一种隧洞全周期管理方法及系统与流程

1.本发明涉及隧洞挖掘施工技术领域，特别涉及一种隧洞全周期管理方法及系统。


背景技术：

2.盾构法已经广泛应用在城市建设、交通运输等方面，具备掘进效率高、对周边环境影响小等优势。目前，盾构施工过程中物料运输、隧洞内的检修也以人工操作为主，物料运输过程中的速度控制和避障操作依靠与操作人员的观察判断，很容易产生因操作人员失误带来的意外风险；另外，隧洞检修也多数需要周期性人工下洞调研，具有检验结果不客观，费时费力，检查效果不稳定的特点，极大的影响了隧洞掘进施工效率，并因人员参与带来施工安全性隐患。
3.近年来随着盾构施工市场的扩大，隧洞自主监测和自动物料运输也随着出现越来越多的研究，但隧洞内环境复杂，且具有多粉尘，昏暗泥泞的特点，特别是微型盾构工程中，隧洞空间局限，结构复杂，影响到了大多数传感器的准确性，极大地制约了隧道监控和物料运输的自动化。
4.例如，授权公开号cn 113309574 b的专利公开了一种基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶系统及方法，使用视觉和激光传感器用于判断是否存在障碍物，并对隧道进行监测扫描来判断是否存在管片破损、渗漏，但难以适用于微型盾构狭窄的空间，在多粉尘、昏暗、漏浆条件下激光传感器的使用也会受到很大的影响，且该专利未涉及自身定位内容，即使在检测到隧道管片破损、渗漏情况，也无法提供区域信息来提升施工效率。
5.授权公开号为cn 113184678的专利公开了一种基于自动巡航的隧道内管片智能吊运系统及其工作方法，包括了盾构管片采料系统、无人自动驾驶电瓶车、盾构机喂片机和盾构工业电脑，但是其整个系统的总控由盾构工业电脑决定，该技术方案通过吊运机构对盾构管片的识别运输，虽然在一定程度上可以提高施工效率，但是也只是管片运输的一部分，并没有实现整个流程的自动化，同时不涉及自动运输拖车的具体技术细节和隧洞监测工作。
6.有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种隧洞全周期管理方法及系统，以期解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种隧洞全周期管理方法及系统，在隧洞施工的全周期均能及时获取各管片的信息，使得隧洞的信息化全周期管理成为可能。
8.为达到上述目的，本发明提出一种隧洞全周期管理方法，其中，通过在隧洞口和隧洞内的盾构区域往复移动的物料运输车将多个管片运至隧洞内，多个所述管片在隧洞内拼装成所述隧洞的衬砌，各所述管片上设置有管片电子标签，所述管片电子标签内记载有对应管片的信息，所述物料运输车上设置有读取器，所述读取器读取所述管片电子标签，以获得各被吊装、运输、卸载及被拼接成为衬砌的所述管片的信息。
9.本发明还提出一种隧洞全周期管理系统，其中，所述隧洞全周期管理系统包括物料运输车、设置在所述物料运输车上的读取器，设置在各管片上的管片电子标签，所述物料运输车用于运输所述管片并能够在隧洞口和隧洞内的盾构区域之间往复移动，所述管片电子标签内记载有对应管片的信息，所述读取器读取所述管片电子标签。
10.与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
11.本发明提出的隧洞全周期管理方法及系统，在隧洞施工时，各管片的信息无论是在吊装、运输及卸载过程中还是在被拼接成为衬砌后，均能被读取器读取，进而使得在隧洞施工的全周期均能及时获取各管片的信息，从而使得隧洞的信息化全周期管理成为可能。
12.本发明提出的隧洞全周期管理方法及系统，通过对管片电子标签和写器的使用，可以实现在盾构掘进施工过程中，对管片的地面管理、吊运拼装和已拼装隧洞的信息化和智能化。
附图说明
13.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
14.图1为本发明中物料运输车的结构示意图；
15.图2为本发明中读取器读取所运输管片上管片电子标签的示意图；
16.图3为本发明中tdoa定位算法示意图；
17.图4为本发明中对物料运输车定位的流程图；
18.图5为本发明中物料运输车经过拖车尾部区域状态流程图；
