CN114076571A - 管片姿态多指标测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种管片姿态多指标测量系统及方法，所述管片姿态多指标测量系统包括：测量装置及测量软件；所述测量装置包括若干测量设备，各测量设备用以从不同角度获取管片特征；所述测量软件用以根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标。本发明提出的管片姿态多指标测量系统及方法，测量和计算可以得到管片的真圆度、盾尾间隙、管片超前量、千斤顶行程、径向错台、环向错台等6个重要指标。本发明可提高测量的效率及精确度。

Description

管片姿态多指标测量系统及方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种测量系统，尤其涉及一种管片姿态多指标测量系统及方法。

背景技术

在采用盾构机的隧道施工中，管片的安装是非常重要的一环，其中有许多关键指标需要监测，用于评价管片拼装的状态，并且指导后续的拼装，这些指标包括盾尾间隙、管片真圆度、管片超前量等。这些指标关系到盾构隧道管片的位置检测，会影响盾构管片的安装以及盾构姿态的调整：假如间隙过小或过大都会可能导致盾尾与管片之间的碰撞，最终导致盾构机的损坏，因此对隧道管片成环质量有重要的意义。而目前对这些指标的测量方法还不够理想，有些指标仍然需要人工完成测量，并且准确率也参差不齐，且缺乏无法互相印证。所以如何高效地并且准确地测量管片姿态相关的指标对施工的顺利进行有非常重要的意义。

现有的盾构管片姿态相关的传感器功能较为单一，一种传感器仅仅能测量一个参数，还有个别的参数仍然依靠人工进行采集，人工采集是最早的一种测量方法，即每次拼装完管片每次拼装完管片之后，安排工作人员手持直尺对盾尾间隙、超前量等指标进行手工测量，因为需要测量多个位点，所以测量的过程也比较繁琐。这种方法效率较低，会延长施工的时间，准确率也不能得到保证，不同人因为经验和技术的不同，测量也可能会得到不同的结果，并且因为盾构机作业环境复杂，人工测量有很大的安全隐患，另外这种测量方式也不适合数字化管理。而随着传感器和数字化管理的发展，越来越多的学者也提出了各种使用传感器的自动测量方法。

对于管片的真圆度测量主要有目前主要有以下方式：

(1)人工法：在管片边缘挂多条铅锤，两侧通过拉皮尺的方法找到垂直于各个铅锤的测线，通过多次测量找到测线最长位置，获取管片的长短半轴，使用真圆度公式进行计算。这种方法的局限性较大，自动化程度较低。

(2)全站仪法：这种方法使用免棱镜全站仪对管片进行一定数量的测量采集，通过采集点对管片的整体形状进行拟合，从而获取管片的长短半轴，即可求出管片的真圆度。

(3)三维扫描法：通过使用激光对管片进行扫描的方式，获取几百万个点云数据，去掉点云数据中的噪声数据，然后进行椭圆的拟合以及真圆度的计算。

盾尾间隙是非常重要的一个指标，有较多的文献和专利描述了不同原理的测量方法，现有的基于传感器的盾尾间隙测量方法包主要包括：

(1)机械装置测量法：机械测量法即使用接触的方式使用仪器进行测量，比如传统的接触式测量由探针上的位移传感器根据位移进行测量。张智勇等在2020年设计了一种机械式的测量方式，其使用的是一种有弹性的接触板，结合角度传感器即可算出盾尾间隙的长度。这类方法因为机械装置需要与盾尾壳体长时间接触，长期下来装置会有磨损，使得测量的精度下降，另外这类方法不适合测量面较软的的材质，并且这种装置的调试时间较长，不同调试方式也会造成一定的误差。这种方式也不适合数字化的管理。

(2)激光/超声波仪器测量法：这种方法也是目前较为常用的方法，主要使用的是激光或者超声波这类非接触的测距工具对盾尾间隙进行测量，其安装的位置较为多样，但是主要的原理是选择几个检测点进行测量，然后通过计算得出盾尾间隙的值。比如演算工坊公司所使用的是线激光测量的方式，将线激光传感器装在推进油缸之间的位置，分别有三个检测点，使用时对盾尾间隙发射线激光，然后识别线激光的边缘位置，即可得出盾尾间隙的长度。路亚缇等在2019年提出了一种基于超声波测距的盾尾间隙测量方法，其使用的超声波模块装在盾尾开槽处，总共部署了5个检测点，可以直接对盾尾间隙进行测量。这类方法属于得益于激光超声波的穿透性较好的特点，不容易受到作业环境中积水、烟尘等影响，但是其准确度对安装的位置较为敏感，另外在一些安装位置上会有仪器碰撞的风险，导致测量仪器的损坏。

(3)视觉测量法：视觉测量法是比较新颖的一种测量方法。它使用摄像机对盾尾间隙进行拍摄，然后使用算法对图片进行噪声的去除、图像分割等处理，标出图像中盾尾间隙的区域，然后使用测量的算法进行测算得到距离。比如王志成等在2017年开发了一种基于视觉盾尾间隙测量系统，首先使用摄像机对盾尾进行拍摄，然后将图详解进行分割、二值化、使用 Canny边缘检测算法得到边缘图像，确定边缘，最后对盾尾间隙进行计算。赵栓峰等开发了一种基于神经网络的盾尾间隙测量系统，它使用的是激光进行标定，然后使用摄像机进行图像采集，使用卷积神经网络对图像进行超分辨率的重建，最后对图像进行分析处理，得到盾尾间隙的值。使用了这类方法容易受到图像中噪声的影响，或者收到环境中潜在杂质的影响，比如在有积水的环境下对图像本身会有影响。

