ES2389802A1 - Método y sistema para replanteo automático y continuo en obras de excavación/perforación de un túnel y programa de ordenador para ejecutar dicho método. - Google Patents

Método y sistema para replanteo automático y continuo en obras de excavación/perforación de un túnel y programa de ordenador para ejecutar dicho método. Download PDF

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Francisco A. MORENO DUEÑAS
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Abstract

Método y sistema para replanteo automático y continuo en obras de excavación/perforación de un túnel y programa de ordenador para ejecutar dicho método.Se propone un método para replantear sobre el frente de excavación (FE) de un túnel puntos de control representativos de la sección, recorrido y bóveda ideales del mismo. Sobre el frente de excavación se forman imágenes luminosas de marcado (IML) del perfil de túnel a excavar, proyectando luz láser sobre dicho frente; estas imágenes son calculadas y proyectadas basándose en la intersección entre una superficie mallada, modelada a partir de datos medidos, mediante escaneado láser, sobre puntos del frente de excavación (PPFE) y otra superficie mallada, modelada a partir de datos topográficos (DTP) previamente determinados a través del proyecto de excavación del túnel y que define la bóveda ideal o teórica de dicho túnel. Se proporciona un sistema (TCS) para medir, calcular y proyectar las imágenes permitiendo la ejecución del método.

Description

Método y sistema para replanteo automático y continuo en obras de excavación/perforación de un túnel y programa de ordenador para ejecutar dicho método. Ámbito y técnica anterior La invención se refiere de manera general a un método y a un sistema para el replanteo de puntos de control en obras de excavación/perforación de túneles. El replanteo es una operación necesaria en cualquier obra de construcción para trasladar sobre el terreno de la manera más fielmente posible las dimensiones y formas indicadas en el proyecto técnico de la obra. En particular en la construcción de túneles, la operación de replanteo supone la señalización de manera material de puntos de apoyo, puntos de referencia y de control de la obra tanto en la bóveda como en los hastiales y en la rasante de la excavación. La operación de replanteo implica por una parte la localización sobre el terreno de los puntos de referencia que figuran en la documentación técnica de la obra y la posterior señalización material sobre el terreno de los puntos localizados. Aunque en la actualidad se encuentran disponibles las llamadas estaciones totales robotizadas incluso con capacidad de medir a sólido, es decir sin necesidad de prismas reflectores, que permiten la identificación
automática de los puntos de referencia del proyecto y
su señalización sobre el terreno mediante un puntero
láser, la marcación de estos puntos se realiza con la
ayuda de clavos metálicos y marcas de pintura para su
5
utilización como referencias planimétricas y/o
altimétricas para la obra.
El método operativo de replanteo actualmente
utilizado, conforme se ha descrito anteriormente,
presenta numerosos inconvenientes. En efecto los
1 O
técnicos topógrafos calculan y marcan los puntos del
arco de la bóveda, lo que de manera general exige la
utilización de plataformas elevadoras, escaleras y
estructuras de andamio que deben retirarse y/o
desmontarse para efectuar la perforación, y ello de
15
manera repetitiva a medida que la excavación del túnel
progresa.
Estas tareas además de requerir intensivamente
tiempo y mano de obra especializada así como la
utilización de equipamiento auxiliar, resultan
20
potencialmente peligrosas para los operarios que deben
trabajar en altura para ejecutar materialmente las
marcas de referencia. Además, como las marcas de
pintura quedan borradas tan pronto como la maquinaria
de excavación comienza a trabajar, pueden originarse
25
sobre-excavaciones que para ser evitadas exigen la
materialización de mayor número de puntos de control y
de manera más frecuente.
Sumario de la invención
30
Partiendo del estado de la técnica precedentemente descrito, la invención se plantea como objetivo el
desarrollo de un método y un sistema de replanteo conforme se indicó en un principio que permitan solucionar los problemas planteados. La invención parte de la idea de formar sobre el frente de excavación o frente de obra imágenes de marcado del perfil de túnel a excavar mediante la proyección de luz láser sobre dicho frente de obra, siendo dichas imágenes luminosas de marcado calculadas y proyectadas basándose en datos medidos sobre puntos del frente de excavación y datos topográficos de la sección y recorrido del túnel
previamente
determinados a través del proyecto de
excavación del
túnel.
De
acuerdo con la invención este objetivo se
alcanza,
en cuanto al método se refiere, a través de
las
características indicadas en la reivindicación l.
