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专利号: 2025100823026
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节方法,其特征在于,所述方法包括:交互工程规划并识别隧道中心线,确定掘进基准轴线,其中,所述掘进基准轴线标识有高斯曲率,通过高斯曲率确定关键姿态节点与曲率趋变向量,所述关键姿态节点位于所述隧道中心线,且分布密度与曲率趋变向量呈正相关;

确定基于所述掘进基准轴线的隧道剖面并进行三角栅格划分,构建空间栅格地图;

设定盾构机的姿态位置关系,结合所述空间栅格地图,训练姿态调节模块,其中,所述姿态调节模块包含调节决策单元与优化决策单元;

基于传感测量设备,获取实时掘进的测量数据,其中,所述传感测量设备包含测位设备与雷达设备,所述雷达设备安装于盾构刀盘;

回传所述测量数据至所述姿态调节模块,进行盾构机掘进运行中各盾构单环的盾构姿态失准度量与调节决策,确定姿态调节策略;

所述姿态调节策略响应至盾构机的控制中心,执行盾构机掘进的姿态调节管控;

其中,训练姿态调节模块,包括:

获取影响盾构机掘进姿态的影响因素,挖掘影响因素与掘进姿态参数的相对控制关系,所述影响因素包含地质环境因素与掘进机参控因素;

遍历所述相对控制关系,确定线性控制关系,其中,包含线性参数与非线性参数的近似线性;

以所述线性控制关系为基准,结合所述姿态位置关系与所述空间栅格地图,监督训练所述调节决策单元;

以非线性参数的组合寻优为目标,监督训练所述优化决策单元。

2.如权利要求1所述的一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节方法,其特征在于,所述确定掘进基准轴线,包括:识别所述隧道中心线,逐中心线节点度量高斯曲率,定位关键姿态节点;

针对所述关键姿态节点,确定曲率趋变向量,其中,所述曲率趋变向量包含方向特征与矢量特征;

映射所述关键姿态节点与所述曲率趋变向量,对所述隧道中心线进行标记,作为所述掘进基准轴线。

3.如权利要求1所述的一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节方法,其特征在于,设定盾构机的姿态位置关系,所述姿态位置关系包含位移姿态关系与角度姿态关系;

其中,所述角度姿态关系包含水平角姿态关系、俯仰角姿态关系与转动角姿态关系,水平角为掘进方向的盾构机中心轴线在水平面的投影与所述掘进基准轴线的夹角,俯仰角为盾构机中心轴线与水平面的夹角,转动角为盾构机绕自身中心轴线转动的角度;

所述位移姿态关系包含盾头位移关系与盾尾位移关系,盾头位移包含盾头垂直位移与盾头水平位移。

4.如权利要求2所述的一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节方法,其特征在于,所述获取实时掘进的测量数据,包括:以所述关键姿态节点为约束,确定第一关键姿态节点,其中,所述第一关键姿态节点为基于盾构机实时位置的下一关键姿态节点;

对所述第一关键姿态节点前推预设距离,生成传感监测指令,其中,以盾构机的运动反向为前推方向;

所述传感监测指令响应于所述测位设备与雷达设备,采集测位数据与雷达数据,其中,所述雷达数据为盾构机施工面前方的地层特性数据。

5.如权利要求1所述的一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节方法,其特征在于,进行盾构机掘进运行中各盾构单环的盾构姿态失准度量与调节决策,包括:识别所述测量数据,于所述调节决策单元中进行基于所述姿态位置关系的掘进姿态失准度量与纠偏,确定姿态预调尺幅;

以所述线性控制关系,确定姿态调节参数组;

结合所述优化决策单元,对所述姿态调节参数组进行非线性参控优化,输出所述姿态调节策略。

6.如权利要求5所述的一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节方法,其特征在于,对所述姿态调节参数组进行非线性参控优化,包括:遍历所述姿态调节参数,确定非线性参数组;

以所述非线性参数组为优化变量,以所述姿态调节策略为初始策略,进行寻优迭代至收敛,确定所述姿态调节策略,其中,设定变量优化调整的单位步幅,所述单位步幅为小量级步幅。

7.一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节系统,其特征在于,用于执行权利要求1‑6任一项所述的一种多传感器监测下盾构机掘进姿态调节方法,所述系统包括:轴线确定单元,所述轴线确定单元用于交互工程规划并识别隧道中心线,确定掘进基准轴线,其中,所述掘进基准轴线标识有高斯曲率,通过高斯曲率确定关键姿态节点与曲率趋变向量,所述关键姿态节点位于所述隧道中心线,且分布密度与曲率趋变向量呈正相关;

栅格划分单元,所述栅格划分单元用于确定基于所述掘进基准轴线的隧道剖面并进行三角栅格划分,构建空间栅格地图;

模块训练单元,所述模块训练单元用于设定盾构机的姿态位置关系,结合所述空间栅格地图,训练姿态调节模块,其中,所述姿态调节模块包含调节决策单元与优化决策单元;

其中,训练姿态调节模块,包括:

获取影响盾构机掘进姿态的影响因素,挖掘影响因素与掘进姿态参数的相对控制关系,所述影响因素包含地质环境因素与掘进机参控因素;

遍历所述相对控制关系,确定线性控制关系,其中,包含线性参数与非线性参数的近似线性;

以所述线性控制关系为基准,结合所述姿态位置关系与所述空间栅格地图,监督训练所述调节决策单元;

以非线性参数的组合寻优为目标,监督训练所述优化决策单元;

掘进测量单元,所述掘进测量单元用于基于传感测量设备,获取实时掘进的测量数据,其中,所述传感测量设备包含测位设备与雷达设备,所述雷达设备安装于盾构刀盘;

调节决策单元,所述调节决策单元用于回传所述测量数据至所述姿态调节模块,进行盾构机掘进运行中各盾构单环的盾构姿态失准度量与调节决策,确定姿态调节策略;

调节管理单元,所述调节管理单元用于所述姿态调节策略响应至盾构机的控制中心,执行盾构机掘进的姿态调节管控。