装置包括测偏组合体11、反射屏4以及控制模块。其中，反射屏设于涵体正前方，测偏组合体11正向固定在涵体内壁上，涵体偏转时，测偏组合体11随之偏转。测偏组合体11包括三组固定测距单元和两组滑轮测距单元。
每组固定测距单元包括一个固定测距传感器以及一个无线模块(图未示)，每组滑轮测距单元包括一个滑轮测距传感器以及一个无线模块(图未示)，控制模块包括处理模块(图未示)以及一个无线模块(图未示)，固定测距单元和滑轮测距单元均通过无线模块与处理模块通讯。三个固定测距传感器包括第一固定测距传感器1a、第三固定测距传感器1b和第三固定测距传感器1c，第一固定测距传感器1a和第三固定测距传感器1c均位于测偏组合体11的上方内壁的前侧边沿且分别位于内壁中心的左、右侧，第二固定测距传感器1b固定在第一固定传感器1a的正下方，两个滑轮测距传感器中第一滑轮测距传感器2位于测偏组合体11的左内壁中心，第二组滑轮测距传感器9设于第三固定测距传感器1c的正下方。测偏组合体11的前壁上对应每个固定测距传感器以及第二滑轮测距传感器的位置上均开设激光孔，测偏组合体11的右内壁设置激光反射区，本实施例中，测偏组合体11的右内壁为具有激光反射功能的材料制成，故测偏组合体11的右内壁任意区域均可以是激光反射区。每个固定测距传感器和第二组滑轮测距传感器9均通过激光孔朝反射屏4发射激光，第一滑轮测距传感器2朝测偏组合体11的右内壁发射激光。
如图3所示，第一滑轮测距传感器2固定在测偏组合体内壁6上，第一滑轮测距传感器2包括杆、滑轮7以及激光测距传感器8，滑轮7通过杆固定在测偏组合体内壁6上，其中，杆包括横杆和竖杆，横杆和竖杆在滑轮7的圆盘中心铰接，竖杆可以绕铰接中心转动，激光测距传感器8悬挂在滑轮7的竖杆下端。故不论测偏组合体11随涵体3如何偏转，第一滑轮测距传感器2的激光测距传感器在重力作用下，激光始终水平射出。
如图4所示，固定测距传感器上设有激光测距传感器8，激光测距传感器固定在测偏组合体内壁6上，故测偏组合体11随涵体3偏转时，固定测距传感器的激光测距传感器8的激光随之偏转。
如图5所示，第二滑轮测距传感器9固定在测偏组合体内壁6上，第二滑轮测距传感器9包括杆、滑轮7以及激光测距传感器8，滑轮7通过杆固定在测偏组合体11上，其中，杆为竖杆。激光测距传感器8悬挂在滑轮7的竖杆下端，竖杆与滑轮7在滑轮7圆盘中心铰接，竖杆可以绕铰接中心转动。故不论测偏组合体11随涵体3如何偏转，第一滑轮测距传感器2的激光测距传感器8在重力作用下，激光始终水平射向反射屏4。
本实施例中，优选第一固定测距传感器1a、第二固定测距传感器1b与测偏组合体11的左内壁相隔5cm，第三固定测距传感器1c与测偏组合体11的右侧内壁相隔5cm；优选反射屏4的尺寸大于测偏组合体11的截面尺寸，即反射屏4的宽比测偏组合体11的宽大2m，反射屏4的高比测偏组合体11的高大1m，以保证测偏组合体11随涵体3偏移后的激光仍旧可以射于反射屏4内。优选无线模块为ZigBee无线模块，将与处理模块通讯连接的ZigBee无线模块视为上位机，与各个传感器通讯连接的ZigBee无线模块视为下位机，其中优选各个传感器与ZigBee无线模块之间使用杜邦线连接。
基于上述装置，本发明提供一种使用上述装置的测偏方法，包括如下步骤：
步骤1：涵体顶进后，处理模块通过无线模块发送启动信号给测偏组合体内的固定测距传感器和滑轮测距传感器；
步骤2：固定测距传感器和滑轮测距传感器发射激光，并获取激光测量距离；
步骤3：固定测距传感器和滑轮测距传感器通过无线模块发送步骤2中获取的激光测量距离给处理模块；
步骤4：处理模块依据获取的激光测量距离判断涵体所存在的偏移类型，并计算出对应偏移类型下的偏移角度和偏移距离；
