CN113933878A - 一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统及方法。其系统包括地面信标、接收井信标、顶管机和控制站。其中，顶管机上的姿态信息传感器用于获取顶管机机头的当前偏移角度，地面信标和井信标通过RTK技术解算出顶管机机头的位置数据。控制站可以根据这些位置数据分析出机头的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数等。不同于常见的仅根据当前偏移角度生成的纠偏指令，本方案所生成的纠偏指令根据当前坐标确定了该当前坐标对应的土质情况，可以生成更加准确合理的纠偏指令，以达到很好地纠偏效果，避免由于顶管机的推进偏移导致的顶管工程质量问题和施工事故。

Description

一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统及方法

技术领域

本申请涉及顶管施工技术领域，特别涉及一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统及方法。

背景技术

非开挖管道施工技术在管道施工工程中的应用越来越多，其中顶管施工以其施工精度高，使用土质广，使用管径范围大，综合成本低，环境污染小等优点被广泛应用。

在顶管施工过程中，特别是深长越江顶管，由于地层土质和水文条件复杂、千斤顶推力不均、回填注浆不均以及已拼管节轴线不准等因素影响，管体不可能完全按设计方向推进，进而产生姿态偏差。实际轨迹与预期轨迹之间的偏差将会导致如地表下沉、管节变形、顶管与取水管道无法对接等难以预期的结果和严重的经济损失。为了保证顶进精度，必须对顶管机进行及时的偏差控制。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统及方法，其能够改善上述问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统，其包括：地面信标、接收井信标、顶管机和控制站；

所述地面信标内设置有第一物探仪、第一卫星数据接收器、第一RTK模块和第一无线电通讯模块，所述第一RTK模块分别与所述第一物探仪、所述第一卫星数据接收器和所述第一无线电通讯模块电连接；所述接收井信标内设置有第二物探仪、第二卫星数据接收器、第二RTK模块和第二无线电通讯模块，所述第二RTK模块分别与所述第二物探仪、所述第二卫星数据接收器和所述第二无线电通讯模块电连接；

所述顶管机包括纠偏设备、探头、姿态信息传感器和第三无线电通讯模块，所述探头设置于所述顶管机的机头，所述第三无线电通讯模块分别与所述探头、所述纠偏设备和所述姿态信息传感器电连接；

所述控制站内设置有第四无线电通讯模块和偏移分析模块。

其中，顶管机机头上的探头用于发射电磁波信号，物探仪用于接收探头所发射的电磁波信号。

其中，RTK模块用于通过实时动态测量技术（Real Time Kinematic，RTK）技术解算出当前的机头位置数据。即接收卫星数据接收器所监测卫星数据和物探仪所接收到的顶管机机头探头所发出的电磁波信号，并根据相对定位的原理，实时解算出顶管机机头的位置数据及其精度。

其中，地面信标设置于地面。地面信标的第一RTK模块根据第一卫星数据接收器所监测卫星数据和第一物探仪所接收到的顶管机机头探头所发出的电磁波信号，解算出顶管机机头的第一位置数据，并通过第一无线电通讯模块将该第一位置数据传输给控制站。接收井信标设置于接收井。接收井信标的第二RTK模块根据第二卫星数据接收器所监测卫星数据和第二物探仪所接收到的顶管机机头探头所发出的电磁波信号，解算出顶管机机头的第二位置数据，并通过第二无线电通讯模块将该第二位置数据传输给控制站。控制站可以根据接收到的第一位置数据和第二位置数据计算出顶管机机头的当前坐标。控制站可以根据这些位置数据分析出机头的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数。

可以理解，本申请公开了一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统，包括地面信标、接收井信标、顶管机和控制站。其中，顶管机上的姿态信息传感器用于获取顶管机机头的当前偏移角度，地面信标和井信标通过RTK技术解算出顶管机机头的位置数据。控制站可以根据这些位置数据分析出机头的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数等。控制站根据具体的土质情况和当前偏移角度向顶管机下达合理的纠偏指令，以达到很好地纠偏效果，避免由于顶管机的推进偏移导致的各种危害。

在本申请可选的实施例中，所述基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统还包括水面信标，所述水面信标内设置有第三物探仪、第三卫星数据接收器、第三RTK模块和第五无线电通讯模块，所述第三RTK模块分别与所述第三物探仪、所述第三卫星数据接收器和所述第五无线电通讯模块电连接。