综上所述，现有的测量方法主要有以下几点缺陷：

设备的功能较为单一，许多方法使用到了高精度激光测距仪等昂贵设备，而其仅有测量盾尾间隙或是真圆度一种用途，未免有些浪费。

容易受到环境因素的影响，因为检测点较少，比如大多数方法仅仅检测3-4个检测点的盾尾间隙，所以缺乏一种对全局管片姿态的检测，所以一旦有检测点因为环境因素导致点的测量值不准，则会影响总体的判断。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的管片姿态测量系统，以便克服现有管片姿态测量系统存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种管片姿态多指标测量系统及方法，通过测量和计算可以得到管片的多项重要指标。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种管片姿态多指标测量系统，所述管片姿态多指标测量系统包括：测量装置及测量软件；

所述测量装置包括线激光传感器、二轴云台、倾斜角传感器、报警器、实时数据传输模块；所述测量软件包括参数设置模块、数据采集模块、计算模块和数据管理模块；所述测量软件用以根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个；

所述线激光传感器用于扫描管片；通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测物体的距离，还能沿着激光线的位置进行计算，得到被测物体的特征；得到三维的测量结果；所述线激光传感器装有二轴云台，能够扫描设定范围内的管片端面三维坐标计算获得新拼装管片任意一点处的盾尾间隙；

所述二轴云台用于驱动线激光传感器在水平和垂直两个方向上旋转，使得线激光传感器能够在设定角内对管片的不同位置进行扫描，其中竖直方向和水平方向的旋转角度均为-45度到45度，从而得到一段完整弧度的管片特征，进而通过计算可得这段弧度的完整盾尾间隙值；

所述倾斜角传感器安装在线激光传感器上，用以提供舵机转动的角度数据，结合线激光传感器所取得的数据，能测算出整段弧度的盾尾间隙值；

所述报警器用以在扫描期间提示在场的施工人员离开扫描区域，从而使得扫描能够顺利地进行且测量结果不会被在场的工作人员的走动所影响；

所述实时数据传输模块与线激光传感器、倾斜角传感器相连接，实时将线激光传感器、倾斜角传感器发送的数据通过UDP协议传输至上位机；

所述参数设置模块用以负责安装参数的设定，包括设备的安装位置参数、云台旋转角度设定和用于控制和数据传输的通讯参数；

所述数据采集模块用以测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面空间三维坐标、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度；

所述计算模块用以将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的整体盾尾间隙、真圆度、超前量指标；

所述数据管理模块用以将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、4个测量设备，通过此局域网，上位机能控制测量装置的运行、也能接收测量装置回传的测量参数，同时无线路由器接有网，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种管片姿态多指标测量系统，所述管片姿态多指标测量系统包括：测量装置及测量软件；

所述测量装置，包括若干测量设备，各测量设备用以从不同角度获取管片特征；

所述测量软件，用以根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个。

作为本发明的一种实施方式，所述测量设备包括线激光传感器，通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测点的距离及角度，基于系统设定的空间坐标系，计算得到被测位置所处的三维空间坐标；所述线激光传感器装有二轴云台，能够自由扫描到新拼装环与相邻环片的任一点；

所述线激光传感器用于扫描获取最新拼装管片端面采样点的激光距离与角度、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离与角度、环向管片任一垂直盾构中心轴线圆周激光距离与角度。

作为本发明的一种实施方式，所述测量装置还包括二轴云台、倾斜角传感器、报警器、实时数据传输模块；

所述二轴云台用于驱动线激光传感器在水平和垂直两个方向上旋转，使得线激光传感器能够在设定角内实现对新拼装管片及相邻管片的不同位置进行扫描，其中竖直方向和水平方向的旋转角度均为-45度到45度，从而使每个激光传感器能够扫描得到一段完整弧度的管片特征，进而通过计算可得管片端面任意一点处的盾尾间隙值；

所述倾斜角传感器安装在线激光传感器上，用以提供舵机转动的角度数据，结合线激光传感器所取得的数据，能测量计算算出管片上任一点的三维空间坐标；

所述报警器用以在扫描期间提示在场的施工人员离开扫描区域，从而使得扫描能够顺利地进行且测量结果不会被在场的工作人员的走动所影响；

所述实时数据传输模块与线激光传感器、倾斜角传感器相连接，实时将线激光传感器、倾斜角传感器发送的数据通过UDP协议传输至上位机。

作为本发明的一种实施方式，所述测量软件包括参数设置模块、数据采集模块、计算模块和数据管理模块；

所述参数设置模块用以负责安装参数的设定，包括设备的安装位置参数、云台旋转角度设定和用于控制和数据传输的通讯参数；

所述数据采集模块用以采集测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面空间三维坐标、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度；

所述计算模块用以将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据；

所述数据管理模块用以将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、若干测量设备，通过所述局域网，上位机能控制测量设备的运行、也能接收测量设备回传的测量参数，同时无线路由器连接网络，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

作为本发明的一种实施方式，所述测量设备包括线激光传感器，所述线激光传感器可基于二轴云台进行转动，用以对管片端面进行一定角度的扫描，从而计算获得管片端面12个测量点的空间三维坐标点，所述线激光传感器放置在千斤顶之间；

