CN111397593B - 一种轨道交通装备导航数据处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数据处理技术领域，涉及轨道交通设备定位导向数据的处理系统及方法。轨道交通装备导航数据处理系统，包括：地质判断模块、自适应选择模块；所述地质判断模块用于根据输入的超前钻数据判断前方地质类型，将其分为正常地质和非正常地质两种类型；所述自适应选择模块用于根据不同的地质类型选择不同的处理方式对激光导航数据进行修正处理。本发明的有益效果是：将超前钻的数据输入到该处理系统中作为地质判断依据，并根据地质类型选择合适的数据处理方法，对导航数据进行修正处理，再将修正后的导航数据输出，从而实现了定位系统与设备本体之间的闭环控制，能够较好的适应各种工况，实现大型轨道交通装备掘进线路的高精度、高准确性。

Description

一种轨道交通装备导航数据处理系统及方法
技术领域
本发明属于数据处理技术领域，涉及轨道交通设备定位导航数据的处理系统及方法。
背景技术
大型轨道交通掘进装备(TBM)上都会配有激光导航系统，导向定位系统是保障大型轨道掘进设备定位精度的核心组成部分，通过此系统可以精确地监测TBM在掘进时的位置，并实时计算掘进设备与隧道设计中线的偏差，供设备操作者及时调整轨道设备的掘进方向，使其精确的按隧道的设计方向掘进。
传统导航定位系统计算出偏差后直接传输到操作室上位系统，在正常工况下此系统定位精度基本能够满足工况要求。但是在破碎带、断层等特殊地质情况下，普通的定位系统就不能很好的实现高精度自动定位，往往需要人工进行校正，对隧道施工的进度产生了严重影响。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中轨道交通设备的定位系统无法在特殊地质条件下精确定位的技术问题，提供一种对导航数据进行处理的系统和方法，以达到能够适应破碎带、断层等特殊地质工况的高精度定位的目的，满足隧道施工的要求。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种轨道交通装备导航数据处理系统，包括：地质判断模块、自适应选择模块；
所述输入模块用于将激光导航系统和超前钻的数据输入系统；所述地质判断模块用于根据输入的超前钻数据判断前方地质类型，将其分为正常地质和非正常地质两种类型；
所述自适应选择模块用于根据不同的地质类型选择不同的处理方式对激光导航数据进行修正处理。
进一步地，所述的非正常地质类型包括破碎地带和断层地带。
进一步地，所述的自适应选择模块包括滤波模块和非线性补偿模块；正常地质选择滤波模块进行数据处理；非正常地质选择非线性补偿模块进行数据处理。
进一步地，所述的数据处理系统还包括输入模块，所述的输入模块用于将导航数据和超前钻的数据输入系统。
进一步地，所述的数据处理系统还包括输出模块，所述的输出模块用于输出修正后的导航数据。
为了解决本发明的技术问题，本发明还提供一种轨道交通装备导航数据处理方法，包括：
(1)通过输入的超前钻数据判断前方地质数据，设σ为地质数据，设正常地带为σ＝1，设破碎地带等非正常地质为σ＝2；
(2)根据前方的地质类型选择自适应滤波处理或非线性补偿处理，对输入的激光导航数据进行处理，设F(x1)为自适应滤波函数，F(x2)为非线性补偿函数，Y(x)为信号输出，则：
(3)将经过处理的激光导航数据输出。
进一步地，所述自适应滤波处理中，采用去掉极值地均值滤波方法：
n为导向系统数据的个数，为n个数据中的最大值，/>为n个数据中的最小值。
进一步地，所述非线性补偿处理中，利用线性差值法对非线性误差进行补偿，利用分段折线逼近实际曲线，将折点坐标存入数据表，通过明确导航向量数据Y在超前钻反馈数据X的哪一段，根据该段的斜率计算导航数据，导航向量的计算方程为：其中k为折点序号，xn为目标量横坐标；xk为折点的横坐标。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：相比常规导航定位系统增加了一套导航数据处理系统，将超前钻的数据输入到该处理系统中作为地质判断依据，并根据地质类型选择合适的数据处理方法，对导航数据进行修正处理，再将修正后的导航数据输出，从而实现了定位系统与设备本体之间的闭环控制，能够较好的适应各种工况，实现大型轨道交通装备掘进线路的高精度、高准确性。
附图说明
图1是本发明提供的轨道交通装备导航数据处理系统的结构示意图；
图2是本发明的提供的轨道交通装备导航数据处理方法的流程图；
图3是激光导航系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的轨道交通装备导航数据处理系统及方法进行详细的阐述，以使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，但本发明的技术方案并不限于具体的实施例。
实施例1本实施是一种轨道交通装备导航数据处理系统，如图1所示，该系统包括：输入模块、地质判断模块、自适应选择模块和输出模块，其中，输入模块用于将激光导航系统的导航数据和超前钻的数据输入系统。地质判断模块根据输入的超前钻数据，分析判断前方的地质类型，并将其大致分为两种类型：正常地质和破碎地带、断层地带等非正常地质。自适应选择模块包括滤波模块和非线性补偿模块，该模块根据地质判断模块分析出的前方地质类型，选择合适的方式对激光导航系统的导航数据进行处理：如果前方地质为正常地质，则选择滤波模块对导航数据进行滤波处理，如果前方地质为破碎地质或断层等非正常地质，则选择非线性补偿模块对导航数据进行非线性补偿。经过自适应选自模块处理修正后的导航数据经输出模块传输到掘进机的执行机构，实现施工的高精度定位和导航。
实施例2本实施例是一种轨道交通装备导航数据处理方法，如图2和3所示，包括：
首先通过人工测定全站仪的第一个站定和定位坐标，对轨道交通掘进设备的姿态(设备姿态是指掘进机刀盘三维坐标和掘进机中心轴线在三个垂直平面内的转角、倾斜角等参数)初值进行设定。激光导航系统将导航数据通过工业以太网协议传输到工控上位机，工控上位机中储存的如实施例1的导航数据处理系统，对导航数据进行修正处理，并将处理后的数据通过工业以太网协议传输到掘进机的执行机构，后面再进行隧道的管片安装、喷豆粒石、灌浆等其他施工工序。
其中，对导航数据进行修正处理的具体步骤为：
步骤1：通过输入的超前钻数据判断前方地质数据，设σ为地质数据，设正常地带为σ＝1，设破碎、断层地带等非正常地质为σ＝2，当正常地质时通过自适应滤波进行数据处理，当破碎地带时通过非线性补偿进行数据处理。
步骤2：通过自适应选择模块选择数据处理方式。设F(x1)为自适应滤波函数，F(x2)为非线性补偿函数，Y(x)为信号输出，则：
自适应滤波处理：由于激光导向系统的数据测量易受噪声及其他干扰信号的影响，所以本方法采用去掉极值的均值滤波方法，即：
n为导向系统数据的个数，为n个数据中的最大值，/>为n个数据中的最小值。
非线性补偿处理：利用线性差值法对非线性误差进行补偿，利用分段折线逼近实际曲线，将折点坐标存入数据表，通过明确导航向量数据Y在超前钻反馈数据X的哪一段，根据这一段的的斜率计算导航数据；设折点坐标分别为(0、0)，(x1、y1)，(x2、y2)，(x3、y3)，(x4、y4)，……，(xk、yk)：
第一段折线方程为
第二段折现方程为
第三段折现方程为
第四段折现方程为
所以，输出导航向量方程为其中k为折点序号，xn为目标量横坐标。
步骤3：经过上述自适应修正处理后的导航数据，经上位机传输到掘进机的执行机构。
本发明相比常规定位导航系统，增加了一套导航数据处理系统，并将超前钻系统的数据输入到该系统中作为地质判断依据，从而实现了传统定位导航系统与设备本体之间的闭环控制，能够较好的适应各种工况包括破碎地带和断层，实现大型轨道交通装备掘进线路的高精度、高准确性。