其中，偏移类型包括涵体的左倾、右倾、抬头、扎头、左偏移、右偏移及其组合；
步骤5：依据步骤4计算出的偏移角度和偏移距离判断所述涵体是否需要纠偏。
其中，涵体顶进后，可能存在单一的偏移类型，也可能存在多种偏移的组合，例如涵体既左倾又抬头，但是左倾和右倾不会同时存在，抬头和扎头不会同时存在，左偏移和右偏移不会同时存在。如图6中的(a)图所示为涵体左倾时测偏组合体的示意图，图6中的(b)图所示为涵体右倾时测偏组合体的示意图，图7中的(a)所示为涵体抬头时测偏组合体的示意图，图7中的(b)所示为涵体扎头时测偏组合体的示意图，图8中的(a)图所示为涵体左偏移时测偏组合体的示意图，图8中的(b)图所示为涵体右偏移时测偏组合体的示意图。应当说明，涵体为刚性结构，不论涵体同时存在多个偏移类型或者单个偏移类型，不同偏移类型之间彼此产生的影响很小，可以忽略，因此对于存在多个偏移类型的情况，进行纠偏时的顺序并无限定。
具体的，步骤4中依据获取的激光测量距离判断涵体的偏移类型的过程如下：
比较第一固定测距传感器的激光测量距离Z5和第二固定测距传感器的激光测量距离Z7的大小；
其中，第一固定测距传感器的激光测量距离Z5大于第二固定测距传感器的激光测量距离Z7时，所述涵体的偏移类型存在抬头；第一固定测距传感器的激光测量距离Z5小于第二固定测距传感器的激光测量距离Z7时，所述涵体的偏移类型存在扎头；
比较第一固定测距传感器的激光测量距离Z5和第三固定测距传感器的激光测量距离Z6的大小；
其中，第一固定测距传感器的激光测量距离Z5大于第三固定测距传感器的激光测量距离Z6，所述涵体的偏移类型存在左偏移；第一固定测距传感器的激光测量距离Z5小于第三固定测距传感器的激光测量距离Z6，所述涵体的偏移类型存在右偏移；
计算用于识别涵体左右倾的第一标准参数cos a1，并判断第一标准参数cos a1是否无解或小于1；
若第一标准参数cos a1无解，所述涵体的偏移类型存在右倾；若第一标准参数cosa1小于1，再计算用于识别涵体左右倾的第二标准参数S，并判断第二标准参数S是否小于或大于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4；
若第二标准参数S小于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4，所述涵体的偏移类型存在左倾；若第二标准参数S大于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4，所述涵体的偏移类型存在右倾；
其中，第一标准参数cos a1和第二标准参数S的计算公式如下：
cos a1＝(r1-m1+m2*sin a1)/Z4
S＝[(r1-m1)/cos a1]
式中，a1表示涵体左倾或右倾时的偏移角度，r1为测偏组合体的宽，m2为第一滑轮测距传感器中激光测距传感器到滑轮的圆盘中心的垂直距离，m1为第一滑轮测距传感器中滑轮的圆盘中心到测偏组合体左内壁的距离。
结合图6中(a)图至(e)图可知，涵体左倾和右倾时，测偏组合体内第一滑轮测距传感器种的激光测距传感器因为重力作用始终水平射出激光，测偏组合体内第一滑轮测距传感器的激光测量距离随涵体左倾或右倾时发生变化，且第一滑轮测距传感器的激光在测偏组合体的右内壁上的投射位置不在位于右内壁中央。结合图7中(a)图至(f)图可知，涵体抬头或扎头时，测偏组合体内第一固定测距传感器和第二固定测距传感器的激光随涵体偏移而偏移，标准状态下第一固定测距传感器和第二固定测距传感器的激光测量距离相等；发生扎头或抬头时，测偏组合体内第一固定测距传感器和第二固定测距传感器的激光测量距离大小变化了；结合图8中(a)图至(d)图可知，标准状态下第一固定测距传感器的激光测量距离和第三固定测距传感器的激光测量距离相等，随着涵体左倾斜或者右倾斜，两者由相等的情况变为不等。