Ventajas y objetivos adicionales del método se alcanzan a través de las características indicadas en las reivindicaciones de método dependientes.
El método conforme a la invención se caracteriza porque sobre el frente de excavación se forman imágenes de marcado del perfil de túnel a excavar mediante la proyección de luz láser sobre dicho frente de excavación, siendo dichas imágenes luminosas de marcado calculadas y proyectadas basándose en la intersección entre una superficie mallada poligonalmente, modelada a partir de datos medidos, mediante escáner láser, sobre puntos pertenecientes al frente de excavación y otra superficie también mallada poligonalmente modelada, a partir de los datos topográficos del proyecto de excavación y que define la bóveda teórica o ideal del túnel.
Según una característica adicional de la
invención, dicho método comprende etapas de:
-medición, mediante escáner láser, del frente de
excavación para obtener un conjunto denso de puntos
5
pertenecientes a dicho frente de excavación, estando
expresado dicho conjunto denso de puntos mediante un
primer conjunto de datos referidos a un sistema
referencia de medición con origen en un punto de
medición;
1 O
adquisición de dicho primer conjunto de datos
obtenido en la etapa de medición;
lectura desde un fichero de los datos
topográficos del proyecto representativos del perfil y
recorrido ideales del túnel;
15
-transformación de dichos datos topográficos del
proyecto leídos al sistema de referencia de medición
para obtener un segundo conjunto de datos
transformados;
combinación del primer conjunto de datos
20
relativo a los puntos pertenecientes al frente de
excavación obtenido en la etapa de medición con el
segundo conjunto de datos relativos a los datos
topográficos del proyecto obtenido en la etapa de
transformación, para obtener la intersección entre una
25
superficie mallada poligonalmente, modelada a partir de
dicho primer conjunto datos y otra superficie también
mallada poligonalmente, modelada a partir de dicho
segundo conjunto de datos;
desde un punto de proyección origen de un
30
sistema de referencia de proyección, proyectar sobre el
frente de excavación haces coherentes de luz láser para
formar sobre dicho frente de excavación imágenes
luminosas de marcado representativas del perfil a excavar, siendo controlada la proyección de los haces de luz láser por información de control generada en una etapa de generación a partir de los datos resultantes de la citada intersección previamente transformados al sistema de referencia de proyección en una etapa de transformación adicional.
De acuerdo con una característica adicional de la invención resulta ventajoso que el mallado poligonal sea un mallado triangular.
Aún de acuerdo con una característica adicional de la invención el método incluye una etapa posicionamiento relativo de los sistemas de referencia de medición y proyección.
Conforme con otra característica adicional de la invención resulta ventajoso llevar a cabo la etapa de
posicionamiento
mediante técnicas de calibración de
cámaras
de visión por computador.
También
de acuerdo con una característica
adicional
de la invención la etapa de posicionamiento
se realiza mediante proyección de patrones de luz sobre puntos previamente levantados y aplicando técnicas de calibración de cámaras de visión por computador.
Además, de acuerdo con una característica adicional de la invención la imagen luminosa de marcado se proporciona como un arco o conjunto de puntos más o menos denso que bordea el exterior del túnel.
También de acuerdo con una característica adicional de la invención la imagen luminosa de marcado puede incluir información adicional contenida en los datos topográficos del proyecto de excavación del túnel.
Además de acuerdo con una característica adicional
de la invención la información adicional incluida en la
imagen luminosa de marcado puede ser el punto
kilométrico de la excavación.
5
Aún de acuerdo con una característica adicional de
la invención la imagen luminosa de marcado se forma con
zonas de coloración diversa para indicar las
diferencias de posición entre puntos pertenecientes al
frente de excavación y puntos de control del perfil a
1 O
excavar.
Otro objetivo de la invención es un sistema que
permita ejecutar el método para replanteo automático en
obras de excavación/perforación de un túnel. Este
objetivo se alcanza a través de las características
15
indicadas en la reivindicación independiente 11; otras
ventajas y objetivos adicionales del sistema se
alcanzan a través de las características indicadas en
las reivindicaciones de sistema dependientes.