可以理解，在一些情况下，水面信标设置于水面。水面信标的第三RTK模块根据第三卫星数据接收器所监测卫星数据和第三物探仪所接收到的顶管机机头探头所发出的电磁波信号，解算出顶管机机头的第三位置数据，并通过第五无线电通讯模块将该第三位置数据传输给控制站。控制站可以根据接收到的第一位置数据、第二位置数据和第三位置数据计算出顶管机机头的当前坐标，这比仅根据第一位置数据和第二位置数据计算出的当前坐标更准确。

在本申请可选的实施例中，所述顶管机包括后座、主顶油缸、环形顶铁、多节钢管和所述机头，所述环形顶铁和多节所述钢管的中心轴线重合，所述主顶油缸设置于所述后座上，用于顶出所述环形顶铁；所述纠偏设备包括多个纠偏油缸，所述纠偏油缸关于所述环形顶铁的中心轴线中心对称地设置于所述后座上，用于根据所述控制站发出的纠偏指令纠正所述机头的偏移情况。

其中，顶管机前部的机头旋转和后座的主顶油缸顶推同时进行，边切削边推进，穿过地下土层，一直顶推到接收井内，完成顶管施工。纠偏油缸关于环形顶铁的中心轴线中心对称地设置于后座上，根据纠偏指令却确定启动目标纠偏油缸以及该目标纠偏油缸的具体伸出长度和伸出速度。

在本申请可选的实施例中，所述姿态信息传感器包括陀螺仪、电子罗盘、倾角仪中的一种或多种。

第二方面，本身请提供一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，该方法应用于第一方面任一项所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统中，该方法包括：

启动所述探头产生电磁波信号；

获取各个位置信标传输来机头位置数据，根据这些所述机头位置数据分析出所述机头的当前坐标；

获取所述姿态信息传感器检测到的当前偏移角度；

根据所述当前坐标和所述当前偏移角度生成纠偏指令，将所述纠偏指令发送给所述顶管机。

可以理解，本申请公开了一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，该方法根据顶管机机头的当前坐标和顶管机机头的当前偏移角度生成纠偏指令，以纠正顶管机机头的偏移情况。不同于常见的仅根据当前偏移角度生成的纠偏指令，本方法所生成的纠偏指令根据当前坐标确定了该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数等，可以生成更加准确合理的纠偏指令。

在本申请实施例中，所述控制站内还设置有显示器，所述显示器与所述偏移分析模块电连接；所述方法还包括：通过所述显示器显示所述顶管机机头在所述纠偏指令控制后的偏移校正模型图像。

可以理解，通过图像识别和可视化技术可以实时地通过显示器显示给控制站的工作人员当前纠偏指令下顶管机机头的偏移校正模型图像，可以是视频、动画等图像信息，以便于控制站的技术人员直观了解。

在本申请可选的实施例中，所述机头位置数据包括第一机头位置数据、第二机头位置数据和第三机头位置数据；所述获取各个位置信标传输来机头位置数据，具体包括：获取地面信标传输来所述第一机头位置数据，获取接收井信标传输来所述第二机头位置数据，获取水面信标传输来所述第三机头位置数据。

可以理解，顶管机需要穿越不同情况的地下，因此需要通过设置于不同位置的信标来初步计算顶管机机头的位置数据。其中，地面信标设置于地面，水面信标设置于水面，接收井信标设置于接收井中。

在本申请可选的实施例中，在所述启动所述探头产生电磁波信号之后，在所述获取各个位置信标传输来机头位置数据之前，所述方法还包括：通过第一RTK模块根据第一物探仪所接收到的所述电磁波信号和第一卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出所述第一机头位置数据；通过第二RTK模块根据第二物探仪所接收到的所述电磁波信号和第二卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出所述第二机头位置数据；通过第三RTK模块根据第三物探仪所接收到的所述电磁波信号和第三卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出所述第三机头位置数据。

可以理解，各个RTK模块用于通过实时动态测量技术（Real Time Kinematic，RTK）技术解算出当前的机头位置数据，即接收卫星数据接收器所监测卫星数据和物探仪所接收到的顶管机机头探头所发出的电磁波信号，并根据相对定位的原理，实时解算出顶管机机头的位置数据及其精度。这些机头位置数据包括第一机头位置数据、第二机头位置数据和第三机头位置数据，以辅助控制器根据这些所述机头位置数据分析出所述机头的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况。

在本申请可选的实施例中，所述纠偏设备包括多个纠偏油缸，所述纠偏油缸关于所述顶管机的环形顶铁的中心轴线中心对称地设置于所述顶管机的后座上，用于根据所述控制站发出的纠偏指令纠正所述机头的偏移情况；所述纠偏指令包括所述纠偏油缸的伸出长度和伸出速度。

