CN114466310B - 一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法,包括若干个关键点感应模块、中控室UWB服务器、若干个微波基站、车头UWB标签、车尾UWB标签、车载工控机、车载微波通信设备和编码器,本发明涉及地铁或高铁盾构工法隧道施工技术领域。该盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法,相比与现有的人工汇报位置以及RFID方式,可以获取更精确的位置信息,通过利用关键点的高精度定位进行初始位置校准,可以实现在行车区间分米级别精准定位,并实时回传到中控室,相比与现有的人工汇报方式,不受通信距离限制,相比与现有的RFID方式,施工成本和维护难度均大幅度下降,可以解决因RFID标签频繁损坏带来的维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及地铁或高铁盾构工法隧道施工技术领域,具体为一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法。
背景技术
隧道工程是在修建地下、水下、山体建筑物(铺设铁路、修筑公路)进行的一系列建设工作,主要分为隧道规划、勘测、设计、贯通控制测量和施工工作。隧道根据所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类,其中修建最多的是山岭隧道,道路隧道的建设过程主要为隧道规划、勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作,为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道,为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道,为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道,为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案,对隧道地处范围内的地形、地质状况,以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测,在隧道勘测和开挖过程中,须了解围岩的类别。围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体。
在地铁或者高铁隧道施工智能化改造过程中,需要实时获取水平运输机车在隧道中的精确位置,以实现多台水平运输车的高效调度,现有的人工方法是通过水平运输车驾驶员与中控室调度员之间用对讲机汇报位置,受限于对讲机通信距离,在隧道深处无法及时获得水平运输车位置,并且人工汇报的位置并不精确,只是大概位置,现有的自动定位装置通过在施工轨道上相隔固定距离布设RFID标签,通过安装在水平运输车上的RFID标签读卡器读取轨道面RFID标签来获取实时位置,该方法获取的位置精度不足,同时在盾构机掘进过程中需要每隔固定距离布设标签,会增加施工成本,并且RFID标签容易损坏,后期维护成本较高,为此我们提出了一种定位精度更高,安装简单,维护成本低的隧道内定位装置。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法,解决了获取的位置精度不足,同时在盾构机掘进过程中需要每隔固定距离布设标签,会增加施工成本,并且RFID标签容易损坏,后期维护成本较高的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法,包括若干个关键点感应模块、中控室UWB服务器、若干个微波基站、车头UWB标签、车尾UWB标签、车载工控机、车载微波通信设备和编码器,每个所述关键点感应模块均是由设立于隧道盾构机处的若干个UWB基站组成,且每个UWB基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,若干个所述微波基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,且车头UWB标签固定安装于水平运输车的车头处,所述车尾UWB标签固定安装于水平运输车的车尾处,且车载工控机、车载微波通信设备和编码器均固定安装于水平运输车上。
优选的,所述车头UWB标签通过CAN数据线接入车载工控机,并将车载工控机接入车载微波通信设备。
优选的,所述车头UWB标签和车尾UWB标签通过与UWB基站之间的无线通信获取车辆的高精度定位信息。
优选的,所述车载工控机利用车头UWB标签和车尾UWB标签给予的精确位置校准车载编码器精度。
优选的,所述车载编码器的型号为C12-2B-L20F7-AC 24P 24C。