Conforme a la invención este sistema se
20
caracteriza por que comprende:
un subsistema de medición láser que mediante
escaneado láser del frente de excavación permite
obtener un conjunto denso de puntos pertenecientes a
dicho frente de excavación, estando expresado dicho
25
conjunto denso de puntos mediante un primer conjunto de
datos referidos a un sistema referencia de medición con
origen en un punto de medición;
-un subsistema de marcado continuo incluyendo un
proyector láser que desde un punto de proyección origen
30
de un sistema de referencia de proyección permite
proyectar de manera continua sobre el frente de
excavación una luz láser y formar sobre dicho frente de
excavación imágenes luminosas de marcado representativas del perfil de túnel a excavar; y un subsistema de control y procesamiento que comprende:
medios de adquisición para adquirir el primer conjunto de datos de puntos pertenecientes a dicho frente de excavación obtenidos a través del sistema de medición láser;
-
medios de lectura para leer desde un fichero los datos topográficos del proyecto de excavación de dicho túnel;
medios de transformación para transformar al sistema de referencia de medición dichos datos topográficos del proyecto leídos, para así obtener un segundo conjunto de datos transformados;
medios de combinación para combinar el primer conjunto de datos relativo a los puntos pertenecientes al frente de excavación obtenido con el subsistema de medición láser con el segundo conjunto de datos relativo a los datos topográficos del proyecto obtenido por los medios de transformación, para obtener la
intersección
entre una superficie mallada
poligonalmente,
modelada a partir de dicho primer
conjunto
de datos y otra superficie también mallada
poligonalmente,
modelada a partir de dicho segundo
conjunto
de datos;
medios de transformación adicionales para transformar al sistema de referencia del subsistema de marcado los datos de dicha intersección; y
-medios de generación para generar información de control para el subsistema de marcado continuo a partir de los datos de dicha intersección transformados por
los medios de transformación adicionales, estando dicha información de control adaptada para control del proyector láser del subsistema de marcado continuo permitiendo así la proyección mediante dicho proyector láser de las imágenes luminosas de marcado.
De acuerdo con una característica adicional de la de la invención el subsistema de medición láser incluye un escáner que está montado para desplazarse con la ayuda de un dispositivo de motorización, ambos
controlados
por el subsistema de control y
procesamiento
para el barrido de la totalidad del
frente
de excavación.
También de conformidad con una característica adicional de la invención el escáner es un escáner de barrido radial, siendo el dispositivo de motorización una unidad giratoria dispuesta para mover verticalmente el escáner y así realizar el barrido de la totalidad del frente de excavación.
Aún de acuerdo con una característica adicional de la invención el subsistema de medición láser y el subsistema de marcado continuo están montados sobre una estructura fija.
Además de acuerdo con una característica adicional de la invención el subsistema de control y procesamiento se implementa como un ordenador de abordo.
Aún de acuerdo con una característica adicional de la invención el ordenador de abordo está previsto con capacidad de conexión inalámbrica para formar una red de comunicaciones inalámbricas con equipos de usuario remotos.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención resultarán más claramente de la descripción que sigue realizada con la ayuda de los dibujos anexos, referidos a un ejemplo de ejecución no limitativo y en los que:
La figura 1 muestra un esquema de principio de un sistema para replanteo automático y continuo en obras de excavación de un túnel conforme a la invención.
La figura 2A es un detalle parcial del subsistema de medición láser, mostrando su escáner y su dispositivo de motorización.
La figura 2B ilustra un esquema del barrido del frente de excavación efectuado por medio del subsistema de medición láser de la figura 2B.
La figura 3 muestra de manera esquemática el subsistema de marcado continuo proyectando una imagen luminosa sobre el frente de excavación.
Las figuras 4A y 4B muestran respectivos detalles de los subsistemas de medición láser y de marcado continuo montados sobre una estructura de bastidor.
La figura 5 muestra un esquema del sistema de replanteo mostrando los bloques funcionales incluidos en el subsistema de control y procesamiento.
La figura 6 ilustra un esquema de red de comunicaciones inalámbricas para conexión remota de equipos de usuario con un sistema de replanteo conforme a la invención.
La figura 7 muestra un diagrama de tareas del método de replanteo conforme a la invención. La figura 8 ilustra de manera esquemática la intersección de una superficie mallada, modelada a
partir de los puntos medidos por el subsistema de medición y otra superficie mallada, modelada con el perfil ideal del túnel contenido en los datos
topográficos
del proyecto de excavación.
La
figura 9 muestra de manera esquemática el
posicionamiento
del sistema de replanteo sobre un
frente
de excavación de un túnel.