19.图6为本发明中物料运输车避障速度调整策略流程图。
20.附图标记说明：
21.1、衬砌；
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2、行车导轨；
22.3、物料运输小车；
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4、车轮；
23.5、电机；
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6、隧洞读取器；
24.7、视觉传感器；
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8、中央处理器；
25.9、电池箱；
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10、测距传感器；
26.11、警示灯；
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12、喇叭；
27.13、车体读取器；
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14、管片电子标签。
具体实施方式
28.结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
29.如图1至图6所示，本发明提出一种隧洞全周期管理方法，通过在隧洞口和隧洞内的盾构区域往复移动的物料运输车3将多个管片运至隧洞内，多个管片200在隧洞内拼装成
隧洞的衬砌1(管道)，各管片上设置有管片电子标签，管片电子标签内记载有对应管片的信息，物料运输车3上设置有读取器，读取器读取管片电子标签，以获得各被吊装、运输、卸载及被拼接成为衬砌的管片的信息。
30.本发明提出的隧洞全周期管理方法，在隧洞施工时，各管片的信息无论是在吊装、运输及卸载过程中还是在被拼接成为衬砌后，均能被读取器读取，进而使得在隧洞施工的全周期均能及时获取各管片的信息，从而使得隧洞的信息化全周期管理成为可能。
31.本发明提出的隧洞全周期管理方法，通过对管片电子标签和写器的使用，可以实现在盾构掘进施工过程中，对管片的地面管理、吊运拼装和已拼装隧洞的信息化和智能化。
32.在本发明一个可选的实施方式中，结合隧道的实际测量中轴线信息及被拼接成为衬砌的各所述管片的信息，搭建三维隧洞模型，以更直观地反应隧洞情况，便于隧洞管理。
33.在该实施方式一个可选的例子中，计算终端通过读取器获取的各管片的信息，搭建管片信息库，可以实现吊运拼装过程中的智能化管理，拼装结束后，由于每一环管片的宽度都相同，结合隧道的实际测量中轴线信息，便可以搭建出以管片电子标签信息为基础的三维隧洞模型。
34.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车3上还安装有监测装置，在物料运输车3移动时，监测装置对隧洞内情况进行监测，以代替人工携带设备下洞周期性测量查验；随物料运输车3往复移动，能够周期性地对隧洞进行监测，提高隧洞监测的全面性、准确性和及时性。
35.在该实施方式一个可选的例子中，监测装置检测到隧洞发生损坏时，读取器读取该损坏处管片的管片电子标签，以确定该损坏的具体位置。
36.在该实施方式一个可选的例子中，计算终端根据监测装置的监测结果实时更正所述三维隧洞模型。计算终端根据物料运输车3往复移动过程中的隧洞监测，可以实现在三维隧洞模型中实时更正对应区域管道的异常情况和管理情况，基于此实现整个隧洞智能化和信息化的全周期管理。
37.在该实施方式一个可选的例子中，监测装置为视觉传感器7，视觉传感器7实时采集隧洞内的管片、管道图像信息。
38.在物料运输车3往复移动过程中，通过视觉传感器7大量采集隧道图片，通过深度学习构建的检测器，对采集到的图片进行筛选，将正常状态下的图片直接丢弃，直到检测出有破损或泄露的隧道图片，对隧道监测的范围为事先通过数据集对深度学习训练得到的网络模型。
39.在本发明中，一方面结合物料运输车所安装的读取器，可以主动读取发生损坏的区域管片其内管片电子标签中所具有的信息，并直接清楚的获取出现损坏区域(故障区域)的信息，有利于快速定位问题所在并采取对应的材料进行更换，另一方面，可以直接通过物料运输，获取视觉传感器的采集图像信息，更直观的观察到隧洞内的损坏(故障)类型。
