本发明涉及控制领域，具体地，涉及一种衬砌台车模板的定位方法和一种衬砌台车模板的定位装置。
背景技术
在隧道的二衬施工中，需要在隧道的洞壁上浇筑一层混凝土以确保隧道牢固、可靠，往往在浇筑混凝土时会利用衬砌台车上的模板作为浇筑模板来完成隧道的二衬施工中重要的浇筑步骤。衬砌台车的模板多为使用液压缸控制，但是在目前的施工过程中，控制衬砌台车的模板的定位主要靠人工测量的方式来进行，首先在衬砌台车的模板的表面上设置多个测量点，不断的测量测量点与隧道洞壁之间的距离，经常会在施工现场听到工作人员吼道“侧缸再升长3cm！！3cm！！多了！！退2cm！！”“主缸上顶！！！再上顶！！”等等，往往定位结束后，衬砌台车模板与目标浇筑位置有一定差距，而液压系统由于定位时沟通不利经常导致零部件损坏，这样不但影响了隧道施工的进度，还使得施工质量不能得到很好的保证，同时也增加了液压设备的维修成本。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种衬砌台车模板的定位方法和一种衬砌台车模板的定位装置，能够提高衬砌台车的模板在隧道二衬施工中的定位精度，进而提高隧道二衬混凝土浇筑的施工质量。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种衬砌台车模板的定位方法，所述定位方法包括以下步骤：s1)以隧道中心点o为坐标原点建立隧道二维坐标系，并以衬砌台车中心点o′为坐标原点建立台车二维坐标系，其中所述隧道中心点o与所述衬砌台车中心点o′重合；s2)在所述衬砌台车模板与隧道洞壁相对的浇筑面上设定至少三个标准基点，根据衬砌台车中心点o′距所述至少三个标准基点的基点距离在所述台车二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的基点坐标；s3)确定所述基点坐标在所述隧道二维坐标系内所对应的隧道基点坐标；s4)在实际浇筑操作中，待所述衬砌台车移动到隧道内的预定浇筑位置之后，测量所述至少三个标准基点距所述隧道中心点o的实际距离，根据所述实际距离在所述隧道二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的实际坐标；s5)计算所述隧道基点坐标与所述实际坐标的偏差值，根据所述偏差值确定所述衬砌台车在隧道内的目标浇筑位置，取所述偏差值的绝对值与预设偏差值进行比较，并根据比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
优选地，所述根据比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动，包括：当所述偏差值的绝对值小于等于所述预设偏差值时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-积分-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动；当所述偏差值的绝对值大于所述预设偏差值时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
优选地，步骤s2)中，所述标准基点为三个，所述三个标准基点中，其中一个标准基点设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上距地面垂直距离最远处，其余两个标准基点分别设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上所述其中一个标准基点两侧。
优选地，步骤s4)中，采用位移传感器测量衬砌台车中心点o′距所述至少三个标准基点的基点距离。
另外，本发明还提供一种衬砌台车模板的定位装置，所述定位装置包括：坐标建立模块，用于以隧道中心点o为坐标原点建立隧道二维坐标系，并以衬砌台车中心点o′为坐标原点建立台车二维坐标系，其中所述隧道中心点o与所述衬砌台车中心点o′重合；坐标标注模块，用于获取衬砌台车中心点o′距在所述衬砌台车模板与隧道洞壁相对的浇筑面上设定的至少三个标准基点的基点距离，并在所述台车二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的基点坐标；坐标确定模块，确定所述基点坐标在所述隧道二维坐标系内所对应的隧道基点坐标；实际坐标标注模块，用于在实际浇筑操作中待所述衬砌台车移动到隧道内的预定浇筑位置之后，获取所述至少三个标准基点距所述隧道中心点o的实际距离，根据所述实际距离在所述隧道二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的实际坐标；控制执行模块，用于计算所述隧道基点坐标与所述实际坐标的偏差值，根据所述偏差值确定所述衬砌台车在隧道内的目标浇筑位置，取所述偏差值的绝对值与预设偏差值进行比较，并根据比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