所述测量系统设置若干检测点，每一个检测点会获取并计算等距的3个盾尾间隙值，同时也需要扫描管片的内部用于计算径向错台；测量的数据通过设备的数据传输模块通过局域网传输给上位机进行计算。

作为本发明的一种实施方式，所述测量系统还包括：

坐标系建立单元，用以建立坐标系；

拟合单元，用以对每一段圆弧进行拟合，得到其半径，从而做到真圆度以及整体盾尾间隙的值，同时结合倾斜角传感器，计算得出管片超前量的数据；

推进油缸行程计算单元，用以使用线激光传感器测量线激光传感器到被测物体之间距离的特性，推算出所有推进油缸的行程；

首先建立坐标系、对每一段圆弧进行拟合，得到其半径，从而做到真圆度以及整体盾尾间隙的值，同时也结合倾斜角传感器，计算得出管片超前量的数据；使用线激光传感器测量线激光传感器到被测物体之间距离的特性，推算出所有推进油缸的行程，这些额外的测量数据与已有数据进行比对，从而达到互相印证、比对的效果，使得测算的结果鲁棒性更高。

根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种管片姿态多指标测量方法，所述管片姿态多指标测量方法包括：

通过测量装置从不同角度获取管片特征；

根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征并且通过计算得到管片的整体指标，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个。

作为本发明的一种实施方式，通过测量装置从不同角度获取管片特征步骤中，通过线激光传感器扫描管片；通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测物体的距离，还能沿着激光线的位置进行计算，得到被测物体的特征,得到三维的测量结果；所述线激光传感器装有二轴云台，能够扫描计算设定范围内的管片外露表面任意一点三维坐标。

作为本发明的一种实施方式，根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标步骤包括：

采集测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面空间三维坐标、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度；

将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的管片任意一点的盾尾间隙、真圆度、超前量指标；

将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、若干测量设备，通过所述局域网，上位机能控制测量设备的运行、也能接收测量设备回传的测量参数，同时无线路由器连接网络，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

作为本发明的一种实施方式，所述管片姿态多指标测量方法具体包括：

安装测量装置；测量装置包括四个测量设备，将四个测量设备分别安装在对应相邻两个千斤顶之间，使得四个测量设备分别安装在盾构同一个横截面的左上、左下、右上和右下的位置，需要将四个测量设备安装于盾构尾部径向同一平面并且左右相对称布设，测量设备底部设有安装底板，配有多个螺丝孔位，在盾构相应位置加装安装板，使用配套螺丝进行设备的固定，4个检测点能将整一环的管片分割为4段圆弧；另外需要确保云台能在垂直和水平方向-45到45度范围内活动不受限制、激光传感器线激光的发射和接收不被障碍物遮挡；测量数据通过无线模块以UDP协议的形式传输给上位机，因此在盾构机中需要使用路由器设置一个局域网，上位机、测量设备都处在一个局域网内；

调试设备；对设备进行调试，首先是对于设备间通信的设置，需要确定好每一个测量设备的发送信息的ip地址和端口号，确保上位机和测量设备的通信正常；随后需要确定每一个线激光测量装置能准确找到需要测量的3段间距是相等的盾尾间隙，以及管片内部扫描的对应位置；记录好每一台测量装置在测量三个盾尾间隙测量点以及扫描管片内侧时云台的转动角度，并且记录设备与千斤顶之间的位置关系；

测量并回传结果；测量是完全自动化的一个步骤，每一次管片拼装完成后进行测量，首先上位机发出测量的指令，通过局域网将指令传送到测量装置，测量装置接收到指令之后在测量前会发出警报，用于提醒在场的工人不要走入扫描区域影响测量，随后线激光测量装置

根据预设的云台角度运动，直到测量完所有的点；测量值会实时传送到上位机进行计算；

建立平面直角坐标系；首先基于盾构千斤顶所组成的标准圆建立平面坐标系，即盾构的圆心作为坐标系的原点，然后将12个测量点的坐标标在坐标系中。

管片真圆度数据计算；基于测量点的坐标和椭圆标准公式，每一次取相邻的5个测量点坐标，即可确定每1/4个圆弧，如此就能得到4段圆弧的表达式，将4段圆弧中最大半径减去最短半径，最终得到了管片的真圆度Δ；

Ax²+By²+Cxy+Dx+Ey+F＝0 (1)

Δ＝R_max-R_min (2)

整体盾尾间隙数据计算；同样基于上述的坐标系，首先线激光测距装置可以根据坐标测量扫描出12个测量点的空间三维坐标，并且计算得到盾尾间隙值，另外已知盾构的半径，将盾构半径分别减去计算真圆度时计算的4个1/4圆弧的半径，即可推算出四段圆弧的盾尾间隙值；计算公式如下，其中d_i为每一段圆弧的盾尾间隙；

d_i＝R_标准-R_1/4圆弧i (3)

i∈{1，2，3，4}

千斤顶行程校验；根据线激光测距仪直接测量出激光测距仪所在位置相邻的两个千斤顶行程，所以共有8个千斤顶的行程能直接获得，其余的千斤顶通过推算获得，具体推算过程包括：

