一种基于激光雷达技术的盾构机出土量测量系统及方法与流程

本发明涉及施工测量领域，尤其涉及一种基于激光雷达技术的盾构机出土量测量系统及方法。

背景技术：

土压平衡式盾构掘进机切削土体通过螺旋机、皮带运输机、电瓶车运输至坑外，在掘进过程中，需保持开挖面土层的稳定，防止地表变形，需对盾构机出土量进行精确控制，实现盾构掘进进尺和盾构出土量的精确匹配；而对盾构机出土量的测量主要采集的参数是：皮带输送机的实时速度和单位时间内盾构渣土通过皮带截面的面积。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于激光雷达技术的盾构机出土量测量系统及方法，通过测量皮带输送机的实时速度和单位时间内盾构渣土通过皮带截面的面积，计算出单位时间内盾构机的出土量，从而对盾构机出土量进行精确控制，实现掘进过程中保持开挖面土层的稳定，防止地表变形。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于激光雷达技术的盾构机出土量测量系统，包括：盾构机出土量测量装置和盾构上位机，

所述盾构机出土量测量装置包括皮带输送机、激光雷达、环形拱架、数据处理pc机、滚动计数器和电源，所述滚动计数器设置在所述皮带输送机下方的主动轮上，所述环形拱架设置在所述皮带输送机上，所述激光雷达设置在所述环形拱架中，所述激光雷达将扫面测量数据通过通信线缆传输到所述数据处理pc机，所述滚动计数器将单位时间内的滚动次数结合主动轮的直径计算出皮带的运动速度通过通信线缆传输到所述数据处理pc机，所述电源与所述滚动计数器、所述皮带输送机、所述激光雷达、所述数据处理pc机连接；所述数据处理pc机包括处理器、存储器和无线模块，所述处理器与所述存储器、所述无线模块连接，所述数据处理pc机通过所述无线模块将经过处理器处理的数据发送到所述盾构上位机；

所述盾构上位机设置在盾构操作室内，所述盾构上位机包括处理器、无线接收模块和显示器，所述处理器分别与所述无线接收模块和所述显示器连接，所述无线接收模块接收所述数据处理pc机发出的数据，并通过显示器将数据显示出来。

作为优选方案，所述测量系统还包括盾构远程监控服务器，所述盾构远程监控服务器包括数据采集模块和接收模块，所述接收模块用于接收所述数据处理pc机发出的数据，所述数据采集模块用于保存接收到的所述数据处理pc机发出的数据，以使远程保存数据，令测量数据更安全。

作为优选方案，所述盾构机出土量测量装置，还包括轧辘，所述轧辘设置在所述皮带输送机下方。

作为优选方案，所述激光雷达设置在所述环形拱架的顶部中央。

作为优选方案，所述通信线缆包括通信光纤和通信铜缆。

作为优选方案，所述电源为220v交流电源。

作为优选方案，所述无线模块为wifi模块。

一种基于激光雷达技术的盾构机出土量测量方法，其特征在于，包括：

滚动计数器将单位时间内的滚动次数结合主动轮的直径计算出皮带的运动速度通过通信线缆传输到数据处理pc机；

激光雷达将扫面测量数据通过通信线缆传输到所述数据处理pc机；

所述数据处理pc机接收所述激光雷达发出的数据通过计算得出实测面积，再结合接收的皮带运动速度数据计算出每秒渣土通过皮带方量；

所述数据处理pc机将计算出的所述每秒渣土通过皮带的方量通过无线模块传输到盾构操作室的盾构上位机上。

作为优选方案，所述激光雷达的测量数据包括扫描距离数据和扫描角度数据。

作为优选方案，所述测量方法，还包括：

所述数据处理pc机还可以将计算出的所述每秒渣土通过皮带的方量通过无线模块传输到盾构远程监控服务器的数据采集器中，以使远程保存数据，令测量数据更安全。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

通过测量皮带输送机的实时速度和单位时间内盾构渣土通过皮带截面的面积，计算出单位时间内盾构机的出土量，从而对盾构机出土量进行精确控制，实现掘进过程中保持开挖面土层的稳定，防止地表变形。

