CN114578713A - 一种顶管机姿态控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及顶管机工程施工领域，具体涉及一种顶管机姿态控制方法及其装置；包括以下过程：构建姿态控制数据库；对顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据；将测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数；基于最优控制参数对顶管机姿态进行纠偏；本申请实施例提供的一种顶管机姿态空值方法及其装置，解决了现有的需要人工进行参数调整所导致的人力成本过高的问题。

Description

一种顶管机姿态控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及顶管机工程施工领域，具体涉及一种顶管机姿态控制方法及其装置。

背景技术

目前，随着我国城市化建设的不断推进与发展，为避免城市建筑物的破坏，需在城市地下铺设给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等管道。顶管法施工以其不需要开挖地面、占地面积少、交通影响小、开挖速度快、经济、环保的优势在综合管廊、地下通道等项目建设中不断发挥重要作用。

然而，采用顶管法施工，由于地层土质变化，导致顶管机容易发生侧向偏转的现象，产生姿态偏差，顶进轴线难以控制。

在现有技术中，针对于这种问题主要是通过构建算法的方式来实现对于顶管机的纠偏，具有精准度较高的技术优势。但是因为顶管机涉及到的地质结构较为复杂，构建算法的方式成本较高，并且在大规模的施工过程中不需要进行较为精准的控制，在一定范围内实现控制并且降低成本是最有效的方法。

发明内容

本申请实施例提供一种顶管机姿态控制方法，针对顶管机的在不同地质情况下的误差进行纠偏处理，并且通过构建数据库的方式降低了现有技术成本较高的技术问题。为了达到上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，一种顶管机姿态控制方法，包括以下步骤：

构建姿态控制数据库；对所述顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据；将所述测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数；基于所述最优控制参数对所述顶管机姿态进行纠偏。

结合第一方面，提供第一种实现手段，所述构建姿态控制数据库，包括：基于施工环境数据构建对应的姿态数据和施工数据，基于多个姿态数据和多个施工数据构建姿态数据库和施工数据库；所述姿态数据库和所述施工数据库和所述施工环境数据呈关联关系；所述关联基于姿态特征。

结合第一种实现手段，提供第二种实现手段，所述构建姿态数据库包括：构建顶管机工作仿真系统，将仿真处理过程中的所述顶管机的姿态数据进行保存，得到姿态数据库；所述构建施工环境数据库包括：基于所述顶管机仿真系统，将仿真过程中的所述顶管机的施工作业环境数据进行保存，得到施工环境数据库；所述构建施工数据库包括：基于所述顶管机仿真系统，将仿真过程中的所述顶管机的施工数据进行保存，得到施工数据数据库；所述姿态数据库、所述施工环境数据库和所述施工数据库呈关联关系。

结合第二种实现手段，提供第三种实现手段，所述对所述顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据，包括：获得施工环境数据，获得实时施工数据和获得实时姿态数据。

结合第三种实现手段，提供第四种实现手段，所述姿态数据包括仰俯角、水平方位角和旋转角中的至少一种；所述施工环境数据包括地层压力；所述施工数据包括顶管机的顶进力、开挖舱的压力、顶进速度及顶进距离中的任意一种。

结合第四种实现手段，提供第五种实现手段，所述获得实时姿态数据包括在顶管机背离顶管的一侧贴设至少两个反射片，设置在始发井内的全站仪对所述顶管机姿态进行测量。

结合第一方面，提供第六种实现手段，将所述测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数；包括：基于测量到的施工环境数据与所述施工环境数据库进行比对，基于第一规则确定施工环境基准；基于所述施工环境基准，确定施工数据库以及姿态数据库；将获取的施工数据以及姿态数据与所述施工数据库与所述姿态数据库进行比对，判断是否产生偏差；基于判断结果确定最优控制参数。

结合第六种实现手段，提供第七种实现手段，所述第一规则包括判断所述施工环境数据库内是否包含有测量到的施工环境数据，若判断结果为否，基于阈值确定阈值范围内最接近测量到的施工环境数据的数据库内的施工环境数据，确定后的施工环境数据为施工环境基准。

结合第七种实现手段，提供第八种实现手段，基于所述最优控制参数对所述顶管机姿态进行纠偏，包括：基于确定的施工环境基准，在对应的姿态数据库以及施工数据库中确定与所述施工环境基准对应的姿态数据和施工数据；基于所述姿态数据和施工数据对所述顶管机姿态进行纠偏。