Descripción detallada de una realización preferida
Como se muestra de manera esquemática en la figura 1, el sistema de replanteo designado en general como TCS (acrónimo de la expresión en lengua inglesa "TUNNEL CONTINOUS SETOUT"), consta de un subsistema de medición láser SML para obtener datos de puntos del frente de excavación mediante escáner láser, un sistema de marcado continuo SMC para marcar el perfil de excavación mediante proyección de luz láser sobre el frente de excavación y un subsistema de control y procesamiento SCP para leer los datos topográficos del proyecto de excavación DTP contenidos en un fichero FI, realizar cálculos topográficos, procesar las medidas obtenidas a través del SML y para generar información de control IC para el subsistema de marcado continuo SMC.
Conforme se muestra en la figura 2A, el subsistema de medición láser SML incluye un escáner de medición láser ES previsto como escáner de barrido radial que está montado para moverse verticalmente con la ayuda de un dispositivo de motorización DM previsto como una unidad giratoria, ambos controlados por el subsistema de control y procesamiento SCP.
Como se muestra de manera esquemática en la figura 2B el escáner láser ES realiza un escaneo horizontal del frente de excavación FE, aquí representado de manera simplificada como un plano, y mediante la unidad giratoria DM dicho escáner ES puede desplazarse verticalmente y así realizar el barrido de la totalidad del frente de excavación FE.
Considerando valores típicos de equipos disponibles en el mercado, por ejemplo un escáner con una resolución angular de 0,25° se conseguirían medidas puntuales del frente de excavación de 13 cm correspondientes a la apertura a del haz láser para una
distancia
d entre el dispositivo de medición y el
frente
de excavación del orden de 30 m, siendo
calculada dicha
apertura mediante la expresión:
a-d*tan(0,25) [ 1 J
También mediante una unidad giratoria disponible en el mercado es posible desplazar el escáner de medición láser para realizar barridos transversales del frente de excavación con resoluciones elevadas, por ejemplo de 0,1°, de esta manera y considerando de nuevo la expresión [1] pueden realizarse escaneos verticales espaciados verticalmente 5 cm para una distancia d entre el dispositivo de medición y el frente de excavación del orden de 30 m. De esta manera, para un frente de excavación típico de 12 m de altura es posible la medición de un altísimo volumen datos sobre puntos pertenecientes al frente de excavación PPFE, por así decir una nube o conjunto denso de puntos.
Debe mencionarse que en la figura 2B la separación horizontal y vertical entre los puntos escaneados por el subsistema de medición láser SML se indican como flechas de doble sentido.
Adicionalmente en la figura 2B se indica un punto de medición Oe que constituye el origen de un sistema de referencia de medición SRM para el subsistema de medición láser SML y respecto del cual se expresan los datos del conjunto denso de puntos pertenecientes al frente de excavación PPFE que han sido medidos.
Como se muestra en la figura 3, el subsistema de marcado continuo SMC consta de un proyector láser PYL no mostrado en detalle que como se ha mencionado permite proyectar sobre el frente de excavación FE haces de luz coherente, para formar sobre dicho frente de excavación la imagen de marcado IML representativa del perfil a excavar tal y como será explicado en detalle más adelante. También puede verse que en esta figura 3 se indica un punto de proyección Op que constituye el origen de un sistema de referencia de proyección SRP para el subsistema de marcado continuo SMC.
En el mercado existen proyectores de luz láser muy versátiles que permiten controlar la potencia del láser imprescindible para su ajuste a las condiciones de baja luminosidad de un túnel que se está excavando y que tienen dispositivos de seguridad para prevenir efectos
dañinos
por efectos de la radiación láser sobre el
personal
de obra presente en la excavación. Se ha
encontrado
que a los propósitos de la invención es
especialmente adecuado un proyector láser
monocromático, por ejemplo de luz verde con una
potencia de 4,5 a 5 W.
Como puede verse a través de las figuras 4A a 4B
el subsistema de medición láser SML y el subsistema de
5
marcado continuo SMC se montan sobre una estructura
fija EF en forma de bastidor que soporta adicionalmente
un módulo para dispositivos eléctricos y electrónicos
MDE tales como fuentes de alimentación eléctrica,
sistemas de protección, enrutador WIFI y otros.