公式(4)展示的是在已知千斤顶位置和封顶块角度的情况下，此千斤顶位置管片AC边的长度，其中β为千斤顶与封顶块盾构横截面的夹角，R为盾构的半径，c为管片楔形量；在理论情况下，管片的差值即千斤顶之间的差值，了解千斤顶之间的差值关系，即可通过已知的千斤顶行程推出未知的千斤顶行程，但是实际情况是管片可能相对于盾构有偏移角度；首先将已知呈对角关系的千斤顶的行程量相减，得到实际两者的行程差，再通过公式计算两点理论的行程差，将理论和实际行程差的差值平均分配在两个千斤顶中间的千斤顶上，即可计算得到所有千斤顶的行程；

管片超前量数据计算；根据拟合出的顶部1/4圆弧和底部1/4圆弧计算出上下和左右的千斤顶行程差，分别是UD和RL，以上下超前量为例，超前量即BC，AB为管片长度，∠BAC的角度大小是管片相对于盾构的倾斜角和盾构相对于水平线的角度之和；设∠BAC为α_v，盾构坡度为c_v，管片长度为L代入公式(5)即可求出∠BAC，设超前量BC为d_v，代入公式(7)即可求出超前量；左右超前量与上下超前量的算法相同，将盾构的坡度换为盾构的偏转角即可，具体如公式(6)所示，c_h为盾构偏转角度，最后代入公式(7)即可求出左右超前量；

α_v＝arctan(UD/L) +c_v (5)

α_h＝arctan(RL/L) ＝+ch (6)

d_i＝tan(α_i)×L，(i ＝v，h) (7)

径向错台数据与环向错台数据测算；测算径向错台时需要让线激光测量装置扫描一环里管片和管片的接缝位置，测算环向错台时需要扫描环与环之间的接缝处；根据激光的测距三角原理即可得到两种错台的值。

本发明的有益效果在于：本发明提出的管片姿态多指标测量系统及方法，测量和计算可以得到管片的真圆度、盾尾间隙、管片超前量、千斤顶行程、径向错台、环向错台等6个重要指标。本发明可提高测量的效率及精确度。

附图说明

图1为本发明一实施例中测量装置安装位置示意图。

图2为本发明一实施例中测量点的分布示意图。

图3为本发明一实施例中管片超前量测量原理图。

图4为本发明一实施例中管片姿态多指标测量系统的测量原理图。

图5为本发明一实施例中管片姿态多指标测量系统的组成示意图。

图6为本发明一实施例中测量系统的网络拓扑图。

图7为本发明一实施例中测量方法的流程图。

图8为本发明一实施例中测量方法建立坐标系的示意图。

图9为本发明一实施例中管片的横截面示意图。

图10为本发明一实施例中千斤顶行程推算示意图。

图11为本发明一实施例中超前量示意图。

图12为本发明一实施例中激光测距原理示意图。

图13为本发明一实施例中管片姿态多指标测量系统的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。

本发明揭示了一种管片姿态多指标测量系统，图13为本发明一实施例中本发明测量系统的组成示意图；请参阅图13，所述管片姿态多指标测量系统包括：测量装置1及测量软件2；所述测量装置1包括若干测量设备，各测量设备用以从不同角度获取管片特征；所述测量软件2用以根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片302的整体指标(如图3 所示)，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个(如整体指标可以包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据及环向错台数据；当然，也可以只包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据及环向错台数据中的部分数据)。

在本发明的一实施例中，所述测量设备包括线激光传感器101，所述线激光传感器101用于扫描最新拼装管片302(如图3所示)与相邻管片外表面上任意一点空间坐标；通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测物体的距离，还能沿着激光线的位置进行计算，得到被测物体的特征,得到三维的测量结果；所述线激光传感器装有二轴云台102，能够扫描计算出设定范围内的管片外露表面任意一点三维坐标。

在本发明的一实施例中，所述线激光传感器101可转动，用以对盾尾进行一定角度的扫描，并通过计算获得一段弧度中多个盾尾间隙值，所述线激光传感器放置在设定相邻的千斤顶301之间(如图1、图3所示)。所述测量系统设置若干检测点100(如可以设置4组检测点，每组3个检测点)，具体位置如图1所示，每一个检测点会获取等距的3个盾尾间隙值。请参阅图2，同时也需要扫描管片的内部用于计算径向错台；测量的数据通过设备的数据传输模块通过局域网传输给上位机进行计算。

请参阅图13，在本发明的一实施例中，所述测量装置1包括线激光传感器101、二轴云台102、倾斜角传感器103、报警器104、实时数据传输模块105。

所述线激光传感器101用于扫描获取最新拼装管片端面采样点的激光距离与角度、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离与角度、环向管片任一垂直盾构中心轴线圆周激光距离与角度。线激光传感器101通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测点的距离及角度，基于系统设定的空间坐标系，计算得到被测位置所处的三维空间坐标；所述线激光传感器装有二轴云台，能够自由扫描到新拼装环与相邻环片的任一点。所述线激光传感器101装有二轴云台102，能够扫描设定范围内的管片外露表面任意一点三维坐标。

所述二轴云台102用于线激光传感器101的水平和垂直两个方向的旋转，使得线激光传感器101能够在设定角内实现对新拼装管片及相邻管片的不同位置进行扫描，其中竖直方向和水平方向的旋转角度均为-45度到45度，从而使每个激光传感器能够扫描得到一段完整弧度的管片特征，进而通过计算可得管片端面任意一点处的盾尾间隙值。

