用于盾构姿态测量的激光标靶关键技术

摘要

在盾构施工中,为了保证隧道质量,必须实时测量盾构的位姿,控制盾构与设计轴线的偏差。本文针对盾构施工条件复杂、测量环境恶劣的实际情况,设计了一种复杂性低、抗振动能力强的激光标靶,完成高精度的盾构姿态测量。
　　本文分析了倾角仪和CCD相结合的盾构姿态角测量原理,将俯仰角和水平角的测量转化为对CCD上光斑偏移距离的测量;研究采用高分辨率的CCD、提高光斑中心的定位精度有效提高盾构姿态角的测量精度;由于光斑内部存在暗区域,本文采用基于灰度形态学的图像滤波技术,通过选用大小合适的滤波模板,有效降低了上述缺陷对光斑中心定位的影响;采用改进的梯度阈值法光斑中心定位算法,即先使用灰度过阈值法检测光斑的轮廓,再沿该轮廓进行梯度阈值检测,使光斑中心达到像素级定位精度。
　　根据CCD上激光光斑的位置,得到激光与标靶轴线的夹角,结合激光的水平方位和仰角,推导出了标靶法盾构姿态角计算算法,研究了标靶元件参数的标定方法及倾角仪安装误差补偿算法,并对系统的姿态角测量精度进行了分析。
　　论文最后进行了姿态测量系统精度实验,实验结果验证了系统能满足测量精度的要求。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景、目的和意义

1.3 国内外研究现状分析

1.4 论文组织结构

2 盾构姿态测量系统方案设计

2.1 盾构的位姿要素

2.2 水平角和俯仰角测量方案

2.3 姿态角测量系统的组成

2.4 本章小结

3 光斑中心定位算法研究

3.1 光斑图像搜索

3.2 光斑图像滤波

3.3 光斑中心定位技术

3.4 本章小结

4 姿态角测量算法与误差分析

4.1 盾构姿态测量算法

4.2 盾构切口和盾尾中心的计算

4.3 标靶参数标定和安装误差补偿

4.4 标靶姿态测量系统误差分析

4.5 本章小结

5 系统测量实验与数据分析

5.1 标靶及实验平台

5.2 系统实验及数据分析

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

致谢

参考文献