1 O
Haciendo ahora referencia al diagrama de bloques
funcionales de la figura 5, puede verse que el
subsistema de control y procesamiento SCP incluye unos
medios de adquisición 1 que permiten adquirir el primer
conjunto de datos CDl de puntos pertenecientes a dicho
15
frente de excavación PPFE obtenidos a través del
sistema de medición láser SML. Adicionalmente dicho
subsistema de control y procesamiento SCP incluye unos
medios de lectura 2 que permiten leer desde un fichero
FI los datos topográficos DTP del proyecto de
20
excavación de dicho túnel; y unos medios de
transformación 3 que permiten transformar al sistema de
referencia de medición SRM dichos datos topográficos
del proyecto leídos, para así obtener un segundo
conjunto de datos transformados CD2.
25
También puede verse que el subsistema de control y
procesamiento SCP incluye unos medios de combinación 4
que permiten combinar el primer conjunto de datos CDl
relativo a los puntos pertenecientes al frente de
excavación PPFE obtenido con el subsistema de medición
30
láser SML con el segundo conjunto de datos CD2 relativo
a los datos topográficos del proyecto obtenido por los
medios de transformación 3, para obtener la
intersección entre una superficie mallada
poligonalmente, modelada a partir de dicho primer
conjunto de datos CDl y otra superficie también mallada
poligonalmente, modelada a partir de dicho segundo
5
conjunto de datos CD2.
Adicionalmente en el subsistema de control y
procesamiento SCP están previstos unos medios de
transformación adicionales 5 que permiten transformar
al sistema de referencia SRP del subsistema de marcado
1 O
continuo SMC los datos de dicha intersección; y unos
medios de generación 6 que permiten generar información
de control IC para el subsistema de marcado continuo
SMC a partir de los datos de dicha intersección
transformados por los medios de transformación
15
adicionales 5 .
La información de control IC está adaptada para
controlar el proyector láser PYL del subsistema de
marcado continuo SMC, permitiendo la proyección
mediante dicho proyector láser PYL de las imágenes
20
luminosas de marcado ILM.
Como será comprendido por las personas versadas en
el arte, las mencionadas funcionalidades del subsistema
de control y procesamiento SCP pueden implementarse en
un ordenador de abordo, pudiendo ejecutarse los
25
diferentes medios operativos relatados mediante
hardware o software.
Haciendo referencia a la figura 6 el ordenador de
abordo puede estar previsto con capacidad de conexión
inalámbrica, de esta manera es posible formar una red
30
de comunicaciones inalámbricas RCI con equipos de
usuario EU remotos para permitir el acceso y control
remotos del sistema de replanteo de túneles TCS.
Haciendo ahora referencia al diagrama de tareas
mostrado en la figura 7 puede verse que el método para replanteo automático y continuo tiene un desarrollo conforme a lo siguiente:
en una etapa de medición 11, mediante escáner láser, realizar una medición del frente de excavación para obtener un conjunto denso de puntos pertenecientes al frente de excavación PPFE, expresándose dicho conjunto denso de puntos mediante un primer conjunto de datos CD1 referidos a un sistema referencia de medición SRM con origen en un punto de medición Oe;
en una etapa de adquisición 12 adquirir dicho
primer
conjunto de datos obtenido en la etapa de
medición;
en
una etapa de lectura 13, leer desde un
fichero
FI de los datos topográficos del proyecto DTP
representativos
del perfil y recorrido ideales del
túnel
y por ende de su bóveda ideal o teórica;
-
en una etapa de transformación 14, transformar dichos datos topográficos DTP del proyecto leídos al sistema de referencia de medición SRM para obtener un segundo conjunto de datos transformados CD2;
en una etapa de combinación 15, combinar el primer conjunto de datos CD1 relativo a los puntos pertenecientes al frente de excavación PPFE obtenido en la etapa de medición con el segundo conjunto de datos relativos a los datos topográficos del proyecto obtenido en la etapa de transformación 14, para obtener la intersección entre una superficie mallada poligonalmente, modelada a partir de dicho primer conjunto de datos y otra superficie también mallada
poligonalmente, modelada a partir de dicho segundo
conjunto de datos;
desde un punto de proyección Op origen de un
sistema de referencia de proyección SRP, en una etapa
5
de proyección 108, proyectar sobre el frente de
excavación FE haces coherentes de luz láser para formar
sobre dicho frente de excavación imágenes luminosas de
marcado ILM representativas del perfil a excavar,
siendo controlada la proyección de los haces de luz
1 O
láser por información de control IC generada en una
etapa de generación 107 a partir de los datos
resultantes de la citada la intersección previamente
transformados al sistema de referencia de proyección
SRP en una etapa de transformación adicional 106.