在另一实施例中，所述线激光传感器101可基于二轴云台102进行转动，用以对管片端面进行一定角度的扫描，从而计算获得管片端面12个测量点的空间三维坐标点，所述线激光传感器放置在千斤顶之间。

所述倾斜角传感器103安装在线激光传感器101上，用以提供舵机转动的角度数据，结合线激光传感器101所取得的数据，能测量计算算出管片上任一点的三维空间坐标。所述报警器104用以在扫描期间提示在场的施工人员离开扫描区域，从而使得扫描能够顺利地进行且测量结果不会被在场的工作人员的走动所影响。所述实时数据传输模块105与线激光传感器101、倾斜角传感器103相连接，实时将线激光传感器101、倾斜角传感器103发送的数据通过UDP协议传输至上位机(如图6所示)。

请参阅图5、图13，在一实施例中，所述测量软件2包括参数设置模块201、数据采集模块202、计算模块203和数据管理模块204。

所述参数设置模块201用以负责安装参数的设定，包括设备的安装位置参数、云台旋转角度设定和用于控制和数据传输的通讯参数。

所述数据采集模块202用以测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面三维坐标值、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度。

所述计算模块203用以将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的管片的真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据。

所述数据管理模块204用以将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、4个测量设备，通过此局域网，上位机能控制测量设备的运行、也能接收测量设备回传的测量参数，同时无线路由器连接网络，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

在本发明的一实施例中，所述测量系统还包括：坐标系建立单元、拟合单元及推进油缸行程计算单元。坐标系建立单元用以建立坐标系；拟合单元用以对每一段圆弧进行拟合，得到其半径，从而做到真圆度以及整体盾尾间隙的值，同时结合倾斜角传感器，计算得出管片超前量的数据。推进油缸行程计算单元用以使用线激光传感器测量线激光传感器到被测物体之间距离的特性，推算出所有推进油缸的行程，这些额外的测量数据与已有数据进行比对，从而达到互相印证、比对的效果，使得测算的结果鲁棒性更高。

本发明还揭示一种管片姿态多指标测量方法，所述管片姿态多指标测量方法包括：通过测量装置从不同角度获取管片特征；根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征并且通过计算得到管片的整体指标，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个。

在本发明的一实施例中，通过测量装置从不同角度获取管片特征步骤中，通过线激光传感器扫描管片；通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测物体的距离，还能沿着激光线的位置进行计算，得到被测物体的特征,得到三维的测量结果；所述线激光传感器装有二轴云台，能够扫描计算设定范围内的管片外露表面任意一点三维坐标。

在本发明的一实施例中，根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标步骤包括：

采集测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面三维坐标、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度；

将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的管片任意一点的盾尾间隙、真圆度、超前量指标；在另一实施例中，得到最终所需要的管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据。

将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、若干测量设备，通过所述局域网，上位机能控制测量设备的运行、也能接收测量设备回传的测量参数，同时无线路由器连接网络，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

在本发明的一实施例中，首先建立坐标系、对每一段圆弧进行拟合，得到其半径，从而做到真圆度以及整体盾尾间隙的值，同时也结合倾斜角传感器，计算得出管片超前量的数据；如图3所示，使用线激光传感器测量线激光传感器到被测物体之间距离的特性，推算出所有推进油缸的行程，这些额外的测量数据与已有数据进行比对，从而达到互相印证、比对的效果，使得测算的结果鲁棒性更高。

图7为本发明一实施例中测量方法的流程图；请参阅图7，在本发明的一实施例中，所述管片姿态多指标测量方法具体包括：

【步骤S1】安装测量装置；测量装置包括四个测量设备，将四个测量设备分别安装在对应相邻两个千斤顶之间，使得四个测量设备分别安装在盾构同一个横截面的左上、左下、右上和右下的位置，需要将四个测量设备安装于盾构尾部径向同一平面并且左右相对称布设，具体位置如图1所示，测量设备底部设有安装底板，配有多个螺丝孔位，在盾构相应位置加装安装板，使用配套螺丝进行设备的固定，4个检测点能将整一环的管片分割为4段圆弧；另外需要确保云台能在垂直和水平方向-45到45度范围内活动不受限制、激光传感器线激光的发射和接收不被障碍物遮挡；测量数据通过无线模块以UDP协议的形式传输给上位机，因此在盾构机中需要使用路由器设置一个局域网，具体的网络拓扑图如图6所示，上位机、测量设备都处在一个局域网内；

【步骤S2】调试设备；对设备进行调试，首先是对于设备间通信的设置，需要确定好每一个测量设备的发送信息的ip地址和端口号，确保上位机和测量设备的通信正常；随后需要确定每一个线激光测量装置能准确找到需要测量的3段间距是相等的管片端面三维坐标，以及管片内部扫描的对应位置；记录好每一台测量装置在测量三个管片端面测量点空间坐标以及扫描管片内侧时云台的转动角度，并且记录设备与千斤顶之间的位置关系；

【步骤S3】测量并回传结果；测量是完全自动化的一个步骤，每一次管片拼装完成后进行测量，首先上位机发出测量的指令，通过局域网将指令传送到测量装置，测量装置接收到指令之后在测量前会发出警报，用于提醒在场的工人不要走入扫描区域影响测量，随后线激光测量装置根据预设的云台角度运动，直到测量完所有的点；测量值会实时传送到上位机进行计算；