第二方面，本申请实施例提供了一种顶管机姿态控制装置，包括：

姿态数据库构建模块，用于构建姿态控制数据库；测量模块，用于对所述顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据；最优控制参数确定模块，用于将所述测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数；纠偏模块，用于基于所述最优控制参数对所述顶管机姿态进行纠偏。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述顶管机姿态控制方法。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述顶管机姿态控制方法。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述顶管机姿态控制方法。

本申请实施例提供的一种顶管机姿态空值方法及其装置，解决了现有的需要人工进行参数调整所导致的人力成本过高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

附图中的方法、系统和/或程序将根据示例性实施例进一步描述。这些示例性实施例将参照图纸进行详细描述。这些示例性实施例是非限制的示例性实施例，其中示例数字在附图的各个视图中代表相似的机构。

图1是根据本申请的一个是实施例提供的顶管机姿态控制系统的框图；

图2是根据本申请的一个实施例提供的顶管机姿态控制方法的流程图；

图3是根据本申请的一个实施例提供的顶管机姿态控制装置的框图；

图4是根据本申请的一个实施例提供的计算机设备的结构框图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

在下面的详细描述中，通过实例阐述了许多具体细节，以便提供对相关指导的全面了解。然而，对于本领域的技术人员来说，显然可以在没有这些细节的情况下实施本申请。在其他情况下，公知的方法、程序、系统、组成和/或电路已经在一个相对较高水平上被描述，没有细节，以避免不必要的模糊本申请的方面。

本申请中使用流程图说明根据本申请的实施例的系统所执行的执行过程。应当明确理解的是，流程图的执行过程可以不按顺序执行。相反，这些执行过程可以以相反的顺序或同时执行。另外，可以将至少一个其他执行过程添加到流程图。一个或多个执行过程可以从流程图中删除。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的顶管机姿态控制系统的框图。该掘进机控制参数确定系统包括至少一个计算机设备，如终端110、网络120和服务器130。

终端110可以是存在顶管机姿态控制方法的终端，在本实施例中可以为设置在顶管机整体设备的控制中心，其终端110可以与顶管机的其他控制部件进行连接。

在本实施例中，终端110优选设置在顶管机的控制中心，即本实施例提供的顶管机姿态控制方法优先在掘进机的控制中心为终端110上进行配置。

服务器130是用于提供顶管机姿态控制方法的配置文件的后台服务器。服务器130可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器(云计算服务中心)。终端110可以通过网络120与服务器130相连。网络120可以是有线网络或无线网络。服务器130用于为终端110提供后台服务，例如，服务器130可以将待重复信息提醒的配置文件传输给终端110，由终端110完成顶管机姿态空值方法。

可选地，服务器130同时为多个终端110提供后台服务。终端110以及服务器130可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接，本申请在此不做限制。

在本实施例中，服务器130内存储有数据库，即数据库中的数据进行比对时在服务器130中进行，并且服务器130将对应的控制参数下发至终端110即控制中心，通过终端110对顶管机的执行部件进行控制。

参阅图2，其示出了本申请一个实施例提供的方法的流程图。该方法的执行主体可以是图1中的终端110，该方法可以包括以下几个步骤：

步骤210.构建姿态控制数据库。

在本实施例中，构建姿态控制数据库包括构建施工环境数据库、构建姿态数据库和构建施工数据库。

在本实施例中，姿态数据库和施工数据库和施工环境数据库呈关联关系，关联关系基于姿态特征。

针对于步骤210，包括以下多个步骤：

步骤211.构建顶管机工作仿真系统。

在本实施例中，仿真系统基于顶管机工作过程中的主要过程数据整合的系统。针对于另一实施例，顶管机的工作过程不仅包括对应的单台顶管机，还包括与顶管机联网的多个顶管机，通过多个顶管机在不同工作环境下的过程数据，增加了仿真系统的样本量，使仿真系统中的仿真参数更加丰富，使仿真过程更加逼真。

步骤212.进行仿真，将仿真过程中的顶管机的姿态数据进行保存，得到姿态数据库。

与仿真系统相对应的，本实施例中姿态数据库中的数据不仅为对应的单台顶管机的数据，还包括与顶管机联网的多个顶管机，通过多个顶管机在不同工作环境下的过程数据，增加了数据库中的数据量，使后期进行比对和判断的结果更加准确。