本发明还提供了一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位方法,具体包括以下步骤:
S1、首先在关键点的盾构机处设立若干UWB基站,每个关键点的一个UWB基站通过光纤接入中控室UWB服务器;
S2、再在隧道布设若干微波基站,微波基站通过光纤接入中控室UWB服务器;
S3、然后在水平运输车车头和车尾各安装一个UWB标签,车头UWB标签通过CAN数据线接入车载工控机,并将车载工控机接入车载微波通信设备;
S4、当机车通过关键点时,车头UWB标签和车尾UWB标签通过和UWB基站之间的无线通信获取车辆的高精度定位信息;
S5、定位信息一路通过UWB标签的CAN线进入车载工控机,一路通过UWB基站的光纤实时传回中控室UWB服务器;
S6、在机车即将驶出关键点,车载工控机利用UWB标签给予的精确位置校准车载编码器精度;
S7、在行进区间,车载工控机利用车载编码器进行实时位置定位,同时该位置信息通过车载微波通信设备实时回传到中控室UWB服务器,当机车再次进入关键点,再利用UWB获取车辆精确位置,并校准好车载编码器的误差。
优选的,所述步骤S1中关键点为隧道井口或道岔处。
优选的,所述步骤S2中每两个微波基站之间间距为两公里。
(三)有益效果
本发明提供了一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法。与现有技术相比具备以下有益效果:
(1)、该盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法,包括若干个关键点感应模块、中控室UWB服务器、若干个微波基站、车头UWB标签、车尾UWB标签、车载工控机、车载微波通信设备和编码器,每个所述关键点感应模块均是由设立于隧道盾构机处的若干个UWB基站组成,且每个UWB基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,若干个所述微波基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,且车头UWB标签固定安装于水平运输车的车头处,所述车尾UWB标签固定安装于水平运输车的车尾处,且车载工控机、车载微波通信设备和编码器均固定安装于水平运输车上,通过在隧道关键节点设置两个UWB基站,其中一个基站通过光纤接入到中控室,在水平运输车车头车尾各安装一个UWB标签,车头UWB标签通过CAN线接入水平运输机车的工控机,实现在关键点中控室和机车自身均可获得厘米级别精度定位,相比与现有的人工汇报位置以及RFID方式,可以获取更精确的位置信息。
(2)、该盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统及方法,通过在水平运输车分别加装编码器和微波通信装置,并利用关键点的高精度定位进行初始位置校准,可以实现在行车区间分米级别精准定位,并实时回传到中控室,相比与现有的人工汇报方式,不受通信距离限制,相比与现有的RFID方式,施工成本和维护难度均大幅度下降,可以解决因RFID标签频繁损坏带来的维护成本。
附图说明
图1为本发明定位系统的结构原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例提供一种技术方案:一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统,包括若干个关键点感应模块、中控室UWB服务器、若干个微波基站、车头UWB标签、车尾UWB标签、车载工控机、车载微波通信设备和编码器,每个关键点感应模块均是由设立于隧道盾构机处的若干个UWB基站组成,且每个UWB基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,若干个微波基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,且车头UWB标签固定安装于水平运输车的车头处,车尾UWB标签固定安装于水平运输车的车尾处,且车载工控机、车载微波通信设备和编码器均固定安装于水平运输车上。
本发明实施例中,车头UWB标签通过CAN数据线接入车载工控机,并将车载工控机接入车载微波通信设备。
本发明实施例中,车头UWB标签和车尾UWB标签通过与UWB基站之间的无线通信获取车辆的高精度定位信息。
本发明实施例中,车载工控机利用车头UWB标签和车尾UWB标签给予的精确位置校准车载编码器精度。
本发明实施例中,车载编码器的型号为C12-2B-L20F7-AC 24P 24C。
本发明实施例还提供了一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位方法,具体包括以下步骤:
S1、首先在关键点的盾构机处设立若干UWB基站,每个关键点的一个UWB基站通过光纤接入中控室UWB服务器;
S2、再在隧道布设若干微波基站,微波基站通过光纤接入中控室UWB服务器;