【步骤S4】建立平面直角坐标系；请参阅图8，首先基于盾构千斤顶所组成的标准圆建立平面坐标系，即盾构的圆心作为坐标系的原点，然后将12个测量点的坐标标在坐标系中。

【步骤S5】管片真圆度数据计算；基于测量点的坐标和椭圆标准公式，每一次取相邻的 5个测量点坐标，即可确定每1/4个圆弧，如此就能得到4段圆弧的表达式，将4段圆弧中最大半径减去最短半径，最终得到了管片的真圆度Δ；

Ax²+By²+Cxy+Dx+Ey+F＝0 (1)

Δ＝R_max-R_min (2)

【步骤S6】整体盾尾间隙数据计算；同样基于上述的坐标系，首先线激光测距装置可以测量出12个测量点的空间三维坐标，另外已知盾构的半径，将盾构半径分别减去计算真圆度时计算的4个1/4圆弧的半径，即可推算出四段圆弧的盾尾间隙值；计算公式如下，其中d_i为每一段圆弧的盾尾间隙；

d_i＝R_标准-R_1/4圆弧i (3)

i∈{1，2，3，4}

【步骤S7】千斤顶行程数据校验；请参阅图10，根据线激光测距仪直接测量出激光测距仪所在位置相邻的两个千斤顶行程，所以共有8个千斤顶的行程能直接获得，其余的千斤顶通过推算获得，具体推算过程包括：

公式(4)展示的是在已知千斤顶位置和封顶块角度的情况下，此千斤顶位置管片AC边的长度，其中β为千斤顶与封顶块盾构横截面的夹角，R为盾构的半径，c为管片楔形量(如图9所示)；在理论情况下，管片的差值即千斤顶之间的差值，了解千斤顶之间的差值关系，即可通过已知的千斤顶行程推出未知的千斤顶行程，但是实际情况是管片可能相对于盾构有偏移角度；首先将已知呈对角关系的千斤顶的行程量相减，得到实际两者的行程差，再通过公式计算两点理论的行程差，将理论和实际行程差的差值平均分配在两个千斤顶中间的千斤顶上，即可计算得到所有千斤顶的行程；

【步骤S8】管片超前量数据计算；请参阅图11，根据拟合出的顶部1/4圆弧和底部1/4 圆弧计算出上下和左右的千斤顶行程差，分别是UD和RL，以上下超前量为例，超前量即BC， AB为管片长度，∠BAC的角度大小是管片相对于盾构的倾斜角和盾构相对于水平线的角度之和；设∠BAC为α_v，盾构坡度为c_v，管片长度为L代入公式(5)即可求出∠BAC，设超前量BC为d_v，代入公式(7)即可求出超前量；左右超前量与上下超前量的算法相同，将盾构的坡度换为盾构的偏转角即可，具体如公式(6)所示，c_h为盾构偏转角度，最后代入公式 (7)即可求出左右超前量；

α_v＝arctan(UD/L)+c_v (5)

α_h＝arctan(RL/L) +c_h (6)

d_i＝tan(α_i)×L，(i ＝v，h) (7)

【步骤S9】径向错台数据与环向错台数据测算；测算径向错台时需要让线激光测量装置扫描一环里管片和管片的接缝位置，测算环向错台时需要扫描环与环之间的接缝处；根据激光的测距三角原理即可得到两种错台的值。

以测算环向错台为例，如图12所示；由图12可知，AB为激光发射和感光元件的距离， AC为发射激光，BC为反射激光，反射角度角∠ABC通过其投射在感光元件的位置得到，即可求出AC的距离为tan(∠ABC)×AB，通过激光测量设备的旋转，扫描管片与管片之间的错台，并准确计算得知错台量。

综上所述，本发明提出的管片姿态多指标测量系统及方法，测量和计算可以得到管片的真圆度、盾尾间隙、管片超前量、千斤顶行程、径向错台、环向错台等6个重要指标。本发明可提高测量的效率及精确度。

需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种管片姿态多指标测量系统，其特征在于，所述管片姿态多指标测量系统包括：测量装置及测量软件；

所述测量装置包括线激光传感器、二轴云台、倾斜角传感器、报警器、实时数据传输模块；

所述测量软件包括参数设置模块、数据采集模块、计算模块和数据管理模块；所述测量软件用以根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个；

所述线激光传感器用于扫描最新拼装管片与相邻管片外表面上任意一点空间坐标；通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测物体的距离，还能沿着激光线的位置进行计算，得到被测物体的特征；得到三维的测量结果；所述线激光传感器装有二轴云台；

所述二轴云台用于驱动线激光传感器在水平和垂直两个方向上旋转，使得线激光传感器能够在设定角内对管片的不同位置进行扫描，其中竖直方向和水平方向的旋转角度均为-45度到45度，从而得到一段完整弧度的管片特征，进而通过计算可得这段弧度的完整盾尾间隙值；

所述倾斜角传感器安装在线激光传感器上，用以提供舵机转动的角度数据，结合线激光传感器所取得的数据，能测算出整段弧度的盾尾间隙值；

所述报警器用以在扫描期间提示在场的施工人员离开扫描区域，从而使得扫描能够顺利地进行且测量结果不会被在场的工作人员的走动所影响；

所述实时数据传输模块与线激光传感器、倾斜角传感器相连接，实时将线激光传感器、倾斜角传感器发送的数据通过UDP协议传输至上位机；

所述参数设置模块用以负责安装参数的设定，包括设备的安装位置参数、云台旋转角度设定和用于控制和数据传输的通讯参数；

所述数据采集模块用以测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面空间三维坐标、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度；