15
Como se ha indicado previamente y como se
representa esquemáticamente en la figura 8 conforme al
método de la invención el conjunto denso de puntos
obtenido en la etapa de medición y el perfil ideal del
túnel se modelan como respectivas superficies malladas
20
poligonalmente, por ejemplo triangularmente de cuya
intersección resulta una lista de segmentos unidos de
manera que la imagen luminosa de marcado ILM es un arco
o un pluralidad de puntos más o menos densa que bordea
el exterior del túnel. Adicionalmente esta imagen
25
luminosa de marcado IML puede incluir información
adicional contenida en los datos topográficos DTP del
proyecto de excavación del túnel, tal como por ejemplo
un punto kilométrico de la excavación.
Aún cuando no se representa, conforme al método de
30
la invención la imagen luminosa de marcado IML puede
formarse con zonas de coloración diversa para indicar
las diferencias de posición entre puntos pertenecientes
al frente de excavación PPFE y puntos de control
predeterminados del proyecto de excavación del túnel.
Debe mencionarse adicionalmente que el método
incluye una etapa de posicionamiento para el
5
posicionamiento relativo de los sistemas de referencia
de medición SRM y de proyección SRP. Puesto que estos
sistemas de referencia SRM y SRP tienen origen en
respectivos puntos de medición Oe y de proyección Op
diferentes, su posición y orientación relativa debe ser
1 O
calibrada, pero solamente una vez dado que después se
fijan cuando el subsistema de medición láser SML y el
subsistema de marcado continuo SMC se fijan en la
estructura EF.
Esta etapa de posicionamiento, es decir la
15
posición y orientación tridimensional del conjunto
sistema-de-medición/sistema-de-proyección SRM-SRP, se
lleva a cabo mediante proyección de puntos de control
sobre el frente de excavación que son levantados
topográficamente mediante estaciones de medición sin
20
prisma. Una vez conocidas estas coordenadas absolutas
para un número suficiente de puntos de control, y
mediante algoritmos que ajustan el modelo de proyección
a estas coordenadas absolutas, se determinan los 6
grados de libertad del conjunto subsistema de medición
25
láser SML-Subsistema de marcado continuo SMC, esto es,
3 posiciones y 3 ángulos de orientación y todo de
manera similar a la técnicas de calibración de cámaras
en visión por computador que no se describen aquí de
manera detallada.
30
Como resultará fácilmente comprendido por las
personas versadas en el arte, lo anteriormente descrito
es meramente ilustrativo de un modo de realización
preferido
de la invención de modo que son posibles
modificaciones
técnicas de toda índole, sin por ello
apartarse
del alcance de las siguientes
reivindicaciones.
LISTADO DE REFERENCIAS:
TCS:
Sistema de replanteo continuo;
SML:
Subsistema de medición láser;
ES:
Escáner de SML;
DM:
Dispositivo motorización de SML;
SRM:
Sistema referencia de medición;
Oe:
Punto origen de medición;
SMC:
Subsistema de marcado continuo;
PYL:
Proyector del SMC;
SRP:
Sistema de referencia de proyección;
Op:
Punto origen de proyección;
IC:
Información control PYL;
FE:
Frente de excavación;
PPFE:
Puntos pertenecientes a frente excavación;
DTP:
Datos topográficos proyecto de excavación;
FI:
Fichero DTP;
CD1:
Datos adquiridos por SML;
CD2:
Datos DTP transformados;
ILM:
Imagen luminosa de marcado;
RCI:
Red de comunicaciones inalámbricas;
EU:
Equipo de usuario;
1 :
Medios de adquisición datos desde SML;
2:
Medios de lectura de DTP;
3 :
Medios de transformación de DTP;
4 :
Medios de combinación-intersección;
5 :
Medios de transformación datos intersección
6:
Medios de generación de IC;
1 1 :
Etapa de medición por SML;
12:
Etapa de adquisición datos medidos por SML;
13:
Etapa de lectura FI;
14:
Etapa de transformación de DTP;
15: Etapa de combinación;
1 6 : Etapa de transformación adicional;
17: Etapa de generación;
18: Etapa de proyección.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Método para replanteo automático y continuo en
    obras de excavación/perforación de un túnel para
    5
    replantear sobre el frente de excavación (FE) puntos de
    control representativos de la sección, recorrido y
    bóveda ideales o teóricos del túnel predeterminados a
    través de los datos topográficos (DTP) de un proyecto
    de excavación de dicho túnel, en el que sobre el frente
    1 O
    de excavación se forman imágenes de marcado ( IML) del
    perfil de túnel a excavar mediante la proyección de luz
    láser sobre dicho frente de excavación, siendo dichas
    imágenes luminosas de marcado calculadas y proyectadas
    basándose en la intersección entre una superficie
    15
    mallada poligonalmente, modelada a partir de datos
    medidos, mediante escáner láser, sobre puntos
    pertenecientes al frente de excavación (PPFE) y otra
    superficie mallada poligonalmente, modelada a partir de
    los datos topográficos (DTP) previamente determinados a
    20
    través del proyecto de excavación del túnel y que
    define la bóveda ideal o teórica de dicho túnel.