有益效果：

本申请公开了一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统，包括地面信标、接收井信标、顶管机和控制站。其中，顶管机上的姿态信息传感器用于获取顶管机机头的当前偏移角度，地面信标和井信标通过RTK技术解算出顶管机机头的位置数据。控制站可以根据这些位置数据分析出机头的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数等。控制站根据具体的土质情况和当前偏移角度向顶管机下达合理的纠偏指令，以达到很好地纠偏效果，避免由于顶管机的推进偏移导致的顶管工程质量问题和施工事故。

本申请公开了一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，该方法根据顶管机机头的当前坐标和顶管机机头的当前偏移角度生成纠偏指令，以纠正顶管机机头的偏移情况。不同于常见的仅根据当前偏移角度生成的纠偏指令，本方法所生成的纠偏指令根据当前坐标确定了该当前坐标对应的土质情况，可以生成更加准确合理的纠偏指令。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请提供的一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统的结构示意图；

图2是图1所示的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统的连接关系示意图；

图3是本申请提供的一种顶管机的结构示意图；

图4是纠偏油缸的分布示意图；

图5是本申请提供的一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，如图1至图3所示，本申请提供一种顶管机纠偏系统，其包括：地面信标10、接收井信标20、顶管机30和控制站40。

地面信标10内设置有第一物探仪11、第一卫星数据接收器12、第一RTK模块13和第一无线电通讯模块14，第一RTK模块13分别与第一物探仪11、第一卫星数据接收器12和第一无线电通讯模块14电连接。

接收井信标20内设置有第二物探仪21、第二卫星数据接收器22、第二RTK模块23和第二无线电通讯模块24，第二RTK模块23分别与第二物探仪21、第二卫星数据接收器22和第二无线电通讯模块24电连接。

如图2和图3所示，顶管机30包括纠偏设备31、探头32、姿态信息传感器33和第三无线电通讯模块34，探头32设置于顶管机30的机头39，第三无线电通讯模块34分别与探头32、纠偏设备31和姿态信息传感器33电连接。

控制站40内设置有第四无线电通讯模块41和偏移分析模块42。

其中，卫星数据接收器用于实时监测卫星数据，包括但不限于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)、中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigation Satellite System，BDS）、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、格洛纳斯卫星导航系统（GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，GLONASS）的卫星数据。

其中，顶管机30的机头39上的探头32用于发射电磁波信号，物探仪用于接收探头32所发射的电磁波信号。

其中，RTK模块用于通过实时动态测量技术（Real Time Kinematic，RTK）技术解算出当前的机头39位置数据。即接收卫星数据接收器所监测卫星数据和物探仪所接收到的顶管机30的机头39的探头32所发出的电磁波信号，并根据相对定位的原理，实时解算出顶管机30的机头39的位置数据及其精度。

其中，地面信标10设置于地面。地面信标10的第一RTK模块13根据第一卫星数据接收器12所监测卫星数据和第一物探仪11所接收到的顶管机30的机头39的探头32所发出的电磁波信号，解算出顶管机30的机头39的第一位置数据，并通过第一无线电通讯模块14将该第一位置数据传输给控制站40。接收井信标20设置于接收井。接收井信标20的第二RTK模块23根据第二卫星数据接收器22所监测卫星数据和第二物探仪21所接收到的顶管机30的机头39的探头32所发出的电磁波信号，解算出顶管机30的机头39的第二位置数据，并通过第二无线电通讯模块24将该第二位置数据传输给控制站40。控制站40可以根据接收到的第一位置数据和第二位置数据计算出顶管机30的机头39的当前坐标。控制站40可以根据这些位置数据分析出机头39的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数。

可以理解，本申请公开了一种顶管机纠偏系统，包括地面信标10、接收井信标20、顶管机30和控制站40。其中，顶管机30上的姿态信息传感器33用于获取顶管机30的机头39的当前偏移角度，地面信标10和井信标通过RTK技术解算出顶管机30的机头39的位置数据。控制站40可以根据这些位置数据分析出机头39的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数等。控制站40根据具体的土质情况和当前偏移角度向顶管机30下达合理的纠偏指令，以达到很好地纠偏效果，避免由于顶管机30的推进偏移导致的各种危害。