所述计算模块用以将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据；

所述数据管理模块用以将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、4个测量设备，通过此局域网，上位机能控制测量装置的运行、也能接收测量装置回传的测量参数，同时无线路由器接有网，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

2.一种管片姿态多指标测量系统，其特征在于，所述管片姿态多指标测量系统包括：测量装置及测量软件；

所述测量装置，包括若干测量设备，各测量设备用以从不同角度获取管片特征；

所述测量软件，用以根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的管片姿态多指标测量系统，其特征在于：

所述测量设备包括线激光传感器，通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测点的距离及角度，基于系统设定的空间坐标系，计算得到被测位置所处的三维空间坐标；所述线激光传感器装有二轴云台，能够自由扫描到新拼装环与相邻环片的任一点；

所述线激光传感器用于扫描获取最新拼装管片端面采样点的激光距离与角度、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离与角度、环向管片任一垂直盾构中心轴线圆周激光距离与角度。

4.根据权利要求3所述的管片姿态多指标测量系统，其特征在于：

所述测量装置还包括二轴云台、倾斜角传感器、报警器、实时数据传输模块；

所述二轴云台用于驱动线激光传感器在水平和垂直两个方向上旋转，使得线激光传感器能够在设定角内实现对新拼装管片及相邻管片的不同位置进行扫描，其中竖直方向和水平方向的旋转角度均为-45度到45度，从而使每个激光传感器能够扫描得到一段完整弧度的管片特征，进而通过计算可得管片端面任意一点处的盾尾间隙值；

所述倾斜角传感器安装在线激光传感器上，用以提供舵机转动的角度数据，结合线激光传感器所取得的数据，能测量计算算出管片上任一点的三维空间坐标；

所述报警器用以在扫描期间提示在场的施工人员离开扫描区域，从而使得扫描能够顺利地进行且测量结果不会被在场的工作人员的走动所影响；

所述实时数据传输模块与线激光传感器、倾斜角传感器相连接，实时将线激光传感器、倾斜角传感器发送的数据通过UDP协议传输至上位机。

5.根据权利要求2所述的管片姿态多指标测量系统，其特征在于：

所述测量软件包括参数设置模块、数据采集模块、计算模块和数据管理模块；

所述参数设置模块用以负责安装参数的设定，包括设备的安装位置参数、云台旋转角度设定和用于控制和数据传输的通讯参数；

所述数据采集模块用以采集测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面空间三维坐标、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度；

所述计算模块用以将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据；

所述数据管理模块用以将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、若干测量设备，通过所述局域网，上位机能控制测量设备的运行、也能接收测量设备回传的测量参数，同时无线路由器连接网络，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

6.根据权利要求2所述的管片姿态多指标测量系统，其特征在于：

所述测量设备包括线激光传感器，所述线激光传感器可基于二轴云台进行转动，用以对管片端面进行一定角度的扫描，从而计算获得管片端面12个测量点的空间三维坐标点，所述线激光传感器放置在千斤顶之间；

所述测量系统设置若干检测点，每一个检测点会获取并计算等距的3个盾尾间隙值，同时也需要扫描管片的内部用于计算径向错台；测量的数据通过设备的数据传输模块通过局域网传输给上位机进行计算；

所述测量系统还包括：

坐标系建立单元，用以建立坐标系；

拟合单元，用以对每一段圆弧进行拟合，得到其半径，从而做到真圆度以及整体盾尾间隙的值，同时结合倾斜角传感器，计算得出管片超前量的数据；

推进油缸行程计算单元，用以使用线激光传感器测量线激光传感器到被测物体之间距离的特性，推算出所有推进油缸的行程；

首先建立坐标系、对每一段圆弧进行拟合，得到其半径，从而做到真圆度以及整体盾尾间隙的值，同时也结合倾斜角传感器，计算得出管片超前量的数据；使用线激光传感器测量线激光传感器到被测物体之间距离的特性，推算出所有推进油缸的行程，这些额外的测量数据与已有数据进行比对，从而达到互相印证、比对的效果，使得测算的结果鲁棒性更高。

7.一种管片姿态多指标测量方法，其特征在于，所述管片姿态多指标测量方法包括：

通过测量装置从不同角度获取管片特征；

根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征并且通过计算得到管片的整体指标，所述整体指标包括管片真圆度数据、整体盾尾间隙数据、管片超前量数据、千斤顶行程数据、径向错台数据、环向错台数据中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的管片姿态多指标测量方法，其特征在于：

通过测量装置从不同角度获取管片特征步骤中，通过线激光传感器扫描管片；通过激光三角测量原理，将一条静态的激光线投射到被测物体上，对被测物体表进行二维轮廓的扫描，能测量传感器到被测物体的距离，还能沿着激光线的位置进行计算，得到被测物体的特征,得到三维的测量结果；所述线激光感器装有二轴云台，能够扫描计算设定范围内的管片外露表面任意一点三维坐标。

9.根据权利要求7所述的管片姿态多指标测量方法，其特征在于：

根据所述测量装置获取的从不同角度获取管片特征得到管片的整体指标步骤包括：

采集测量所需的参数，包括预先设定好的12个测量点的管片端面空间三维坐标、径向相邻两环管片任一径向直线上采样点的激光距离和角度、环向相邻管片任一圆周采样点的距离以及角度；