优选地，所述控制执行模块包括：第一控制子模块，用于当所述偏差值的绝对值小于等于所述预设偏差值时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-积分-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动；第二控制子模块，用于当所述偏差值的绝对值大于所述预设偏差时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
优选地，所述标准基点为三个，所述三个标准基点中，其中一个标准基点设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上距地面垂直距离最远处，其余两个标准基点分别设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上所述其中一个标准基点两侧。
本发明提供的衬砌台车模板的定位方法和定位装置，首先建立隧道二维坐标系和台车二维坐标系，使所述隧道二维坐标系的坐标原点和所述台车二维坐标系的坐标原点重合，之后在衬砌台车模板的浇筑面上选择三个标准基点，确定所述三个标准基点在所述隧道二维坐标系内的隧道理论坐标位置作为隧道基点坐标(这三个标准基点的隧道理论坐标位置即为理论上衬砌台车模板定位完成后所述三个标准基点的目标坐标位置)。在实际操作中，在将衬砌台车移动到隧道内的预定浇筑位置之后，通过测量所述三个标准基点距所述隧道中心点o的实际距离获得在所述隧道二维坐标系内所述三个标准基点的实际坐标位置，通过计算所述目标坐标位置与所述实际坐标位置的偏差值确定所述衬砌台车在隧道内的目标浇筑位置，从而控制衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。采用本发明的定位方法使得衬砌台车模板的定位精度和定位效率更高，便于二衬台车模板的定位且减少了设备维修频率，提高隧道施工进度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的衬砌台车模板的定位方法的流程图；
图2是本发明实施方式提供的衬砌台车模板的定位方法中衬砌台车模板的三个标准基点的选择位置示意图；
图3是本发明实施方式提供的衬砌台车模板的定位装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施方式提供的衬砌台车模板的定位方法的流程图。如图1所示，本发明的定位方法包括以下步骤：s1)以隧道中心点o为坐标原点建立隧道二维坐标系，并以衬砌台车中心点o′为坐标原点建立台车二维坐标系，其中所述隧道中心点o与所述衬砌台车中心点o′重合；s2)在所述衬砌台车模板与隧道洞壁相对的浇筑面上设定至少三个标准基点，根据衬砌台车中心点o′距所述至少三个标准基点的基点距离在所述台车二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的基点坐标；s3)确定所述基点坐标在所述隧道二维坐标系内所对应的隧道基点坐标；s4)在实际浇筑操作中，待所述衬砌台车移动到隧道内的预定浇筑位置之后，测量所述至少三个标准基点距所述隧道中心点o的实际距离，根据所述实际距离在所述隧道二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的实际坐标；s5)计算所述隧道基点坐标与所述实际坐标的偏差值，根据所述偏差值确定所述衬砌台车在隧道内的目标浇筑位置，取所述偏差值的绝对值与预设偏差值进行比较，并根据比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
在本发明实施例中，在衬砌台车模板上选择三个标准基点，建立隧道二维坐标系和台车二维坐标系，如图2所示，将所述隧道二维坐标系的坐标原点(即隧道中心点)o和台车二维坐标系的坐标原点(即衬砌台车中心点)o′重合，根据已知的隧道尺寸和衬砌台车尺寸可以在隧道二维坐标系内获得所述三个标准基点的理论坐标即隧道基点坐标，在具体隧道二衬施工中，测量衬砌台车中心点o′与所述三个标准基点的距离可以得到所述三个标准基点的实际坐标，计算所述实际坐标与所述隧道基点坐标的偏差值，取所述偏差值的绝对值与预设偏差值进行比较，根据比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
具体地，所述根据比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动，包括：当所述偏差值的绝对值小于等于所述预设偏差值时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-积分-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动；当所述偏差值的绝对值大于所述预设偏差值时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