在本申请可选的实施例中，顶管机纠偏系统还包括水面信标50，水面信标50内设置有第三物探仪51、第三卫星数据接收器52、第三RTK模块53和第五无线电通讯模块54，第三RTK模块53分别与第三物探仪51、第三卫星数据接收器52和第五无线电通讯模块54电连接。

可以理解，在一些情况下，顶管机30需要穿越不同情况的地下，因此还需要增设水面信标50，水面信标50设置于水面。水面信标50的第三RTK模块53根据第三卫星数据接收器52所监测卫星数据和第三物探仪51所接收到的顶管机30的机头39的探头32所发出的电磁波信号，解算出顶管机30的机头39的第三位置数据，并通过第五无线电通讯模块54将该第三位置数据传输给控制站40。控制站40可以根据接收到的第一位置数据、第二位置数据和第三位置数据计算出顶管机30的机头39的当前坐标，这比仅根据第一位置数据和第二位置数据计算出的当前坐标更准确。

在本申请可选的实施例中，如图3所示，顶管机30包括后座35、主顶油缸36、环形顶铁37、多节钢管38和机头39，环形顶铁37和多节钢管38的中心轴线重合，主顶油缸36设置于后座35上，用于顶出环形顶铁37.如图4所示，纠偏设备31包括多个纠偏油缸310，纠偏油缸310关于环形顶铁37的中心轴线中心对称地设置于后座35上，用于根据控制站40发出的纠偏指令纠正机头39的偏移情况。

其中，顶管机30前部的机头39旋转和后座35的主顶油缸36顶推同时进行，边切削边推进，穿过地下土层，一直顶推到接收井内，完成顶管施工。纠偏油缸310关于环形顶铁37的中心轴线中心对称地设置于后座35上，根据纠偏指令却确定启动目标纠偏油缸以及该目标纠偏油缸的具体伸出长度和伸出速度。

图4中后座35的位置A1、A2、A3、A4上分别设置有4个纠偏油缸310。如果姿态信息传感器检测到的当前偏移角度是朝左上方偏移的，那么对应地纠偏指令将确定左上角A1位置的纠偏油缸为目标纠偏油缸；如果姿态信息传感器检测到的当前偏移角度是朝右上方偏移的，那么对应地纠偏指令将确定右上角A2位置的纠偏油缸为目标纠偏油缸。

在本申请可选的实施例中，姿态信息传感器33包括陀螺仪、电子罗盘、倾角仪中的一种或多种。

其中，电子罗盘，又称数字罗盘，在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化，其输出信号通过处理可以实现数码显示，不仅可以用来指向，其数字信号可直接送到自动舵，控制船舶的操纵。广为使用的是三轴捷联磁阻式数字磁罗盘，这种罗盘具有抗摇动和抗振性、航向精度较高、对干扰磁场有电子补偿、可以集成到控制回路中进行数据链接等优点，因而广泛应用于航空、航天、机器人、航海、车辆自主导航等领域。

加速度计，是测量运载体线加速度的仪表。加速度计由检测质量（也称敏感质量）、支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成。

陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。

倾角仪又称角度仪、电子式角度仪，常用于水平角度、相对角度、倾角测量。

第二方面，如图5所示，本身请提供一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，该方法应用于第一方面任一项的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统中，该方法包括：

510、启动探头产生电磁波信号。

其中，探头设置于顶管机机头的位置，用于产生上述电磁波信号以便各个信标能够接收到。

在本申请可选的实施例中，在步骤510之后，在步骤520之前，方法还包括：通过第一RTK模块根据第一物探仪所接收到的电磁波信号和第一卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出第一机头位置数据；通过第二RTK模块根据第二物探仪所接收到的电磁波信号和第二卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出第二机头位置数据；通过第三RTK模块根据第三物探仪所接收到的电磁波信号和第三卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出第三机头位置数据。

可以理解，各个RTK模块用于通过实时动态测量技术（Real Time Kinematic，RTK）技术解算出当前的机头位置数据，即接收卫星数据接收器所监测卫星数据和物探仪所接收到的顶管机机头探头所发出的电磁波信号，并根据相对定位的原理，实时解算出顶管机机头的位置数据及其精度。这些机头位置数据包括第一机头位置数据、第二机头位置数据和第三机头位置数据，以辅助控制器根据这些机头位置数据分析出机头的当前坐标并确定该当前坐标对应的土质情况。

520、获取各个位置信标传输来机头位置数据，根据这些机头位置数据分析出机头的当前坐标。

在本申请可选的实施例中，机头位置数据包括第一机头位置数据、第二机头位置数据和第三机头位置数据；步骤520包括：获取地面信标传输来第一机头位置数据，获取接收井信标传输来第二机头位置数据，获取水面信标传输来第三机头位置数据。