将测量到的参数进行计算，得到最终所需要的管片任意一点的盾尾间隙、真圆度、超前量指标；

将最终计算好的指标存放在数据库中，方便数据展示或分析；使用无线路由器在盾构中建立局域网，局域网中的设备包括上位机、若干测量设备，通过所述局域网，上位机能控制测量设备的运行、也能接收测量设备回传的测量参数，同时无线路由器连接网络，使得局域网中上位机能访问外网的数据库，从而做到数据的存储。

10.根据权利要求7所述的管片姿态多指标测量方法，其特征在于：

所述管片姿态多指标测量方法具体包括：

安装测量装置；测量装置包括四个测量设备，将四个测量设备分别安装在对应相邻两个千斤顶之间，使得四个测量设备分别安装在盾构同一个横截面的左上、左下、右上和右下的位置，需要将四个测量设备安装于盾构尾部径向同一平面并且左右相对称布设，测量设备底部设有安装底板，配有多个螺丝孔位，在盾构相应位置加装安装板，使用配套螺丝进行设备的固定，4个检测点能将整一环的管片分割为4段圆弧；另外需要确保云台能在垂直和水平方向-45到45度范围内活动不受限制、激光传感器线激光的发射和接收不被障碍物遮挡；测量数据通过无线模块以UDP协议的形式传输给上位机，因此在盾构机中需要使用路由器设置一个局域网，上位机、测量设备都处在一个局域网内；

调试设备；对设备进行调试，首先是对于设备间通信的设置，需要确定好每一个测量设备的发送信息的ip地址和端口号，确保上位机和测量设备的通信正常；随后需要确定每一个线激光测量装置能准确找到需要测量的3段间距是相等的盾尾间隙，以及管片内部扫描的对应位置；记录好每一台测量装置在测量三个盾尾间隙测量点以及扫描管片内侧时云台的转动角度，并且记录设备与千斤顶之间的位置关系；

测量并回传结果；测量是完全自动化的一个步骤，每一次管片拼装完成后进行测量，首先上位机发出测量的指令，通过局域网将指令传送到测量装置，测量装置接收到指令之后在测量前会发出警报，用于提醒在场的工人不要走入扫描区域影响测量，随后线激光测量装置根据预设的云台角度运动，直到测量完所有的点；测量值会实时传送到上位机进行计算；

建立平面直角坐标系；首先基于盾构千斤顶所组成的标准圆建立平面坐标系，即盾构的圆心作为坐标系的原点，然后将12个测量点的坐标标在坐标系中。

管片真圆度数据计算；基于测量点的坐标和椭圆标准公式，每一次取相邻的5个测量点坐标，即可确定每1/4个圆弧，如此就能得到4段圆弧的表达式，将4段圆弧中最大半径减去最短半径，最终得到了管片的真圆度Δ；

Ax²+By²+Cxy+Dx+Ey+F＝0 (1)

Δ＝R_max-R_min (2)

整体盾尾间隙数据计算；同样基于上述的坐标系，首先线激光测距装置可以测量出12个测量点的空间三维坐标，另外已知盾构的半径，将盾构半径分别减去计算真圆度时计算的4个1/4圆弧的半径，即可推算出四段圆弧的盾尾间隙值；计算公式如下，其中d_i为每一段圆弧的盾尾间隙；

d_i＝R_标准-R_1/4圆弧i (3)

i∈{1，2，3，4}

千斤顶行程数据校验；根据线激光测距仪直接测量出激光测距仪所在位置相邻的两个千斤顶行程，所以共有8个千斤顶的行程能直接获得，其余的千斤顶通过推算获得，具体推算过程包括：

公式(4)展示的是在已知千斤顶位置和封顶块角度的情况下，此千斤顶位置管片AC边的长度，其中β为千斤顶与封顶块盾构横截面的夹角，R为盾构的半径，c为管片楔形量；在理论情况下，管片的差值即千斤顶之间的差值，了解千斤顶之间的差值关系，即可通过已知的千斤顶行程推出未知的千斤顶行程，但是实际情况是管片可能相对于盾构有偏移角度；首先将已知呈对角关系的千斤顶的行程量相减，得到实际两者的行程差，再通过公式计算两点理论的行程差，将理论和实际行程差的差值平均分配在两个千斤顶中间的千斤顶上，即可计算得到所有千斤顶的行程；

管片超前量数据计算；根据拟合出的顶部1/4圆弧和底部1/4圆弧计算出上下和左右的千斤顶行程差，分别是UD和RL，以上下超前量为例，超前量即BC，AB为管片长度，∠BAC的角度大小是管片相对于盾构的倾斜角和盾构相对于水平线的角度之和；设∠BAC为α_v，盾构坡度为c_v，管片长度为L代入公式(5)即可求出∠BAC，设超前量BC为d_v，代入公式(7)即可求出超前量；左右超前量与上下超前量的算法相同，将盾构的坡度换为盾构的偏转角即可，具体如公式(6)所示，c_h为盾构偏转角度，最后代入公式(7)即可求出左右超前量；

径向错台数据与环向错台数据测算；测算径向错台时需要让线激光测量装置扫描一环里管片和管片的接缝位置，测算环向错台时需要扫描环与环之间的接缝处；根据激光的测距三角原理即得到两种错台的值。

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