盾構(gòu)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

盾構(gòu)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用上海力信測(cè)量技術(shù)RAISING1公司概述2研發(fā)背景3自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)4施工管理與監(jiān)控5應(yīng)用介紹2024/1/5RAISING2目錄大綱2024/1/5RAISING31.公司概述上海力信測(cè)量技術(shù)成立于2006年初，總部位于上海市浦東新區(qū)—張江高科?，F(xiàn)有全職員工30余名，其中技術(shù)&研發(fā)類員工占80%以上，外聘及合作參謀專家20余名?；趯⒆钕冗M(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線自動(dòng)控制技術(shù)和工業(yè)測(cè)量測(cè)試技術(shù)與TBM/隧道/軌道的工程實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)行專業(yè)測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)和集成，并提供相關(guān)技術(shù)效勞。產(chǎn)品涉及盾構(gòu)/TBM/頂管/煤機(jī)等大型工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)、信息化管理平臺(tái)及工業(yè)三維數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)等。目前設(shè)有“上海軟件中心、天津硬件中心、長(zhǎng)沙應(yīng)用中心〞三大分部。公司已全面通過ISO9001:2023國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證，CMMI軟件成熟度企業(yè)認(rèn)證。同時(shí)還是上海市雙軟認(rèn)定企業(yè)和高新技術(shù)企業(yè)、上海市軟件協(xié)會(huì)常務(wù)理事單位、中國(guó)工程測(cè)量學(xué)會(huì)/掘進(jìn)機(jī)協(xié)會(huì)/隧道協(xié)會(huì)的常務(wù)理事單位，國(guó)家科技部“技術(shù)創(chuàng)新基金〞免費(fèi)資助單位。上海力信是目前唯一提供“隧道/盾構(gòu)/軌道〞全生命周期測(cè)量檢測(cè)和信息化整體解決方案的技術(shù)供給商，先后參與了相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定：GB《城市軌道交通工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》的參編單位GB《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的參編單位2024/1/5RAISING42006年公司成立2023年推出第一代自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)〔頂管版〕2023年推出兩棱鏡法自動(dòng)導(dǎo)向〔盾構(gòu)版〕2023年推出第一代激光靶及自動(dòng)導(dǎo)向軟件1.0〔激光靶法〕2023年推出第二代激光靶〔擁有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)〕2023年推出自動(dòng)導(dǎo)向軟件2.0〔激光靶法〕2023年測(cè)試三維激光靶，完善盾構(gòu)配套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)2024/1/5RAISING52.研發(fā)背景20世紀(jì)70年代以來，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)有了新的飛躍。我國(guó)內(nèi)在盾構(gòu)施工中普遍還是采用人工測(cè)量來控制盾構(gòu)方向。人工測(cè)量完成一次至少需要15分鐘的時(shí)間，測(cè)量精度依賴于測(cè)量人員的作業(yè)素質(zhì)，出錯(cuò)率高、工作效率比較低下。伴隨著測(cè)繪技術(shù)、激光傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械電子與自動(dòng)控制等技術(shù)的開展成熟，自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)中逐漸得到成功運(yùn)用、開展和完善。2006年上海力信測(cè)量技術(shù)全力開展技術(shù)攻關(guān)，自主研發(fā)的“第一代RMS-D自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)〞打破長(zhǎng)期由國(guó)外導(dǎo)向系統(tǒng)壟斷的局面。隨著激光傳感技術(shù)開展，力信公司最新研發(fā)的“RMS-D激光靶自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)〞已到達(dá)世界領(lǐng)先水平與國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品技術(shù)同步。在扎根盾構(gòu)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)領(lǐng)域10年的同時(shí)，力信公司自主開發(fā)的盾構(gòu)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、管片管理系統(tǒng)、盾尾間隙測(cè)量系統(tǒng)也保持著國(guó)際領(lǐng)先水平。從而使盾構(gòu)掘進(jìn)工藝變得更機(jī)械化、智能化、高精度化。2024/1/5RAISING62.研發(fā)背景---產(chǎn)品延伸自動(dòng)導(dǎo)向軟件開發(fā)系統(tǒng)集成盾尾間隙管片選型風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)測(cè)量設(shè)備與工業(yè)檢測(cè)三維激光靶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2024/1/5RAISING73.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的發(fā)展：三點(diǎn)法兩點(diǎn)法激光靶法2024/1/5RAISING83.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2024/1/5RAISING93.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向EPB姿態(tài)定位的根底是兩個(gè)的大地坐標(biāo)，一個(gè)作為全站儀的站點(diǎn)，另一個(gè)作為后視棱鏡坐標(biāo)點(diǎn)。全站儀通過這兩個(gè)點(diǎn)確定北方向，在通過測(cè)量激光靶確定EPB掘進(jìn)的實(shí)際方位。EPB自身的旋轉(zhuǎn)角〔或“滾動(dòng)角〞〕和俯仰角是通過靶內(nèi)高精度傾斜儀獲得。所有測(cè)量的數(shù)據(jù)都會(huì)傳輸?shù)焦I(yè)一體機(jī)內(nèi)，通過自動(dòng)導(dǎo)向軟件計(jì)算出EPB準(zhǔn)確的姿態(tài)。EPB的姿態(tài)通過軸線上的基準(zhǔn)點(diǎn)〔盾首、中、尾〕來表達(dá)。