可以理解，顶管机需要穿越不同情况的地下，因此需要通过设置于不同位置的信标来初步计算顶管机机头的位置数据。其中，地面信标设置于地面，水面信标设置于水面，接收井信标设置于接收井中。控制站根据接收到的第一位置数据、第二位置数据和第三位置数据可以精确地计算出顶管机机头的当前坐标。

530、获取姿态信息传感器检测到的当前偏移角度。

在本申请可选的实施例中，姿态信息传感器包括陀螺仪、电子罗盘、倾角仪中的一种或多种。

图4中后座35的位置A1、A2、A3、A4上分别设置有4个纠偏油缸310。如果姿态信息传感器检测到的当前偏移角度是朝左上方偏移的，那么对应地纠偏指令将确定左上角A1位置的纠偏油缸为目标纠偏油缸，通过纠偏指令控制该纠偏油缸的伸长情况，使得顶管机机头朝右下方移动；如果姿态信息传感器检测到的当前偏移角度是朝右上方偏移的，那么对应地纠偏指令将确定右上角A2位置的纠偏油缸为目标纠偏油缸，通过纠偏指令控制该纠偏油缸的伸长情况，使得顶管机机头朝左下方移动。

540、根据当前坐标和当前偏移角度生成纠偏指令，将纠偏指令发送给顶管机。

在本申请可选的实施例中，纠偏设备包括多个纠偏油缸，纠偏油缸关于顶管机的环形顶铁的中心轴线中心对称地设置于顶管机的后座上，用于根据控制站发出的纠偏指令纠正机头的偏移情况；纠偏指令包括纠偏油缸的伸出长度和伸出速度。

在本申请可选的实施例中，步骤540具体包括：

541、根据当前坐标确定机头所处位置的竖向土压力、迎面阻力和周围土体摩擦阻力。

根据当前坐标确定机头所处位置的土体重度

、覆土高度

、周围土体摩擦系数

；

根据下式计算竖向土压力

：

根据下式计算迎面阻力

：

；其中，

为主动土压力系数，

为顶管机的直径；

根据下式计算周围土体摩擦阻力

：

。

542、解析纠偏油缸运动状态方程式，求得纠偏指令，纠偏油缸运动状态方程式为：

；

其中，

为当前偏移角度，

为纠偏油缸的伸出长度，

为纠偏油缸的伸出速度，

为机头的质量，

为顶管机的主顶油缸的总顶力，

为纠偏油缸的纠偏顶力，

为竖向土压力，

为迎面阻力，

为周围土体摩擦阻力。

可以理解，本申请公开了一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，该方法根据顶管机机头的当前坐标和顶管机机头的当前偏移角度生成纠偏指令，以纠正顶管机机头的偏移情况。不同于常见的仅根据当前偏移角度生成的纠偏指令，本方法所生成的纠偏指令根据当前坐标确定了该当前坐标对应的土质情况，比如当前坐标对应的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数等，可以生成更加准确合理的纠偏指令。

在本申请实施例中，所述控制站内还设置有显示器，所述显示器与所述偏移分析模块电连接；所述方法还包括：通过所述显示器显示所述顶管机机头在所述纠偏指令控制后的偏移校正模型图像。

可以理解，通过图像识别和可视化技术可以实时地通过显示器显示给控制站的工作人员当前纠偏指令下顶管机机头的偏移校正模型图像，可以是视频、动画等图像信息，以便于控制站的技术人员直观了解。

第三方面，本发明供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包括程序指令，该程序指令被处理器执行时实现第二方面任一方法的步骤。

上述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例的终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。上述计算机可读存储介质也可以是上述终端设备的外部存储设备，例如上述终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，上述计算机可读存储介质还可以既包括上述终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。上述计算机可读存储介质用于存储上述计算机程序以及上述终端设备所需的其他程序和数据。上述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例中方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。

当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)插入在这两者之间。

以上描述仅为本申请的可选实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统，其特征在于，包括：

地面信标、接收井信标、顶管机和控制站；

所述地面信标内设置有第一物探仪、第一卫星数据接收器、第一RTK模块和第一无线电通讯模块，所述第一RTK模块分别与所述第一物探仪、所述第一卫星数据接收器和所述第一无线电通讯模块电连接；所述接收井信标内设置有第二物探仪、第二卫星数据接收器、第二RTK模块和第二无线电通讯模块，所述第二RTK模块分别与所述第二物探仪、所述第二卫星数据接收器和所述第二无线电通讯模块电连接；