  2. 2.-Método de acuerdo con la reivindicación 1
    caracterizado por que comprende etapas de:
    medición (11), mediante escáner láser, del
    25
    frente de excavación para obtener un conjunto denso de
    puntos pertenecientes a dicho frente de excavación
    (PPFE), estando expresado dicho conjunto denso de
    puntos mediante un primer conjunto de datos (CDl)
    referidos a un sistema referencia de medición (SRM) con
    30
    origen en un punto de medición (Oe);
    adquisición (12) de dicho primer conjunto de
    datos obtenido en la etapa de medición;
    -
    lectura (13) desde un fichero (FI) de los datos
    topográficos del proyecto (DTP) representativos del perfil y recorrido ideales del túnel;
    -
    transformación (14) de dichos datos topográficos
    (DTP) del proyecto leídos al sistema de referencia de medición (SRM) para obtener un segundo conjunto de datos transformados (CD2);
    -
    combinación (15) del primer conjunto de datos
    (CD1) relativo a los puntos pertenecientes al frente de excavación (PPFE) obtenido en la etapa de medición con el segundo conjunto de datos (CD2) relativo a los datos topográficos del proyecto obtenido en la etapa de transformación (14), para obtener la intersección entre una superficie mallada poligonalmente, modelada a partir de dicho primer conjunto de datos (CD1) y otra superficie también mallada poligonalmente, modelada a partir de dicho segundo conjunto de datos (CD2);
    -
    desde un punto de proyección (Op) origen de un sistema de referencia de proyección (SRP), proyectar
    (18) sobre el frente de excavación (FE) haces coherentes de luz láser para formar sobre dicho frente de excavación imágenes luminosas de marcado (ILM) representativas del perfil a excavar, siendo controlada la proyección de los haces de luz láser por información de control (IC) generada en una etapa de generación
    (17)
    a partir de los datos resultantes de la citada la
    intersección
    previamente transformados al sistema de
    referencia
    de proyección ( SRP) en una etapa de
    transformación
    adicional (16)
  3. 3.
    Método de acuerdo con las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el mallado poligonal es de preferencia un mallado triangular.
  4. 4.
    Método de acuerdo las reivindicaciones precedentes caracterizado por que incluye una etapa de posicionamiento para posicionamiento relativo de los sistemas de referencia de medición y proyección (SRM, SRP)
  5. 5.
    Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que la etapa de posicionamiento se lleva a cabo mediante técnicas de calibración de cámaras de visión por computador.
  6. 6.
    Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que la etapa de posicionamiento se realiza mediante proyección de patrones de luz sobre puntos previamente levantados y aplicando técnicas de calibración de cámaras de visión por computador.
  7. 7.
    Método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la imagen luminosa de marcado (IML) es un arco continuo o secuencia de puntos que bordea el exterior del túnel.
  8. 8.
    Método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que la imagen luminosa de marcado (IML) incluye información adicional contenida en los datos topográficos (DTP) del proyecto de excavación del túnel.
  9. 9.
    Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la información adicional incluida en la imagen luminosa de marcado es un punto kilométrico de la excavación.
    1O. Método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 7 a 9 caracterizado por que la imagen luminosa de marcado se forma con zonas de coloración diversa para indicar las diferencias de posición entre
    puntos pertenecientes al frente de excavación (PPFE) y
    puntos de control del perfil a excavar.