利用基準(zhǔn)點(diǎn)與軸線之間的距離，軟件通過進(jìn)一步的換算得出這些基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)。并以圖像和數(shù)字雙形式顯示在工業(yè)一體機(jī)屏幕上。2024/1/5RAISING103.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向激光靶原理介紹2024/1/5RAISING113.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向〔△X，△Y，△Z〕〔△α，△β，△γ〕兩個(gè)不同的三維空間直角坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換時(shí)，通常使用七參數(shù)模型，即：三個(gè)坐標(biāo)平移量〔△X，△Y，△Z〕；三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度〔△α，△β，△γ〕；尺度因子K；以上七個(gè)參數(shù)通常稱為七參數(shù)。計(jì)算原理2024/1/5RAISING123.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向品牌名稱：瑞士徠卡全站儀型號(hào)：TS15AR30〔自動(dòng)加強(qiáng)型〕精度：2″，1mm+1.5PPm激光等級(jí)：Ⅲ級(jí)，人眼無害防護(hù)等級(jí)：IP55/95%，防冷凝品牌名稱：上海力信三維激光靶型號(hào)：RT102工作電源：9-36VDC、0.5A通訊方式：TCP/IP測(cè)量量程：±45°方位精度：0.01°工作距離：10m-300m硬件介紹2024/1/5RAISING133.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向品牌名稱：瑞士徠卡無線電臺(tái)型號(hào)：TCPS29防護(hù)等級(jí)：IP67通訊距離：≤350m核心技術(shù)：采用超級(jí)藍(lán)牙技術(shù)，信號(hào)穩(wěn)定品牌名稱：深圳研祥工控機(jī)型號(hào)：PPC-1561V面板尺寸：可定制類型：電阻式觸控屏貯存溫度：-20℃～60℃硬件介紹2024/1/5RAISING143.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向軟件界面2024/1/5RAISING153.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向主界面：首頁面硬件狀態(tài)測(cè)量信息換站檢核管片管理管片數(shù)據(jù)環(huán)號(hào)修改用戶管理關(guān)鍵退出其他趨勢(shì)時(shí)時(shí)圖危險(xiǎn)源預(yù)報(bào)系統(tǒng)配置：根本配置盾構(gòu)參數(shù)PLC讀寫工程配置：方案線管片設(shè)置危險(xiǎn)源設(shè)置數(shù)據(jù)查詢：日志查詢定向查詢測(cè)量查詢功能模塊2024/1/5RAISING163.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向管片選型2024/1/5RAISING173.自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動(dòng)導(dǎo)向風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)2024/1/5RAISING184.施工管理與監(jiān)控---數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2024/1/5RAISING194.施工管理與監(jiān)控---監(jiān)控系統(tǒng)2024/1/5RAISING204.施工管理與監(jiān)控---監(jiān)控系統(tǒng)功能介紹：〔1〕顯示工程平面圖，且平面圖具有縮放和測(cè)距功能；〔2〕在平面圖實(shí)時(shí)形象地顯示工程進(jìn)度，清晰地顯示盾構(gòu)區(qū)間各風(fēng)險(xiǎn)工程及周邊地理信息，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)告、風(fēng)險(xiǎn)提醒，方便用戶掌控區(qū)間整體風(fēng)險(xiǎn)分布狀況，明確管控重點(diǎn)；〔3〕形象地顯示盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，遠(yuǎn)程對(duì)盾構(gòu)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；〔4〕盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行各種條件下的查找、統(tǒng)計(jì)和分析并給出相應(yīng)的可視化圖形；〔5〕以時(shí)間段的形式對(duì)盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的材料消耗、成效、推進(jìn)環(huán)數(shù)和里程等參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和查詢，并以報(bào)表的形式輸出?！?〕對(duì)地表和建構(gòu)筑物等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，顯示其變形曲線，并能夠與盾構(gòu)施工進(jìn)度進(jìn)行相關(guān)性分析。2024/1/5RAISING215.應(yīng)用介紹RMS-D自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)用于新疆瑪納斯?jié)硥螢趁旱V副平硐工程，隧道全長(zhǎng)5.8km是目前該系統(tǒng)配套“最長(zhǎng)施工隧道〞，應(yīng)用于中國(guó)鐵建重工盾構(gòu)機(jī)施工現(xiàn)已貫穿。在南京市洪武路污水主干管工程SG2標(biāo)盾構(gòu)段，配套江蘇銳成機(jī)械生產(chǎn)的小直徑泥濃式盾構(gòu)，全長(zhǎng)約700m呈S型連續(xù)轉(zhuǎn)彎，最小轉(zhuǎn)彎半徑80m目前是該系統(tǒng)配套“最小轉(zhuǎn)彎半徑的施工隧道〞。此外，盾構(gòu)始發(fā)井內(nèi)徑8m、接收井內(nèi)徑6m，屬于較小尺寸工作井，對(duì)測(cè)量空間利用率要求極高。盾構(gòu)已于2023年底分體始發(fā)，預(yù)計(jì)于2023年7月實(shí)現(xiàn)貫穿。目前為止RMS-D自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)現(xiàn)已成功應(yīng)用土壓平衡盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)、小半徑盾構(gòu)、敞開式TBM〔三一重工生產(chǎn)〕、雙護(hù)盾TBM〔青島中船重工生產(chǎn)〕、頂管機(jī)等多種類型隧道掘進(jìn)機(jī)上。與國(guó)內(nèi)中鐵裝備、中國(guó)鐵建重工、北方重工、青島中船重工、廣州中船重裝、江蘇銳成機(jī)械、上海力行、北京三一重工、秦皇島天業(yè)通聯(lián)、湖北天地重工等大型盾構(gòu)生產(chǎn)廠家建立長(zhǎng)期合作，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)30多個(gè)城市軌道交通建設(shè)工程中，據(jù)不完全