步骤213.构建施工环境数据库。

基于顶管仿真系统，将仿真过程中的顶管机的施工环境数据进行保存，得到施工环境数据库。

步骤214.构建施工数据库。

基于顶管机仿真系统，将仿真过程中的顶管机的施工数据进行保存，得到施工环境数据库。

在本实施例中，姿态数据库、施工环境数据库和施工数据库成关联关系。

步骤220.对顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据。

在本实施例中，实时测量数据包括：施工环境数据、实时施工数据和实时姿态数据。

在本实施例中，姿态数据包括仰俯角、水平方位角和旋转角中的至少一种。施工环境数据包括地层压力。施工数据包括顶管机的顶进力、开挖舱的压力、顶进速度及顶进距离中的任意一种。

针对于测量方法，包括以下步骤：

步骤221.在顶管机1背离顶管的一侧贴设多个反射片，测量顶管机的姿态数据。

在本实施例中，多个反射片分成三组，包括第一组、第二组以及第三组，其中第一组用于测量顶管机顶进的扭转角，第二组用于测量顶管机顶进的仰俯角，第三组用于测量顶管机顶进的高程、里程。

在另一实施例中，第一组包括至少两个反射片，两个反射片用于测量顶管机顶进的扭转角，用于测量顶管机顶进的扭转角的两个反射片沿着顶管机的一定方向间隔设置。

在一些实施例中，第一组可包括多个反射片，多个反射片沿着一定方向设置；通过设置多个放射片，分别对其中任以两个反射片进行测量，由此，将提高了对顶管机顶进的扭转角测量的准确性。

在一些实施例中，反射片呈圆形；通过设置圆形的反射片，由此，将反射片看作一个点，便于对反射片的坐标进行测量。通过设置在始发井内的全站仪对顶管机顶进的高程、里程、轴线偏差、仰俯角以及扭转角进行测量。

步骤222.根据监测模块的监测数据，获取顶管机的实时顶进力、实时开挖舱的压力、顶管机的实时顶进速度及顶进距离。

针对获取后的施工环境数据、实时施工数据和实时姿态数据与姿态数据库进行比对，包括以下步骤：

步骤223.基于测量到的施工环境数据与施工环境数据库进行比对，确定施工环境基准。

在本实施例中，针对于比对结果基于第一规则进行施工环境基准数据的确定。具体为，判断施工环境数据库内是否包含有测量到的施工环境数据，若判断结果为否，基于阈值确定阈值范围内最接近测量到的施工华金数据的数据库内的施工环境数据，确定后的施工环境数据为施工环境基准数据。

步骤224.基于施工环境基准，确定施工数据库。

因为施工环境数据与施工数据库呈关联关系，既可以基于施工环境基准确定对应的施工数据库中的施工基准数据。

步骤225.基于施工环境基准，确定姿态数据库。

因为施工环境数据与姿态数据库呈关联关系，既可以基于施工环境基准确定对应的姿态数据库中的姿态基准数据。

步骤226.将获取的施工数据以及姿态数据与所述施工数据库与所述姿态数据库进行比对，判断是否产生偏差。

将确定后的施工基准数据和姿态基准数据与获得的实时施工数据和实时姿态数据进行比对，确定是否具有偏差，如有偏差。

步骤230.基于判断结果确定最后控制参数。

基于偏差，确定控制参数，从而实现对于顶管机姿态的控制。

步骤240.基于控制参数对顶管机姿态进行纠偏。

在本实施例中，纠偏处理是将对应的控制参数下发至终端110，通过终端进行对顶管机的执行部件的控制，从而使顶管机的姿态偏差进行纠正。

参阅图3，其示出了本申请一个实施例提供的顶管机姿态控制装置300，包括：姿态数据库构建模块310、测量模块320、最优控制参数确定模块330和纠偏模块340。

在本实施例中，姿态数据库构建模块310，用于构建姿态控制数据库。

测量模块320，用于对所述顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据。

最优控制参数确定模块330，用于将所述测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数。

纠偏模块340，用于基于所述最优控制参数对所述顶管机姿态进行纠偏。

请参考图4，其示出了本申请一个实施例提供的计算机设备的结构框图。该计算机设备可以是诸如多媒体播放设备、手机、平板电脑、游戏主机等电子设备。该计算机设备用于实施上述实施例中提供的顶管机姿态控制方法。具体来讲：

通常，计算机设备包括有：处理器和存储器。

处理器可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(FieldProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器还可以包括AI(ArtificialIntelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行，以实现上述方法。