所述顶管机包括纠偏设备、探头、姿态信息传感器和第三无线电通讯模块，所述探头设置于所述顶管机的机头，所述第三无线电通讯模块分别与所述探头、所述纠偏设备和所述姿态信息传感器电连接；

所述控制站内设置有第四无线电通讯模块和偏移分析模块。

2.根据权利要求1所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统，其特征在于，

所述基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统还包括水面信标，所述水面信标内设置有第三物探仪、第三卫星数据接收器、第三RTK模块和第五无线电通讯模块，所述第三RTK模块分别与所述第三物探仪、所述第三卫星数据接收器和所述第五无线电通讯模块电连接。

3.根据权利要求1所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统，其特征在于，

所述姿态信息传感器包括陀螺仪、电子罗盘、倾角仪中的一种或多种。

4.一种基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，所述方法应用于如权利要求1至3任一项所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏系统，其特征在于，所述方法包括：

启动所述探头产生电磁波信号；

获取各个位置信标传输来机头位置数据，根据这些所述机头位置数据分析出所述机头的当前坐标；

获取所述姿态信息传感器检测到的当前偏移角度；

根据所述当前坐标和所述当前偏移角度生成纠偏指令，将所述纠偏指令发送给所述顶管机。

5.根据权利要求4所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，其特征在于，

所述控制站内还设置有显示器，所述显示器与所述偏移分析模块电连接；

所述方法还包括：

通过所述显示器显示所述顶管机机头在所述纠偏指令控制后的偏移校正模型图像。

6.根据权利要求4所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，其特征在于，

所述机头位置数据包括第一机头位置数据、第二机头位置数据和第三机头位置数据；

所述获取各个位置信标传输来机头位置数据，具体包括：

获取地面信标传输来所述第一机头位置数据，获取接收井信标传输来所述第二机头位置数据，获取水面信标传输来所述第三机头位置数据。

7.根据权利要求6所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，其特征在于，

在所述启动所述探头产生电磁波信号之后，在所述获取各个位置信标传输来机头位置数据之前，所述方法还包括：

通过第一RTK模块根据第一物探仪所接收到的所述电磁波信号和第一卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出所述第一机头位置数据；

通过第二RTK模块根据第二物探仪所接收到的所述电磁波信号和第二卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出所述第二机头位置数据；

通过第三RTK模块根据第三物探仪所接收到的所述电磁波信号和第三卫星数据接收器接收到的卫星数据，根据RTK技术解算出所述第三机头位置数据。

8.根据权利要求5所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，其特征在于，

所述纠偏设备包括多个纠偏油缸，所述纠偏油缸关于所述顶管机的环形顶铁的中心轴线中心对称地设置于所述顶管机的后座上，用于根据所述控制站发出的纠偏指令纠正所述机头的偏移情况；所述纠偏指令包括所述纠偏油缸的伸出长度和伸出速度。

9.根据权利要求8所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，其特征在于，

所述根据所述当前坐标和所述当前偏移角度生成纠偏指令，包括：

根据所述当前坐标确定所述机头所处位置的竖向土压力、迎面阻力和周围土体摩擦阻力；

解析纠偏油缸运动状态方程式，求得所述纠偏指令，所述纠偏油缸运动状态方程式为：

；

其中，

为所述当前偏移角度，

为所述纠偏油缸的所述伸出长度，

为所述纠偏油缸的所述伸出速度，

M为所述机头的质量， F为所述顶管机的主顶油缸的总顶力，

为所述纠偏油缸的纠偏顶力，

为所述竖向土压力，

为所述迎面阻力，

为所述周围土体摩擦阻力。

10.根据权利要求9所述的基于卫星通信技术的深长越江顶管纠偏方法，其特征在于，

所述根据所述当前坐标确定所述机头所处位置的竖向土压力、迎面阻力和周围土体摩擦阻力，包括：

根据所述当前坐标确定所述机头所处位置的土体重度、覆土高度、周围土体摩擦系数；

根据下式计算所述竖向土压力：

；其中，

为所述竖向土压力，

为所述土体重度，

为所述覆土高度，

为所述周围土体摩擦系数；

根据下式计算所述迎面阻力：

；其中，

为所述迎面阻力，

为主动土压力系数，

为所述顶管机的直径；

根据下式计算所述周围土体摩擦阻力：

;其中，

为所述周围土体摩擦阻力。

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