如图6所示，其中(c)图表示标准状态下，第一滑轮测距传感器在测偏组合体中的示意图，(d)图表示涵体左倾时的第一滑轮测距传感器的激光线路图，(e)图表示涵体右倾时的第一滑轮测距传感器的激光线路图。依据三角形相似原理，涵体的偏移类型属于左倾或右倾时，按照如下公式计算偏移角度和偏移量；
其中，涵体的偏移类型属于左倾时，对应的偏移角度和偏移距离的计算公式如下：
cos a＝(r1-m1+m2*sin a)/Z4或a＝ar cos[(r1-m1+m2*sin a)/Z4]
所述涵体的偏移类型属于右倾时，对应的偏移角度和偏移距离的计算公式如下：
cos a＝(r1-m1-m2*sin a)/Z4或a＝ar cos[(r1-m1-m2*sin a)/Z4]
式中，a表示涵体左倾或右倾时的偏移角度，t2表示涵体左倾或右倾时的偏移距离，r1为测偏组合体的宽，B为涵体的宽，Z4为第一滑轮测距传感器获取的激光测量距离，m2为第一滑轮测距传感器中激光测距传感器到滑轮的圆盘的垂直距离，即第一滑轮测距传感器上竖直支架的长度，m1为第一滑轮测距传感器中滑轮的圆盘到测偏组合体左内壁的距离，即第一滑轮测距传感器上横向支架的长度。
需要说明的是，涵体的偏移类型属于左倾和右倾时，是依据第一滑轮测距传感器的激光测量距离来计算出偏移角度和偏移距离。
如图7图所示，其中(c)图表示标准状态下测偏组合体的左视图，(d)图表示涵体抬头下的测偏组合体内第三固定测距传感器和第二滑轮测距传感器的激光线路图。依据三角形相似原理，涵体的偏移类型属于抬头或扎头时，按照如下公式计算偏移角度b和偏移量t3；
cos b＝Z2/Z1
式中，r2为测偏组合体的长，A为涵体的长，Z1为第三固定测距传感器获取的激光测量距离，Z2为第二滑轮测距传感器获取的激光测量距离。
需要说明的是，涵体的偏移类型属于抬头和扎头时，是依据第三固定测距传感器和第二滑轮测距传感器的激光测量距离来计算出偏移角度和偏移距离。
如图8图所示，其中(c)图表示标准状态下测偏组合体的俯视图，(d)图表示涵体右偏移时测偏组合体内第一固定测距传感器和第三固定测距传感器的激光线路图。依据三角形相似原理，涵体的偏移类型属于左偏移或右偏移时，按照如下公式计算偏移角度c和偏移量t1；
tan c＝(Z6-Z5)/r4
t1＝(Z6-Z5)*B/[r4 2+(Z6-Z5)2]
式中，r4为两个固定测距传感器之间的距离，r1为测偏组合体的宽，B为涵体的宽，Z5为第一固定测距传感器获取的激光测量距离，Z6为第三固定测距传感器获取的激光测量距离。
需要说明的是，涵体左倾斜和右倾斜时，是依据第三固定测距传感器和第一固定测距传感器的激光测量距离来计算出偏移角度和偏移距离。
由于激光测距传感器的测量精度为毫米级别，根据误差传播定律，有如下关系：
涵体左倾或右倾时的误差m(t2)，涵体抬头或扎头时的误差m(t3)以及涵体左偏移和右偏移时的误差m(t1)如下所示：
其中，mz1＝mz2＝mz4＝mz5＝mz6，且为已知量。通过上述误差计算可知，当偏移角度以及偏移距离在预设角度和预设距离内时，误差在可允许范围。
具体的，步骤5中依依据步骤4计算出的偏移角度和偏移距离判断所述涵体是否需要纠偏：
首先，识别涵体所包含的偏移类型；
然后，依次判断所述涵体所包含的各个偏移类型对应的偏偏移距离是否超过预设偏移距离；
若存在偏移距离超过预设偏移距离的偏移类型，该涵体需要纠偏；
若不存在偏移距离超过预设偏移距离的偏移类型，该涵体不需要纠偏。
