隧道衬砌台车快速定位系统研究

余振华

摘 要：随着科学技术的飞速发展，定位测量技术的发展也极为迅速，尤其是在隧道施工中的应用，更是发挥出其自身的优势。隧道衬砌台车快速定位系统综合图像处理技术、激光测距技术、无线通信技术等，并根据施工现场实际情况输入相关参数值，以及在自动化技术的支持下，大大缩减了隧道衬砌台车的定位时间，是隧道施工定位测量不可缺少的辅助工具。

关键词：隧道 衬砌台车 快速定位系统

中图分类号：T455 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（b）-0092-02

近些年来，隧道衬砌台车快速定位系统被广泛应用到隧道施工中，其具有高效率、自动化、高精度的优势，深受人们青睐，与传统随动定位测量相比，不仅大大缩减了工作时间，同时也降低了劳动强度，以下主要针对隧道衬砌台车快速定位系统展开研究。

1 隧道衬砌台车快速定位系统工作原理

衬砌台车被广泛应用到隧道工程施工中，主要用于测量定位，具体工作原理如下：首先以隧道内的已知点作为快速定位的控制点，并在此架设高分辨率长焦数字相机以及激光测距仪等[1]。其次在衬砌台车上固定反光片，将其作为激光测距仪使用中的激光反射靶，将激光测距仪所测量的数据信息以及相机成像相关数据信息传入工控机，由工控机对这些数据进行分析和处理，进而得到定位点的数据，得出位置的偏移量。最后再将这些数据传送至系统终端，操作人员可根据这些数据对台车进行准确定位。在自动化技术飞速发展的今天，隧道衬砌台车快速定位系统工作过程中的测量、液控、分析、定位以及误差校核等全部过程都是自动完成，一方面节省了大量的人力，另一方面自动化也能有效避免以往人工定位、测量、计算出现的偏差，进一步提高定位的准确性。

2 隧道衬砌台车快速定位系统关键技术分析

众所周知，隧道衬砌台车快速定位系统实施的过程中，需要进行数据传输，才能实现对整个系统操作的控制，其中最关键的技术则是无线网络控制技术、交互操作技术等[2]。隧道衬砌台车快速定位系统实施过程中，会对平面图像的高精度进行分析，而其中的数字图像处理技术则是必不可少的，图像处理通过滤波、边缘提取以及中心定位等，最后会将这些信息传入到系统控制台中，而这个传输过程则是充分利用无线网络控制技术、传输信息的控制、传输对象的控制、传输时间的控制等，任何一项传输环节出现偏差都将影响隧道衬砌台车快速定位系统的整体定位测量效果。

现今所使用的隧道衬砌台车定位操作系统中的软件算法是经过优化后，与传统的操作系统相比，当前的软件算法能够为系统提供简单直观的输入界面，更便于参数的输入。另外，在隧道施工中，应工程要求，需要多次移动定位仪器，在该系统支持下，更便于移动位置后的重新定位，尤其是对有坡度隧道、曲线隧道施工地形中的测量优势更大。隧道衬砌台车快速定位系统运行主要通过无线通信协议来先对工程测量的控制以及定位计算分析结果数据信息的显示和传输。操作人员在隧道内通过手持终端接收相关数据，即可实现对台车位置的测量控制，以及對测量结果的显示和输出，相比于传统的隧道定位系统，不会受到隧道内部空间位置以及周围环境因素的影响，再加上操作简单、易上手，在没有专业测量人员的情况下即可顺利完成测量定位系统的测量操作等相关工作，为隧道工程顺利施工提供可靠的依据。

3 隧道衬砌台车快速定位系统构成

隧道衬砌台车快速定位系统主要由硬件和软件构成，以下主要针对系统构成的硬件和软件进行详细分析。

3.1 硬件构成

隧道衬砌台车快速定位系统的硬件主要由传感器部分、定位测量终端、工控机部分以及电光源系统4部分组成。其中传感器部分主要由镜头、工业相机、激光测距仪等结构组成，在整个定位系统运行中主要负责测量图像的抓取以及激光测距工作，并将这些收集的数据信息传输到工控机，再由工控机对这些数据信息进行处理。

定位测量终端部分主要由显示屏、继电器控制器、无线通讯模块等部分组成，该部分主要负责利用无线通信模块将系统需要执行的命令发送到工控机，以及接收来自工控机的数据等，而该结构中的继电器控制器则需要控制点光源，并实现定位控制终端和液压以及实现将各控制系统连接到一个整体的控制系统，不仅实现了对液压阀动作的控制，更便于对快速定位系统的控制和操作，进而保证隧道衬砌台车快速定位系统运行的稳定性、可靠性。

工控机部分主要由显示器、主机、无线通信模块组成，该部分的主要任务是通过无线通信模块接收系统命令，实现对传感器的控制，并通过接收传感器传来的相关数据，达到计算台车模板的偏离数据，再通过无线通信方式将这些数据发送到定位控制终端，实现对台车的定位，为隧道施工提供可靠的位置信息。

3.2 软件构成

隧道衬砌台车快速定位系统软件主要由人机交互系统组成，利用VC++开发平台研发而成，具有系统误差校准的能力，进一步提高隧道衬砌台车快速定位系统定位的精准性、可靠性、稳定性。由于每个隧道工程环境不同、施工要求不同，因此，在系统软件运行开始之后，首先要输入初始值，再对其进行校正测量，由系统对测量数据进行分析是否存在偏差，如果有偏差需要进行调整，直到无偏移位置，最终实现台车定位（如图1所示）。

4 结语

综上所述，隧道施工数量不断增加的情况下，对隧道施工定位测量工作质量要求越来越高，为满足施工需求，需要对定位系统进行不断改进和创新。该文所提到的隧道衬砌台车快速定位系统是当前隧道定位测量广泛应用的系统，系统全自动测量定位，减少了大量的人力输出，同时也提高了测量定位的准确性，以及缩减测量定位时间，在未来的隧道工程施工中有着广泛的应用前景。当然，在科技飞速发展下，隧道衬砌台车快速定位系统也应进行不断地改进和创新，才能满足测量定位工程发展的趋势。

参考文献

[1] 祝志恒，阳军生，肖超，等.基于形函数的隧道衬砌内壁影像展平方法及其应用[J].铁道科学与工程学报，2014（3）：101-106.

[2] 徐浩，刘江平，范承余，等.隧道衬砌病害的探地雷达波场模拟与特征分析[J].中南大学学报：自然科学版，2013（11）：4581-4587.