S3、然后在水平运输车车头和车尾各安装一个UWB标签,车头UWB标签通过CAN数据线接入车载工控机,并将车载工控机接入车载微波通信设备;
S4、当机车通过关键点时,车头UWB标签和车尾UWB标签通过和UWB基站之间的无线通信获取车辆的高精度定位信息;
S5、定位信息一路通过UWB标签的CAN线进入车载工控机,一路通过UWB基站的光纤实时传回中控室UWB服务器;
S6、在机车即将驶出关键点,车载工控机利用UWB标签给予的精确位置校准车载编码器精度;
S7、在行进区间,车载工控机利用车载编码器进行实时位置定位,同时该位置信息通过车载微波通信设备实时回传到中控室UWB服务器,当机车再次进入关键点,再利用UWB获取车辆精确位置,并校准好车载编码器的误差。
本发明实施例,步骤S1中关键点为隧道井口或道岔处。
本发明实施例,步骤S2中每两个微波基站之间间距为两公里。
综上,本发明通过在隧道关键节点设置两个UWB基站,其中一个基站通过光纤接入到中控室,在水平运输车车头车尾各安装一个UWB标签,车头UWB标签通过CAN线接入水平运输机车的工控机,实现在关键点中控室和机车自身均可获得厘米级别精度定位,相比与现有的人工汇报位置以及RFID方式,可以获取更精确的位置信息,同时通过在水平运输车分别加装编码器和微波通信装置,并利用关键点的高精度定位进行初始位置校准,可以实现在行车区间分米级别精准定位,并实时回传到中控室,相比与现有的人工汇报方式,不受通信距离限制,相比与现有的RFID方式,施工成本和维护难度均大幅度下降,可以解决因RFID标签频繁损坏带来的维护成本。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
S1、首先在隧道井口或道岔处的隧道盾构机处设立两个及两个以上的UWB基站以组成关键点感应模块,每个关键点感应模块的一个UWB基站通过光纤接入中控室UWB服务器;
S2、再在隧道布设若干微波基站,微波基站通过光纤接入中控室UWB服务器;
S3、然后在水平运输车车头和车尾各安装一个UWB标签,车头UWB标签通过CAN数据线接入车载工控机,并将车载工控机接入车载微波通信设备;
S4、当机车通过关键点感应模块时,车头UWB标签和车尾UWB标签通过和UWB基站之间的无线通信获取车辆的高精度定位信息;
S5、定位信息一路通过UWB标签的CAN线进入车载工控机,一路通过UWB基站的光纤实时传回中控室UWB服务器;
S6、在机车即将驶出关键点感应模块,车载工控机利用UWB标签给予的精确位置校准车载编码器精度;
S7、在行进区间,车载工控机利用车载编码器进行实时位置定位,同时该位置信息通过车载微波通信设备实时回传到中控室UWB服务器,当机车再次进入关键点感应模块,再利用UWB获取车辆精确位置,并校准好车载编码器的误差。
2.根据权利要求1所述的一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位方法,其特征在于:所述步骤S2中每两个微波基站之间间距为两公里。
3.一种实现权利要求1-2任意一项所述盾构工法水平运输机车的洞内实时定位方法的定位系统,其特征在于:包括若干个关键点感应模块、中控室UWB服务器、若干个微波基站、车头UWB标签、车尾UWB标签、车载工控机、车载微波通信设备和编码器,每个所述关键点感应模块均是由设立于隧道盾构机处的两个及两个以上的UWB基站组成,且每个UWB基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,若干个所述微波基站均通过光纤接入中控室UWB服务器,且车头UWB标签固定安装于水平运输车的车头处,所述车尾UWB标签固定安装于水平运输车的车尾处,且车载工控机、车载微波通信设备和编码器均固定安装于水平运输车上。
4.根据权利要求3所述的一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统,其特征在于:所述车头UWB标签通过CAN数据线接入车载工控机,并将车载工控机接入车载微波通信设备。
5.根据权利要求3所述的一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统,其特征在于:所述车头UWB标签和车尾UWB标签通过与UWB基站之间的无线通信获取车辆的高精度定位信息。
6.根据权利要求3所述的一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统,其特征在于:所述车载工控机利用车头UWB标签和车尾UWB标签给予的精确位置校准车载编码器精度。
7.根据权利要求3所述的一种盾构工法水平运输机车的洞内实时定位系统,其特征在于:所述车载编码器的型号为C12-2B-L20F7-AC 24P 24C。
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