在一种实施方式中，如图2所示，设定所述三个标准基点对应的所述隧道基点坐标分别为a(xa，ya)，b1(xb1，yb1)，b2(xb2，yb2)，所述三个标准基点的对应的实际坐标为a′(xa′，ya′)，b1′(xb1′，yb1′)，b2′(xb2′，yb2′)，将预设偏差值设定为1mm，分别计算所述隧道基点坐标与所述实际坐标的偏差值a-a′，b1-b1′，b2-b2′的绝对值为0.6mm，1mm和1.2mm。
其中所述隧道基点坐标与所述实际坐标的偏差值a-a′和b1-b1′的绝对值0.6mm和1mm分别小于和等于预设偏差值1mm，即实际坐标a′(xa′，ya′)和b1′(xb1′，yb1′)距离理论坐标a(xa，ya)和b1(xb1，yb1)的距离较小，即控制a′和b1′向a和b1移动的距离较小。为了控制a′和b1′较为精准而快速的移动到a和b1，选择pid控制(比例-积分-微分控制)优化法优化a′和b1′到a和b1的移动距离。pid控制是集合了p控制(比例控制)、i控制(积分控制)和d控制(微分控制)的三者所长，即有p控制的及时迅速，又有i控制消除系统稳态误差的能力，还有d控制的超前控制功能。根据本发明的技术方案，针对a′和b1′向a和b1做较小距离的移动，选择pid控制优化法优化a′和b1′到a和b1的移动距离，既能控制a′和b1′移动到a和b1的精准性又能控制a′和b1′向a和b1的移动速度。如果选择pd控制优化法，较小移动距离内存在系统稳态误差，会影响控制a′和b1′向a和b1移动的精准性，如果选择pi控制优化法，控制系统的响应速度得不到提高，影响了施工效率的提高。因此在本发明中，当隧道基点坐标与实际坐标的偏差值的绝对值小于等于预设偏差值即衬砌台车模板向目标浇筑位置的移动距离较小时，选择pid控制优化法优化所述移动距离。在一个实施例中，选择由液压油缸来推动a′向a和b1′向b1的移动，分别由对应的液压油缸推动a′和b1′运动，所述对应的液压油缸根据通过pid控制优化法优化后的a′向a和b1′向b1的移动距离推动a′和b1′向a和b1移动。
所述隧道基点坐标与所述实际坐标的偏差值b2-b2′的绝对值1.2mm大于预设偏差值1mm，即b2′(xb2′，yb2′)距离理论坐标b2(xb2，yb2)距离较大，即控制b2′向b2的移动距离较大，需首要考虑控制b2′向b2移动的响应速度。根据本发明的技术方案，针对b2′向b2做较大距离的移动，选择pd控制(比例-微分控制)优化法优化b2′到b2的移动距离，与pid控制优化法相比，pd控制优化法的控制系统响应速度更快，比pid控制优化法的控制效率更高。因此在本明中，当隧道基点坐标与实际坐标的偏差值的绝对值大于预设偏差值即衬砌台车模板向目标浇筑位置的移动距离较大时，选择pd控制优化法优化所述移动距离。在一个实施例中，选择由液压油缸来推动b2′向b2的移动，由对应的液压油缸推动b2′运动，所述对应的液压油缸根据通过pd控制优化法优化后的b2′向b2的移动距离推动b2′向b2移动。
优选地，步骤s2)中，所述标准基点为三个，所述三个标准基点中，其中一个标准基点设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上距地面垂直距离最远处，其余两个标准基点分别设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上所述其中一个标准基点两侧。
隧道截面多为隧道顶部为弧形、两侧墙为直线型或者两侧墙也为弧型的形状，为了确保所述衬砌台车模板定位的精确性，在本示例中，如图2所示，选取a(xa，ya)作为衬砌台车模板顶部的浇筑面上距地面垂直距离最远处的一个标准基点，在隧道二维坐标系中a(xa，ya)的坐标在y轴上距隧道二维坐标系的坐标原点(即隧道中心点)o最远的衬砌台车模板顶部的浇筑面上，b1(xb1，yb1)和b2(xb2，yb2)分别位于a(xa，ya)的两侧，所述b1(xb1，yb1)和b2(xb2，yb2)的坐标分别位于隧道二维坐标系中x轴的正向和负向上，优选地，步骤s4)中，采用位移传感器测量衬砌台车中心点o′距所述三个标准基点的基点距离。
在一种实施方式中，所述位移传感器是超声波测距传感器、红外线传感器和雷达传感器中的任意一种。
在另一种实施方式中，确定所述三个标准基点的实际坐标采用无线定位技术，具体地，采用高超声波室内定位技术、红外线室内定位技术、超宽带技术和射频识别技术中的任意一种。