  10. 11. Sistema para replanteo automático en obras de excavación/perforación de un túnel para ejecutar el método conforme a las reivindicaciones 1 a 1O caracterizado dicho sistema (TCS) por que comprende:
    un subsistema de medición láser (SML) que mediante escaneado láser del frente de excavación permite obtener un conjunto denso de puntos pertenecientes a dicho frente de excavación (PPFE), expresándose dicho conjunto denso de puntos mediante un primer conjunto de datos (CD1) referidos a un sistema
    referencia
    de medición (SRM) con origen en un punto de
    medición
    (Oe);
    un
    subsistema de marcado continuo (SMC)
    incluyendo un proyector láser (PYL) que desde un punto de proyección (Op) origen de un sistema de referencia de proyección ( SRP) permite proyectar de manera continua sobre el frente de excavación una luz láser y formar sobre dicho frente de excavación imágenes luminosas de marcado (ILM) representativas del perfil de túnel a excavar; y
    -
    un subsistema de control y procesamiento (SCP) que comprende:
    medios de adquisición (1) para adquirir el primer conjunto de datos (CD1) de puntos pertenecientes a dicho frente de excavación (PPFE) obtenidos a través del sistema de medición láser (SML);
    -medios de lectura (2) para leer desde un fichero (FI) los datos topográficos (DTP) del proyecto de excavación de dicho túnel;
    -medios de transformación (3) para transformar al
    sistema de referencia de medición (SRM) dichos datos
    topográficos del proyecto leídos, para así obtener un
    segundo conjunto de datos transformados (CD2);
    5
    medios de combinación (4) para combinar el
    primer conjunto de datos (CD1) relativo a los puntos
    pertenecientes al frente de excavación (PPFE) obtenido
    con el subsistema de medición láser con el segundo
    conjunto de datos (CD2) relativo a los datos
    1 O
    topográficos del proyecto obtenido por los medios de
    transformación (3), para obtener la intersección entre
    una superficie mallada poligonalmente, modelada a
    partir de dicho primer conjunto de datos (CD1) y otra
    malla superficie también mallada poligonalmente,
    15
    modelada a partir de dicho segundo conjunto de datos
    (CD2) ;
    medios de transformación adicionales (5) para
    transformar al sistema de referencia de proyección
    (SRP) del subsistema de marcado continuo (SMC) los
    20
    datos de dicha intersección; y
    medios de generación (6) para generar
    información de control (IC) para el subsistema de
    marcado continuo (SMC) a partir de los datos de dicha
    intersección transformados por los medios de
    25
    transformación adicionales (5), estando dicha
    información de control adaptada para control del
    proyector láser (PYL) del subsistema de marcado
    continua (SMC) permitiendo así la proyección mediante
    dicho proyector láser (PYL) de las imágenes luminosas
    30
    de marcado ( ILM)
  11. 12. Sistema de acuerdo con la reivindicación 11
    caracterizado por que el subsistema de medición láser
    (SML) incluye un escáner (ES) que está montado para desplazarse sobre un dispositivo de motorización (DM) ambos controlados por el subsistema de control y procesamiento (SCP) para el barrido de la totalidad del
    5 frente de excavación (FE) .
  12. 13. Sistema de acuerdo con la reivindicación 12 caracterizado por que el escáner (ES) es un escáner de barrido radial, siendo el dispositivo de motorización
    (DM) una unidad giratoria dispuesta para mover 1 O verticalmente el escáner y así realizar el barrido de la totalidad del frente de excavación (FE)
  13. 14. Sistema de acuerdo al menos una de las reivindicaciones 11 a 13 caracterizado porque el subsistema de medición láser (SML) y el subsistema de
    15 marcado continuo (SMC) están montados sobre una estructura fija (EF).
  14. 15. Sistema de acuerdo con la reivindicación 14 caracterizado porque la estructura fija (EF) lleva montados prismas reflectores (PR) que permiten el
    20 posicionamiento mediante técnicas topográficas.
  15. 16. Sistema de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado porque el subsistema de control y procesamiento (SCP) se implementa como un ordenador de abordo.
    25 17. Sistema de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que el ordenador de abordo está previsto con capacidad de conexión inalámbrica para formar una red de comunicaciones inalámbricas (RCI) con equipos de usuario (EU) remotos.
    30 18. Programa de ordenador que comprende instrucciones de código de programa para la ejecución de al menos una de las etapas del método de acuerdo las
    reivindicaciones 1 a 10, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.
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WO2019091981A1 (fr) 2017-11-13 2019-05-16 Dodin Campenon Bernard Procede de controle et/ou de guidage de la realisation d'une excavation
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