Claims (6)

1.一种轨道交通装备导航数据处理方法，其特征在于，包括：
(1)通过输入的超前钻数据判断前方地质数据，设σ为地质数据，设正常地带为σ＝1，非正常地质为σ＝2；
(2)根据前方的地质类型选择滤波处理或非线性补偿处理，对输入的激光导航数据进行处理，设F(x1)为自适应滤波函数，F(x2)为非线性补偿函数，Y(x)为输出信号，则：
(3)将经过处理的激光导航数据输出；
所述自适应滤波处理中，采用去掉极值的均值滤波方法，对导航数据进行修正处理；
利用线性差值法对导航数据的非线性误差进行补偿，利用分段折线逼近实际曲线，将折点坐标存入数据表，通过明确导航向量数据Y在超前钻反馈数据X的哪一段，根据该段的斜率计算导航数据。
2.一种用于实现如权利要求1所述方法的系统，其特征在于，包括：地质判断模块、自适应选择模块；
所述地质判断模块用于根据输入的超前钻数据判断前方地质类型，将其分为正常地质和非正常地质两种类型；
所述自适应选择模块用于根据不同的地质类型选择不同的处理方式对激光导航数据进行修正处理。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，非正常地质类型包括破碎地带和断层地带。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的数据处理自适应选择模块包括滤波处理模块和非线性补偿模块；正常地质选择滤波处理模块进行数据处理；非正常地质选择非线性补偿模块进行数据处理。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括输入模块，所述输入模块用于将导航数据和超前钻的数据输入系统。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括输出模块，所述的输出模块用于输出修正后的导航数据。
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