40.在一个可选的例子中，损坏至少包括管片破损、管道泄露和管片螺栓松动掉落。
41.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车上设有运输车电子标签，隧洞内设有多个基站，运输车电子标签向外发送电子信号，各基站接收该运输车电子标签发送的电子信号，通过电子信号判断物料运输车在隧洞内的位置坐标。
42.在该实施方式一个可选的例子中，物料运输车沿固定线路移动，根据固定路线和
位置坐标对物料运输车进行速度调整。
43.在一个可选的例子中，在隧洞内行驶时物料运输车上所安装的运输车电子标签向外发送电子信号，隧洞内安装的多个基站接收运输车电子标签发送的信号，基于到达时间差定位tdoa方法判断出物料运输车在隧洞内的位置坐标，根据位置坐标与隧洞内路线匹配进行速度调整，在隧洞内直线段快速行驶，在曲线段降低速度慢速行驶，
44.在本发明一个可选的实施方式中，通过识别隧洞内和物料运输车上安装的运输车电子标签来判断是否到达物料卸载的地点，卸载完后物料运输车反向行驶向隧洞口，到达隧洞口后进行下一轮的物料运输。
45.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车吊装或卸载管片时，通过所述读取器实时读取被吊装或卸载的管片上的管片电子标签以判断吊装过程或卸载过程是否结束。
46.在该实施方式一个可选的例子中，物料运输车初始位置为空载状态，停靠在隧洞口位置，由吊机向物料运输车上吊装管片，由物料运输车装载物料所在厢体所安装rfid读取器识别搭载物料上所携带的电子标签来判断吊装过程是否结束，吊装物料结束后，物料运输车开始移动(进入自动驾驶过程)。
47.在本发明一个可选的实施方式中，读取器和管片电子标签通过rfid技术、uwb无线波技术、蓝牙aoa技术进行数据通信。
48.本发明还提出一种隧洞全周期管理系统，该隧洞全周期管理系统包括物料运输车3、设置在物料运输车3上的读取器，设置在各管片上的管片电子标签，物料运输车3用于运输管片并能够在隧洞口和隧洞内的盾构区域之间往复移动，管片电子标签内记载有对应管片的信息，读取器读取管片电子标签。
49.在本发明一个可选的实施方式中，隧洞全周期管理系统还包括设置在物料运输车3上的监测装置，监测装置对隧洞内情况进行监测。
50.在该实施方式一个可选的例子中，监测装置为视觉传感器7，视觉传感器7实时采集隧洞内的管片、管道图像信息。
51.在一个可选的例子中，物料运输车3两端位置处分别布置安装有视觉传感器7，一方面通过视觉检测来实现隧洞监测过程，智能监护隧道安全，检测管片是否破损，管道是否泄露等情况，一方面可通过实时采集隧洞内视频信息供隧洞外计算终端(控制室)使用判断。
52.在一个可选的例子中，视觉传感器7的安装数量不受限制，可安装1个或者2个或者多个。
53.在本发明一个可选的实施方式中，隧洞全周期管理系统还包括中央处理器8和计算终端，中央处理器8设置在物料运输车3上，计算终端设置于隧洞外，中央处理器8接收所述读取器和所述监测装置所采集的信息并与计算终端进行实时信息交互。
54.在该实施方式一个可选的例子中，中央处理器8内设有无线模块，通过该无线模块与计算终端进行实时信息交互。
55.在本发明一个可选的实施方式中，隧洞全周期管理系统还包括设置在物料运输车3上的运输车电子标签和设置于隧洞内的基站，运输车电子标签向外发送电子信号，基站接收该运输车电子标签发送的电子信号，中央处理器8与基站进行信息交互以执行自动行驶控制。
56.在本发明一个可选的实施方式中，隧洞全周期管理系统还包括设置在物料运输车3上的测距传感器10，测距传感器10实时测量物料运输车3前方是否存在障碍物及与障碍物的距离。
57.在该实施方式一个可选的例子中，测距传感器10安装在物料运输车3的前端底部位置，可实时测量前往是否存在障碍物及障碍物的距离。
58.在一个可选的例子中，测距传感器10可使用超声波传感器、红外传感器等型号，不做具体限制。
