隧道襯砌臺車快速定位系統研究

余振華

摘 要：隨著科學技術的飛速發展，定位測量技術的發展也極為迅速，尤其是在隧道施工中的應用，更是發揮出其自身的優勢。隧道襯砌臺車快速定位系統綜合圖像處理技術、激光測距技術、無線通信技術等，并根據施工現場實際情況輸入相關參數值，以及在自動化技術的支持下，大大縮減了隧道襯砌臺車的定位時間，是隧道施工定位測量不可缺少的輔助工具。

關鍵詞：隧道 襯砌臺車 快速定位系統

中圖分類號：T455 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（b）-0092-02

近些年來，隧道襯砌臺車快速定位系統被廣泛應用到隧道施工中，其具有高效率、自動化、高精度的優勢，深受人們青睞，與傳統隨動定位測量相比，不僅大大縮減了工作時間，同時也降低了勞動強度，以下主要針對隧道襯砌臺車快速定位系統展開研究。

1 隧道襯砌臺車快速定位系統工作原理

襯砌臺車被廣泛應用到隧道工程施工中，主要用于測量定位，具體工作原理如下：首先以隧道內的已知點作為快速定位的控制點，并在此架設高分辨率長焦數字相機以及激光測距儀等[1]。其次在襯砌臺車上固定反光片，將其作為激光測距儀使用中的激光反射靶，將激光測距儀所測量的數據信息以及相機成像相關數據信息傳入工控機，由工控機對這些數據進行分析和處理，進而得到定位點的數據，得出位置的偏移量。最后再將這些數據傳送至系統終端，操作人員可根據這些數據對臺車進行準確定位。在自動化技術飛速發展的今天，隧道襯砌臺車快速定位系統工作過程中的測量、液控、分析、定位以及誤差校核等全部過程都是自動完成，一方面節省了大量的人力，另一方面自動化也能有效避免以往人工定位、測量、計算出現的偏差，進一步提高定位的準確性。

2 隧道襯砌臺車快速定位系統關鍵技術分析

眾所周知，隧道襯砌臺車快速定位系統實施的過程中，需要進行數據傳輸，才能實現對整個系統操作的控制，其中最關鍵的技術則是無線網絡控制技術、交互操作技術等[2]。隧道襯砌臺車快速定位系統實施過程中，會對平面圖像的高精度進行分析，而其中的數字圖像處理技術則是必不可少的，圖像處理通過濾波、邊緣提取以及中心定位等，最后會將這些信息傳入到系統控制臺中，而這個傳輸過程則是充分利用無線網絡控制技術、傳輸信息的控制、傳輸對象的控制、傳輸時間的控制等，任何一項傳輸環節出現偏差都將影響隧道襯砌臺車快速定位系統的整體定位測量效果。

現今所使用的隧道襯砌臺車定位操作系統中的軟件算法是經過優化后，與傳統的操作系統相比，當前的軟件算法能夠為系統提供簡單直觀的輸入界面，更便于參數的輸入。另外，在隧道施工中，應工程要求，需要多次移動定位儀器，在該系統支持下，更便于移動位置后的重新定位，尤其是對有坡度隧道、曲線隧道施工地形中的測量優勢更大。隧道襯砌臺車快速定位系統運行主要通過無線通信協議來先對工程測量的控制以及定位計算分析結果數據信息的顯示和傳輸。操作人員在隧道內通過手持終端接收相關數據，即可實現對臺車位置的測量控制，以及對測量結果的顯示和輸出，相比于傳統的隧道定位系統，不會受到隧道內部空間位置以及周圍環境因素的影響，再加上操作簡單、易上手，在沒有專業測量人員的情況下即可順利完成測量定位系統的測量操作等相關工作，為隧道工程順利施工提供可靠的依據。

3 隧道襯砌臺車快速定位系統構成

隧道襯砌臺車快速定位系統主要由硬件和軟件構成，以下主要針對系統構成的硬件和軟件進行詳細分析。

3.1 硬件構成

隧道襯砌臺車快速定位系統的硬件主要由傳感器部分、定位測量終端、工控機部分以及電光源系統4部分組成。其中傳感器部分主要由鏡頭、工業相機、激光測距儀等結構組成，在整個定位系統運行中主要負責測量圖像的抓取以及激光測距工作，并將這些收集的數據信息傳輸到工控機，再由工控機對這些數據信息進行處理。

定位測量終端部分主要由顯示屏、繼電器控制器、無線通訊模塊等部分組成，該部分主要負責利用無線通信模塊將系統需要執行的命令發送到工控機，以及接收來自工控機的數據等，而該結構中的繼電器控制器則需要控制點光源，并實現定位控制終端和液壓以及實現將各控制系統連接到一個整體的控制系統，不僅實現了對液壓閥動作的控制，更便于對快速定位系統的控制和操作，進而保證隧道襯砌臺車快速定位系統運行的穩定性、可靠性。

工控機部分主要由顯示器、主機、無線通信模塊組成，該部分的主要任務是通過無線通信模塊接收系統命令，實現對傳感器的控制，并通過接收傳感器傳來的相關數據，達到計算臺車模板的偏離數據，再通過無線通信方式將這些數據發送到定位控制終端，實現對臺車的定位，為隧道施工提供可靠的位置信息。

3.2 軟件構成

隧道襯砌臺車快速定位系統軟件主要由人機交互系統組成，利用VC++開發平臺研發而成，具有系統誤差校準的能力，進一步提高隧道襯砌臺車快速定位系統定位的精準性、可靠性、穩定性。由于每個隧道工程環境不同、施工要求不同，因此，在系統軟件運行開始之后，首先要輸入初始值，再對其進行校正測量，由系統對測量數據進行分析是否存在偏差，如果有偏差需要進行調整，直到無偏移位置，最終實現臺車定位（如圖1所示）。

4 結語

綜上所述，隧道施工數量不斷增加的情況下，對隧道施工定位測量工作質量要求越來越高，為滿足施工需求，需要對定位系統進行不斷改進和創新。該文所提到的隧道襯砌臺車快速定位系統是當前隧道定位測量廣泛應用的系統，系統全自動測量定位，減少了大量的人力輸出，同時也提高了測量定位的準確性，以及縮減測量定位時間，在未來的隧道工程施工中有著廣泛的應用前景。當然，在科技飛速發展下，隧道襯砌臺車快速定位系統也應進行不斷地改進和創新，才能滿足測量定位工程發展的趨勢。

參考文獻

[1] 祝志恒，陽軍生，肖超，等.基于形函數的隧道襯砌內壁影像展平方法及其應用[J].鐵道科學與工程學報，2014（3）：101-106.

[2] 徐浩，劉江平，范承余，等.隧道襯砌病害的探地雷達波場模擬與特征分析[J].中南大學學報：自然科學版，2013（11）：4581-4587.