若涵体包含多种偏移类型，则依次进行纠偏。本实施例中优选该预设偏移距离为30mm。
本发明通过上述方法以及装置，实现了涵体的偏移识别以及为纠偏提供了数据依据，将人工测量转换为及其测量，提高测量精度，减少人力。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种顶进涵施工的测偏监控装置，其特征在于：包括测偏组合体、反射屏以及控制模块；
其中，所述反射屏设于涵体正前方，所述测偏组合体固定在涵体内壁上，所述测偏组合体包括三组固定测距单元和两组滑轮测距单元，每组固定测距单元包括一个固定测距传感器以及一个无线模块，每组滑轮测距单元包括一个滑轮测距传感器以及一个无线模块，每个滑轮测距传感器包括杆、滑轮以及激光测距传感器，激光测距传感器通过杆与滑轮连接，杆与滑轮之间铰接，控制模块包括处理模块以及一个无线模块；
其中，所述三组固定测距单元中第一固定测距传感器和第三固定测距传感器均位于测偏组合体的上方内壁的前侧边沿且分别位于上方内壁中心的左、右侧，第二固定测距传感器固定在第一固定传感器的正下方，所述两组滑轮测距单元中第一滑轮测距传感器位于测偏组合体的左内壁中心，第二组滑轮测距传感器设于第三固定测距传感器的正下方；
所述测偏组合体的前壁开设激光孔，激光孔与固定测距传感器、第二滑轮测距传感器一一对应，所述测偏组合体的右内壁设置激光反射区；
每个固定测距传感器以及所述第二滑轮测距传感器均通过激光孔朝所述反射屏发射激光，所述第一滑轮测距传感器朝所述测偏组合体的激光反射区发射激光；
其中，固定测距单元和滑轮测距单元均通过无线模块与处理模块通讯。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：第一固定测距传感器、第二固定测距传感器与所述测偏组合体的左内壁相隔5cm，所述第三固定测距传感器与所述测偏组合体的右侧内壁相隔5cm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述无线模块为ZigBee无线模块。
4.使用上述权利要求1-3任一所述装置的测偏方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：涵体顶进后，处理模块通过无线模块发送启动信号给所述测偏组合体内的固定测距传感器和滑轮测距传感器；
步骤2：固定测距传感器和滑轮测距传感器发射激光，并获取激光测量距离；
步骤3：固定测距传感器和滑轮测距传感器通过无线模块发送步骤2中获取的激光测量距离给处理模块；
步骤4：处理模块依据获取的激光测量距离判断涵体所存在的偏移类型，并计算出对应偏移类型下的偏移角度和偏移距离；
其中，偏移类型包括涵体的左倾、右倾、抬头、扎头、左偏移、右偏移及其组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤4中依据获取的激光测量距离判断涵体所存在的偏移类型的过程如下：
比较第一固定测距传感器的激光测量距离Z5和第二固定测距传感器的激光测量距离Z7的大小；
其中，第一固定测距传感器的激光测量距离Z5大于第二固定测距传感器的激光测量距离Z7时，所述涵体的偏移类型存在抬头；第一固定测距传感器的激光测量距离Z5小于第二固定测距传感器的激光测量距离Z7时，所述涵体的偏移类型存在扎头；
比较第一固定测距传感器的激光测量距离Z5和第三固定测距传感器的激光测量距离Z6的大小；
其中，第一固定测距传感器的激光测量距离Z5大于第三固定测距传感器的激光测量距离Z6，所述涵体的偏移类型存在左偏移；第一固定测距传感器的激光测量距离Z5小于第三固定测距传感器的激光测量距离Z6，所述涵体的偏移类型存在右偏移；