如图3所示，本发明还提供一种衬砌台车模板的定位装置，所述定位装置包括：坐标建立模块，用于以隧道中心点o为坐标原点建立隧道二维坐标系，并以衬砌台车中心点o′为坐标原点建立台车二维坐标系，其中所述隧道中心点o与所述衬砌台车中心点o′重合；坐标标注模块，用于获取衬砌台车中心点o′距在所述衬砌台车模板与隧道洞壁相对的浇筑面上设定的至少三个标准基点的基点距离，并在所述台车二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的基点坐标；坐标确定模块，确定所述基点坐标在所述隧道二维坐标系内所对应的隧道基点坐标；实际坐标标注模块，用于在实际浇筑操作中待所述衬砌台车移动到隧道内的预定浇筑位置之后，获取所述至少三个标准基点距所述隧道中心点o的实际距离，根据所述实际距离在所述隧道二维坐标系内标注所述至少三个标准基点的实际坐标；控制执行模块，用于计算所述隧道基点坐标与所述实际坐标的偏差值，根据所述偏差值确定所述衬砌台车在隧道内的目标浇筑位置，取所述偏差值的绝对值与预设偏差值进行比较，并根据比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
在一个实施方式中，控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动的执行结构由多个液压油缸组成，所述多个液压油缸用于根据偏差值的绝对值与预设偏差值的比较结果控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动，在本示例中，控制所述三个标准基点的实际坐标a′(xa′，ya′)，b1′(xb1′，yb1′)，b2′(xb2′，yb2′)向理论坐标a(xa，ya)，b1(xb1，yb1)，b2(xb2，yb2)移动是通过对应控制所述a′、b1′和b2′的液压油缸的推动来实现。
在另一实施方式中，可以通过直线电机控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
为了实现对所述多个液压油缸的控制更加方便和精准，优选地，所述控制执行模块包括：第一控制子模块，用于当所述偏差值的绝对值小于等于所述预设偏差值时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-积分-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动；第二控制子模块，用于当所述偏差值的绝对值大于所述预设偏差时，通过所述偏差值确定所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置的移动距离，采用比例-微分控制优化法优化所述移动距离，并根据优化后的移动距离控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
在一个实施方式中，当所述偏差值的绝对值小于等于所述预设偏差值时，采用pid控制优化法控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动，在本示例中，通过pid控制优化法优化a′和b1′向a和b1的移动距离，对应控制a′和b1′的液压油缸根据pid控制优化法优化后的移动距离进行移动，从而控制所述砌台车模板向所述目标浇筑位置移动；当所述偏差值的绝对值大于所述预设偏差值时，采用pd控制优化法控制所述衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动，在本示例中，通过pd控制优化法优化b2′向b2的移动距离，对应控制b2′的液压油缸根据pd控制优化法优化后的移动距离进行移动，从而控制所述砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。
优选地，所述标准基点为三个，所述三个标准基点中，其中一个标准基点设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上距地面垂直距离最远处，其余两个标准基点分别设置在所述衬砌台车模板顶部的浇筑面上所述其中一个标准基点两侧。
本发明提供的衬砌台车模板的定位方法和定位装置，首先建立隧道二维坐标系和台车二维坐标系，使所述隧道二维坐标系和所述台车二维坐标系的坐标原点重合，之后在衬砌台车模板的浇筑面上选择三个标准基点，确定所述三个标准基点在所述隧道二维坐标系内的隧道理论坐标位置作为隧道基点坐标(这三个标准基点的隧道理论坐标位置即为理论上衬砌台车模板定位完成后所述三个标准基点的目标坐标位置)。在实际操作中，在将衬砌台车移动到隧道内的预定浇筑位置之后，通过测量所述三个标准基点距所述隧道中心点o的实际距离获得在所述隧道二维坐标系内所述三个标准基点的实际坐标位置，通过计算所述目标坐标位置与所述实际坐标位置的偏差值确定所述衬砌台车在隧道内的目标浇筑位置，从而控制衬砌台车模板向所述目标浇筑位置移动。采用本发明的定位方法使得衬砌台车模板的定位精度和定位效率更高，便于二衬台车模板的定位且减少了设备维修频率，提高隧道施工进度。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。