附图说明

图1：为本发明实施例中的装置结构示意图；

其中，说明书附图的附图标记如下：

1、皮带输送机，2、激光雷达，3、环形拱架，4、数据处理pc机，5、滚动计数器，6、电源，7、轧辘，8、渣土，9、盾构上位机，10、盾构远程监控服务器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明优选实施例提供了一种基于激光雷达2技术的盾构机出土量测量系统，包括：盾构机出土量测量装置和盾构上位机9，

所述盾构机出土量测量装置包括皮带输送机1、激光雷达2、环形拱架3、数据处理pc机4、滚动计数器5和电源6，所述滚动计数器5设置在所述皮带输送机1下方的主动轮上，所述环形拱架3设置在所述皮带输送机1上，所述激光雷达2设置在所述环形拱架3中，所述激光雷达2将扫面测量数据通过通信线缆传输到所述数据处理pc机4，所述滚动计数器5将单位时间内的滚动次数结合主动轮的直径计算出皮带的运动速度通过通信线缆传输到所述数据处理pc机4，所述电源6与所述滚动计数器5、所述皮带输送机1、所述激光雷达2、所述数据处理pc机4连接；所述数据处理pc机4包括处理器、存储器和无线模块，所述处理器与所述存储器、所述无线模块连接，所述数据处理pc机4通过所述无线模块将经过处理器处理的数据发送到所述盾构上位机9；

所述盾构上位机9设置在盾构操作室内，所述盾构上位机9包括处理器、无线接收模块和显示器，所述处理器分别与所述无线接收模块和所述显示器连接，所述无线接收模块接收所述数据处理pc机4发出的数据，并通过显示器将数据显示出来。

在本实施例中，所述测量系统还包括盾构远程监控服务器10，所述盾构远程监控服务器10包括数据采集模块和接收模块，所述接收模块用于接收所述数据处理pc机4发出的数据，所述数据采集模块用于保存接收到的所述数据处理pc机4发出的数据，以使远程保存数据，令测量数据更安全。

在本实施例中，所述盾构机出土量测量装置，还包括轧辘7，所述轧辘7设置在所述皮带输送机1下方。

在本实施例中，所述激光雷达2设置在所述环形拱架3的顶部中央。

在本实施例中，所述通信线缆包括通信光纤和通信铜缆。

在本实施例中，所述电源6为220v交流电源6。

在本实施例中，所述无线模块为wifi模块。

下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

在皮带输送机1下方的主动轮上安装滚动计数器5，再结合主动轮的直径从而计算皮带运动速度，此数据通过线缆传输至数据采集pc机上。

激光雷达2在环形拱架3中进行360°扫描测量，将扫面测量数据(距离、角度)实时传输到数据处理pc机4上，pc机实时计算出环形拱架3面积。

pc机结合实时皮带速度，渣土8实测面积进行计算处理，输出每秒渣土8通过皮带方量。

pc机将每秒方量通过wifi无线网络传输至盾构操作室的盾构上位机9上或盾构远程监控系统的数据采集器中。结合当前盾构掘进进尺从而实现对盾构出土量的精确控制。

参照图1，具体计算过程：

1、皮带运动速度：v皮带＝n×πd单位：m/s

(n为计数器测量得到的主动轮的转速，d为主动轮的直径)

2、环形拱架面积:s＝∫0.5×d1×d2×sinα

说明：如图1所示，d1、d2为激光雷达测量得到的距离值，α为激光雷达

测量得到的夹角，在α很小的情况下，扇形面积近似于三角形面积，对整

个环形拱桥进行积分计算，得到总面积)

3、渣土截面积δs＝s空-s载单位：m²

(s空为皮带空转时的环形拱架的面积，s载为运载渣土时的环形拱架的面积)

4、出土速度v渣土＝v皮带×δs单位：m³/s

本发明通过激光雷达2和滚动计数器5的相互结合使用，测量皮带输送机1的实时速度和单位时间内盾构渣土8通过皮带截面的面积，计算出单位时间内盾构机的出土量，从而对盾构机出土量进行精确控制，实现掘进过程中保持开挖面土层的稳定，防止地表变形。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。