59.在本发明一个可选实施方式中，读取器包括隧洞读取器6和车体读取器13，隧洞读取器6用于读取衬砌内的管片电子标签，通过数据库内信息查询实现对当前管片的信息化识别；车体读取器13设置在物料运输车3物料搭载区域；且每段搭载区域都会安装单独的车体读取器，车体读取器13用来识别所搭载的管片中的管片电子标签14以了解对应区域搭载物料装载和卸运情况。
60.在该实施方式一个可选的例子中，车体读取器通过感应对应区域中管片电子标签的信息和数量，来判断当前物料的装载完成情况和卸运完成情况。
61.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车3上还安装有电池箱9、电量检测传感器，电池箱9负责向物料运输车3的读取器、中央处理器8等提供电量驱动支持，同时配备安装电量检测传感器，当电量低于设置报警线时，发出电量报警信息，并在完成当前环管片运输返回随洞口时自行前往充电桩位置进行接触式充电，也可接收人为发出指令前往充电。
62.在该实施方式一个可选的例子中，隧洞内铺设有行车导轨2，物料运输车3通过双向车轮4行驶在行车导轨2上，各双向车轮4分别通过双向驱动电机5驱动并实现方向速度的调节，在运输过程中物料运输车3双向行驶。同时，池箱负责向物料运输车3的双向驱动电机5提供电量支持。
63.在该实施方式一个可选的例子中，物料运输车3充电桩设立在隧洞口位置，与外接三级电源箱相连接，为非接触式充电设计，物料运输车3采用电池箱9为双向驱动电机5、安装传感器、中央处理器8及车体电气设备供电，电池箱9配置有电量检测传感器，每次完成一轮任务后，电量检测传感器会检测电量是否低于安全值，低于安全值时中央处理器8会控制小车自行前往充电地点进行接触式充电，同时也可以接收隧洞外控制室的充电指令前往进行充电。
64.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车3在盾构施工过程中不但用于运输管片，还用于运输浆液、拖车导轨、管道等物料。
65.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车3在隧道口吊运物料运输到隧道内部盾构拖车区域，卸载完物料返回洞口准备下一车的物料为一个循环，通过在物料装载区域安装物料读取器识别对应区域的物料装载情况，实现运输小车的启停逻辑，并且通过接受到布置在隧洞内部的基站所发出的信号，实现在隧洞内部行驶时的定位和速度控制，配合视觉传感器7实现物料运输过程和隧洞监测过程的全自动化进行。
66.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车3上还设置有警示灯11、喇叭12及照明灯，警示灯11布置在物料运输车3顶端位置，用于在隧洞环境内发出警示信息，如避障过程，隧洞检修过程；喇叭12及照明灯布置在物料运输车3的前端底部位置，喇叭12用于提醒
和提示自身所在位置，照明灯于昏暗环境，及当隧洞外控制室通过视觉传感器7采集视频实时查看隧洞内状况时使用。
67.在本发明一个可选的实施方式中，物料运输车3上还设置有里程计和承重感应器。
68.在本发明中，如图1、图2所示，通过在物料运输车3上布置的激光传感器、视觉传感器7、测距传感器10，电量检测传感器、里程计、承重感应器、无线传输结构及中央处理器8的共同作用，实现了物料运输车的自动驾驶和自动运输，极大的减少盾构施工过程中人工的参与度，特别是在微型盾构狭窄空间环境下，提升了盾构施工过程中的效率和安全性。
69.其中，激光传感器获取隧洞内三维点云数据，与测距传感器及限位标签共同实现运输小车在隧洞内自动驾驶的启停逻辑和避障行为，实现了盾构施工过程中物料运输车的自主启停、自动行驶、有效避障和自主充电一体化。电子标签与里程计共同实现小车在隧洞内的位置感知及隧洞轴线的生成，视觉传感器通过物料运输车的自动巡航来实现隧洞内的监测，承重感应器负责小车在搭载物料和卸载物料时的状态感知，电量检测传感器用来指示物料运输车何时前往充电桩进行自主充电。通过各个传感器和工作模板的配合来完成隧道掘进施工过程中整个物料运输过程和隧洞监测的智能化和自动化，节约了人力成本，提升了施工效率，传感器和运输小车一体化设计，适用性较高，特别是在微型盾构隧洞环境中也可应用；同时也避免了物料运输、隧洞监测环节的人工参与，大大提升了施工的安全性，缩短了物料运输和监测时间的间隔，工作人员可实时发现、掌握隧洞内的结构变形、管片故障等情况，综合提升了掘进施工的智能化程度。