计算用于识别涵体左右倾的第一标准参数cosa1，并判断第一标准参数cosa1是否无解或小于1；
若第一标准参数cosa1无解，所述涵体的偏移类型存在右倾；若第一标准参数cosa1小于1，再计算用于识别涵体左右倾的第二标准参数S，并判断第二标准参数S是否小于或大于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4；
若第二标准参数S小于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4，所述涵体的偏移类型存在左倾；若第二标准参数S大于所述第一滑轮测距传感器的激光测量距离Z4，所述涵体的偏移类型存在右倾；
其中，第一标准参数cosa1和第二标准参数S的计算公式如下：
cosa1＝(r1-m1+m2*sina1)/Z4
S＝[(r1-m1)/cosa1]
式中，a1表示涵体左倾或右倾时的偏移角度，r1为测偏组合体的宽，m2为第一滑轮测距传感器中激光测距传感器到滑轮的圆盘中心的垂直距离，m1为第一滑轮测距传感器中滑轮的圆盘中心到测偏组合体左内壁的距离。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述涵体的偏移类型属于左倾或右倾时，按照如下公式计算偏移角度和偏移量；
其中，涵体左倾时，偏移角度和偏移距离的计算公式如下：
cosa＝(r1-m1+m2*sina)/Z4
涵体右倾时，偏移角度和偏移距离的计算公式如下：
cosa＝(r1-m1-m2*sina)/Z4
式中，a表示涵体左倾或右倾时的偏移角度，t2表示涵体左倾或右倾时的偏移距离，r1为测偏组合体的宽，B为涵体的宽，Z4为第一滑轮测距传感器获取的激光测量距离，m2为第一滑轮测距传感器中激光测距传感器到滑轮的圆盘中心的垂直距离，m1为第一滑轮测距传感器中滑轮的圆盘中心到测偏组合体左内壁的距离。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述涵体的偏移类型属于抬头或扎头时，按照如下公式计算偏移角度b和偏移量t3；
cosb＝Z2/Z1
式中，A为涵体的长，Z1为第三固定测距传感器获取的激光测量距离，Z2为第二滑轮测距传感器获取的激光测量距离。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述涵体的偏移类型属于左偏移或右偏移时，按照如下公式计算偏移角度c和偏移量t1；
tanc＝(Z6-Z5)/r4
t1＝(Z6-Z5)*B/[r4 2+(Z6-Z5)2]
式中，r4为两个固定测距传感器之间的距离，r1为测偏组合体的宽，B为涵体的宽，Z5为第一固定测距传感器获取的激光测量距离，Z6为第三固定测距传感器获取的的激光测量距离。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：还包括依据步骤4计算出的偏移角度和偏移距离判断所述涵体是否需要纠偏；
其中，判断所述涵体是否需要纠偏的过程如下：
首先，识别涵体所包含的偏移类型；
然后，依次判断所述涵体产生偏移的类型对应的偏移距离是否超过预设偏移距离；
若存在偏移距离超过预设偏移距离的偏移类型，所述涵体需要纠偏；
若不存在偏移距离超过预设偏移距离的偏移类型，所述涵体不需要纠偏。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述预设偏移距离30mm。
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