在一些实施例中，计算机设备还可选包括有：外围设备接口和至少一个外围设备。处理器、存储器和外围设备接口之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口相连。具体地，外围设备包括：射频电路、显示屏、摄像头组件、音频电路、定位组件和电源中的至少一种。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集在被处理器执行时以实现上述方法。

可选地，该计算机可读存储介质可以包括：ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取记忆体)、SSD(Solid State Drives，固态硬盘)或光盘等。其中，随机存取记忆体可以包括ReRAM(Resistance Random Access Memory,电阻式随机存取记忆体)和DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器)。

本申请实施例公开的上述内容对于本领域技术人员而言是清楚完整的。应当理解，本领域技术人员基于上述公开的内容对未作解释的技术术语进行推导和分析的过程是基于本申请所记载的内容进行的，因此上述内容并不是对整体方案的创造性的评判。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可以对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定术语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同部分两次或多次提到的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的至少一个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

另外，本领域普通技术人员可以理解的是，本申请的各个方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可以被称为“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可以表现为位于至少一个计算机可读介质中的计算机产品，所述产品包括计算机可读程序编码。

此外，除非申请专利范围中明确说明，本申请所述处理元件和序列的顺序、数位字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的申请专利范围并不仅限于披露的实施例，相反，申请专利范围旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件装置实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或行动装置上安装所描述的系统。

同样应当理解的是，为了简化本申请揭示的表述，从而帮助对至少一个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法幷不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

Claims (10)

1.一种顶管机姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建姿态控制数据库；

对所述顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据；

将所述测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数；

基于所述最优控制参数对所述顶管机姿态进行纠偏。

2.根据权利要求1所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，所述构建姿态控制数据库，包括：基于施工环境数据构建对应的姿态数据和施工数据，基于多个姿态数据和多个施工数据构建姿态数据库和施工数据库；所述姿态数据库和所述施工数据库和所述施工环境数据呈关联关系；所述关联基于姿态特征。

3.根据权利要求2所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，

所述构建姿态数据库包括：

构建顶管机工作仿真系统，将仿真处理过程中的所述顶管机的姿态数据进行保存，得到姿态数据库；

所述构建施工环境数据库包括：

基于所述顶管机仿真系统，将仿真过程中的所述顶管机的施工作业环境数据进行保存，得到施工环境数据库；

所述构建施工数据库包括：

基于所述顶管机仿真系统，将仿真过程中的所述顶管机的施工数据进行保存，得到施工数据数据库；

所述姿态数据库、所述施工环境数据库和所述施工数据库呈关联关系。

4.根据权利要求3所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，所述对所述顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据，包括：

获得施工环境数据，获得实时施工数据和获得实时姿态数据。

5.根据权利要求4所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，所述姿态数据包括仰俯角、水平方位角和旋转角中的至少一种；所述施工环境数据包括地层压力；所述施工数据包括顶管机的顶进力、开挖舱的压力、顶进速度及顶进距离中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，所述获得实时姿态数据包括在顶管机背离顶管的一侧贴设至少两个反射片，设置在始发井内的全站仪对所述顶管机姿态进行测量。

7.根据权利要求1所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，将所述测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数；包括：

基于测量到的施工环境数据与所述施工环境数据库进行比对，基于第一规则确定施工环境基准；

基于所述施工环境基准，确定施工数据库以及姿态数据库；

将获取的施工数据以及姿态数据与所述施工数据库与所述姿态数据库进行比对，判断是否产生偏差；

基于判断结果确定最优控制参数。

8.根据权利要求7所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，所述第一规则包括判断所述施工环境数据库内是否包含有测量到的施工环境数据，若判断结果为否，基于阈值确定阈值范围内最接近测量到的施工环境数据的数据库内的施工环境数据，确定后的施工环境数据为施工环境基准。

9.根据权利8所述的顶管机姿态控制方法，其特征在于，基于所述最优控制参数对所述顶管机姿态进行纠偏，包括：

基于确定的施工环境基准，在对应的姿态数据库以及施工数据库中确定与所述施工环境基准对应的姿态数据和施工数据；

基于所述姿态数据和施工数据对所述顶管机姿态进行纠偏。

10.一种顶管机姿态控制装置，其特征在于，包括：

姿态数据库构建模块，用于构建姿态控制数据库；

测量模块，用于对所述顶管机姿态进行实时测量，获得测量数据；

最优控制参数确定模块，用于将所述测量数据与所述姿态控制数据库进行比对，确定是否产生偏差，基于判断结果确定最优控制参数；

纠偏模块，用于基于所述最优控制参数对所述顶管机姿态进行纠偏。

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