70.在本发明中，通过在物料运输车结合电子标签技术的应用一方面降低传感器的使用成本，一方面避免了隧洞多粉尘、泥浆、封闭环境对激光等传感器的限制，保证了在复杂隧洞环境下物料自动运输小车的定位、控制准确性；自动隧洞监测降低了因人员下洞监测带来的危险性，同时避免了人工发现问题不全面、不及时的问题，提高了隧洞施工的效率和安全性；基于电子标签技术各个模块相互配合的隧洞全周期管理在根本上提高了隧洞建设的智能化和信息化，能够促进到隧洞施工的效率、安全、管理等方面。
71.在本发明一个可选的实施方式中，管片的信息至少包括如出厂日期、管片型号、计划拼装点位和在隧洞内管片所在环数等。
72.在本发明一个可选的实施方式中，盾构施工过程中，隧洞的已拼装管片区域(衬砌区域)，为物料运输车所在的工作环境，每一环的管片状态以及布置在隧洞内的管道为隧洞监测的视觉信息采集对象，在其中分段布置有基站，结合运输车电子标签进行隧洞内的物料运输车的定位，并根据定位判断当前隧洞段处于正常直线前进路段还是拐弯路段，以此来进行物料运输车速度的控制，行车导轨2铺设在隧洞内内部底端，随盾构掘进而进行延伸铺设，供盾构盾体后拖车和物料运输车行驶使用。
73.现结合一采用rfid通信技术的实施例，详细说明本发明提出的隧洞全周期管理方法及系统的具体原理及实施过程。
74.在本实施例中，隧洞全周期管理系统包括设置在物料运输车3上的读取器(rfid读取器)、运输车电子标签(rfid电子标签)、视觉传感器、中央处理器、测距传感器、电池箱及电量监测传感器，隧洞全周期管理系统还包括设置在隧洞内的多个基站(rfid基站)、设置在控制室(隧洞外)的计算终端和设置在管片上的管片电子标签(rfid电子标签)。隧洞全周期管理方法及系统具体的技术方案与实现过程如下：
75.(1)盾构施工掘进过程中，物料运输车负责将洞外的管片等物料运输到洞内，整个过程中通过rfid电子标签和车体rfid读取器和隧洞内rfid信号基站，完成整个过程中的自动行驶、自主启停判断，并且在工作中遇到障碍物或者进入隧洞工作的人员，能够及时判断并有效避障。实现盾构施工过程中物料运输、小车智能启停、自动行驶、有效避障和自主充电一体化。具体技术实施内容如下：
76.首先将隧洞口外部设为物料运输车的初始位置，方便吊车进行管片等物料的吊运装配，物料运输车需要运输的管片等物料在不同区域放置，并且每个区域都放置单独的rfid读取器，每一块管片都含有rfid电子标签，在吊运之前工作人员就已经通过rfid读写器写入相关电子信息，有管片出厂信息(厂家、管片制造材料、出厂日期)、管片型号(拼装型号)、拼装点位、拼装环数(即在隧洞内待拼装的位置)等信息。当吊车吊运物料开始后，rfid读写器会实时感应区域内的rfid电子信息，当一次任务所需物料装配完成后，如管片装配一环，中央处理器会接收到当前已吊装物料类型m
mat
＝{n
seg
,n
slu
,n
con
,
…
}(如某个物料装载完成后对应的n会变成有效值，如管片装载完成后n
seg
＝1)，同时，物料运输车从“吊运阶段”状态切换到“吊运结束、开始运输”状态，运输小车开始启动，低速状态下向隧洞内行驶，同时，物料运输车上的rfid电子标签开始向外传输电子信息，利用tdoa算法判断物料运输车在隧洞内的位置坐标。
77.隧洞内的rfid基站为事先放置，数量为3个及3个以上，在隧洞内的位置是事先已知的，所采用的定位方式为信号到达时间差定位tdoa算法，通过测量电子标签信号到达隧道内多个定位rfid基站的时间值来判断移动物料小车的位置坐标，这种定位方法的优点是只需要保证每个rfid基站之间的时间同步，大大降低了系统的复杂性。(由于rfid基站为固定状态，所以进行rfid基站之间的时间同步要比进行rfid基站和移动rfid电子标签之间的时间同步要更为容易)
78.如图3所示，根据公式得到在隧洞内行驶的物料运输车(x,y)到三个阅读器(rfid基站)(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)之前的距离：
[0079][0080]
然后，通过矩阵运算即可得到物料运输车(x,y)在隧洞内的三维空间位置：
[0081][0082]
其中，由于隧道施工环境的影响，如盾构高压电缆的强电流的干扰，其次，隧道环境多数是由混凝土钢筋骨架管片所包围的环境，这种环境会吸收、衰减信号强度，所以在tdoa定位的基础上使用接收信号强度rssi算法进行定位结果上的加权互补，来确保隧洞内运输小车定位的准确度和精度。
[0083]
rssi算法是通过接收到的信号强弱来测定信号点(物料运输车rfid电子标签)与接受点(隧道内rfid基站)之间的距离，建立射频信号中常用的shadowing模型：
[0084]
[0085]
公式中，d是隧道内射频信号接收端(即rfid基站)与发射端(物料运输车rfid电子标签)之前的距离，d0为参考距离，隧洞内通常取1m，在参考距离点处的接收信号功率，为接收端的接收信号功率，x
dbm
为一个均值为0的高斯噪音随机变量，它是环境影响因素，反映了当距离一定时，接收信号功率的变化；它的取值由周围环境确定，可以通过现场试验来获取，n为射频的路径损耗参数，是信号能量随着到阅读器距离增加而衰减的速率，其数值的大小取决于无线信号传播的环境。
[0086]
rssi算法使用中分为采集训练阶段和跟踪阶段，采集训练阶段是在隧道内选取一些关键的、间隔的位置作为参考点，然后把rfid电子标签依次摆放在这些位置确定的参考点上，当隧道内附件的rfid基站接收到电子标签发出的信号时，采集当前信号强度，以及电子标签当前的参考点位置完善shadowing模型，当模型建立后，就可以通过物料运输车在运输过程中接收到的信号强度来判断物料运输车所处的位置。
[0087]
综上所述，隧道内的物料运输车高精度定位是利用在隧洞内布置的3个及3个以上rfid基站协调工作而完成的，是通过tdoa定位算法来获取到物料运输车的多个识别位置初始值，首先通过均值滤波等相关算法自检剔除掉异常数据，然后通过与rssi方法结合，进行最佳线性加权运算获取最优的目标估计值，实现的过程如图4所示。
[0088]
物料运输车在从洞口开始向隧洞内部运输时，高精度定位始终处于打开状态，当进入到隧洞内部时，由于rfid基站在隧洞内部放置，所以当具有定位信号时，物料运输车已经经过隧洞口在隧洞内部，并将当前定位结果与隧洞路线作为对比，判断当前所处于直线段或者是曲线段，在直线段快速行驶3m/s，在曲线段缓慢前进1m/s，由于盾构盾体尾部拖车有一定高度，物料运输车从隧洞内铺设轨道会通过一定斜度行驶到拖车上物料卸载位置，所以在进入拖车时需要缓慢行驶来确保安全性，在盾构拖车尾部两端和卸载物料位置分别设置rfid电子标签，当物料运输车所搭载rfid读取器检测到将要进入到拖车尾部区域时，调节速度缓慢行驶，直至完全在拖车上行驶，流程如图5所示，始终以低速状态行驶，通过识别与当前运输任务m
mat
＝{n
seg
,n
slu
,n
con
,
…
}对应的rfid标签，在对应的位置停下，同时对应区域的rfid读取器开始检测对应运输装料区域，当物料被完全卸载后，将对应的n置0，短暂延迟后，小车开始反向运输，向隧洞口行驶。
[0089]
当物料运输车在隧洞内进行物料运输任务时，小车上所安装的测距传感器一直处于工作模式，用于判断小车行驶路线前端和后端是否有行人或者是障碍物出现，当发现轨行区前方距离运输车100m处有障碍物或者工作人员，运输小车的警示灯呈绿色闪烁状态，此时仍为安全距离，当行驶至80m处时，若发现障碍物或工作人员仍滞留在轨行区，警示灯转为黄色闪烁状态，并伴有短促的蜂鸣，也是对前方作业人员的提醒，此时物料运输车开始减速行驶，为安全预警状态；当行驶至50m处时，若发现障碍物或作业人员仍滞留在轨行区，则警示灯转为红色闪烁状态，并伴有长鸣，物料运输车速度停止，处于报警状态，在原地等待障碍物或行人的经过，若等待t＝8分钟后，障碍物或作业人员仍处于50m范围内，则主动联系隧洞外控制室，来请求下一步的行动指示，此时主控室人员可以通过物料运输车上的视觉传感器观察到隧道内的障碍物或工作人员现状，从而做出相应的判断。具体流程如图6所示。其中，可通过将工作人员的衣服或者安全帽中制作添加rfid标签实现工作人员在隧洞内的实时定位，以及与物料运输车靠近时的主动提醒。
[0090]
物料运输车充电桩设立在隧洞口位置，与外接三级电源箱相连接，为非接触式充电设计，物料运输车采用电池箱为双向驱动电机、安装传感器、中央处理器及车体电气设备供电，电池箱配置有电量检测传感器，每次完成一轮任务后，电量检测传感器会检测电量是否低于安全值，低于安全值时中央处理器会控制小车自行前往充电地点进行接触式充电，同时也可以接收隧洞外控制室的充电指令前往进行充电。
[0091]
(2)盾构机掘进施工过程中，已拼装管片区域会发生管片破损、管道泄露、管片螺栓松动掉落的情况，目前检测方式多数为人工携带设备下洞周期性测量查验，存在检测准确性低、分析不全面的问题，因此在物料运输车上搭载视觉传感器，在物料运输车自动行驶或者巡检过程中完成对隧道状态的监测，通过视觉传感器大量采集隧道图片，通过深度学习构建的检测器，对采集到的图片进行筛选，将正常状态下的图片直接丢弃，直到检测出有破损或泄露的隧道图片，对隧道监测的范围为事先通过数据集对深度学习训练得到的网络模型；
[0092]
当视觉传感器检测到隧洞内存在管片破损、管道泄露等发生故障的区域，会通过中央处理器主动的将故障图片和检测出的故障信息传输给隧洞外主控室，隧洞外控制室工作人员一方面结合物料运输车所安装的rfid读取器，可以主动读取发生故障的区域管片其内rfid电子标签中所具有的信息，隧洞外控制室可以直接清楚的获取出现故障区域的信息，有利于快速定位问题所在并采取对应的材料进行更换，另一方面，可以直接通过远程控制物料运输车，获取视觉传感器的采集图像信息，更直观的观察到隧洞内的故障类型。
[0093]
(3)隧洞全周期管理。通过对rfid电子标签和rfid读写器的使用，可以实现在盾构掘进施工过程中，对管片的地面管理、吊运拼装和已拼装隧洞的信息化和智能化，通过在管片上使用rfid电子标签，并在其内输入每一个管片的出厂信息、型号、拼装点位和环数，通过在控制室搭建管片信息库，可以实现吊运拼装过程中的智能化管理，拼装结束后，由于每一环管片的宽度都相同，结合隧道的实际测量中轴线信息，可以搭建出以管片rfid电子标签信息为基础的三维隧洞模型，结合物料自动运输和自动巡航过程中的隧洞监测，可以实现在三维隧洞模型中实时更正对应区域管道的异常情况和管理情况，基于此实现整个隧洞智能化和信息化的全周期管理。
[0094]
本发明提出的隧洞全周期管理方法及系统提高了盾构施工各个过程的信息化、自动化程度：
[0095]
在物料运输和自动行驶过程中，物料运输车初始位置为空载状态，停靠在隧洞口位置，由吊机向小车上吊装管片或者其他物料，由小车装载物料所在厢体所安装rfid读取器识别搭载物料上所携带的电子标签来判断吊装过程是否结束，吊装物料结束后，物料运输车开始进入自动驾驶过程，缓慢行驶进入隧洞，在隧洞内行驶时物料运输车上所安装的rfid电子标签向外发送电子信号，隧洞内安装的多个rfid基站接收rfid电子标签发送的信号，基于到达时间差定位tdoa方法判断出移动物料小车在隧洞内的位置坐标，根据位置坐标与隧洞内路线匹配进行速度调整，在隧洞内直线段快速行驶，在曲线段降低速度慢速行驶，通过识别隧洞内和拖车上安装的rfid电子标签来判断是否到达物料卸载的地点，卸载完后物料运输车反向行驶向隧洞口，到达隧洞口后进行下一轮的物料运输；
[0096]
在隧洞监控过程中，物料运输车在物料运输和自动巡检过程中通过视觉传感器实时采集隧洞内的管片、管道图像信息，通过物料运输车配置的中央处理器实时分析判断，来
监测隧洞内已拼装管片区域是否发生管片破损、管道泄露、管片螺栓是否松动掉落的情况，结合运输小车定位可将发生损坏区域的问题类型、紧急状况、在隧洞内具体位置通过无线传输到隧洞外控制室，及时报警，降低影响，提升施工安全性；
[0097]
在隧洞全周期管理中，通过在管片上设置rfid电子标签，使管片在吊运、物料运输、拼装成型阶段信息化进行，每块电子标签都含有管片出厂信息、管片型号、计划拼装点位和在隧洞内管片所在环数等信息，通过在地面上控制室建立隧洞管片数据模型可实现整个隧洞的信息化管理，同时通过rfid隧洞内基站可实现对物料运输车的运输路线、状态可视化管理，通过视觉隧洞监控可实时反映隧洞内发生管片破损等故障情况信息和所处位置，以及故障所在管片信息，来实现盾构施工过程中的隧洞全周期管理。
[0098]
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。