[发明专利]一种适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统及方法

权利要求书

1.一种适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统，其特征在于，包含：用于提供测站基准数据的固定端和用于依据掘进机运动特征进行数据采集和导向的移动端；所述移动端包含：待测目标靶，设于待测目标靶和固定端之间用于连接传输待测目标靶和固定端姿态数据的各级传递站，及用于接收固定端和各级传递站数据并利用坐标转换获取定位导向数据的上位机；其中，每级传递站包含：用于标识定位识别的特征标志物和用于采集视觉数据的传递站相机，每个传递站上的特征标志物和传递站相机以组为单位，分别对应固定安装在各级台车上，传递站相机将采集的图像数据以网络方式传输至上位机。

2.根据权利要求1所述的适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统，其特征在于，所述待测目标靶固定安装在掘进机盾体上。

3.根据权利要求1所述的适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统，其特征在于，所述固定端采用固定安装在隧道壁上的测站基准相机。

4.根据权利要求1所述的适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统，其特征在于，所述特征标志物采用十字丝标志。

5.根据权利要求1或4所述的适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统，其特征在于，所述特征标志物采用红外LED十字标志。

6.根据权利要求1所述的适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统，其特征在于，所述特征标志物依据掘进机运动特征在图像区域内至少设置四个，每个传递站内的若干特征标志物呈非线性设置。

7.根据权利要求1所述的适用于小直径变曲率视觉传递测量掘进机导向系统，其特征在于，各传递站和上位机之间通过网络交换机进行数据交互。

8.一种适用于小直径变曲率视觉测量的掘进机导向方法，其特征在于，基于权利要求1～7任一项所述的掘进机导向系统实现，其实现过程包含如下内容：

在每个传递站的图像采集区域至少设置4个特征标志物，以通过传递站相机获取传递站特征标志物位置和姿态；

结合各级传递站内特征标志物和传递站相机位置关系，利用姿态传递测量原理获取掘进机盾体上的待测目标靶和固定端之间的位置和姿态。

9.根据权利要求8所述的适用于小直径变曲率视觉测量的掘进机导向方法，其特征在于，每个传递站图像采集区域中的特征标志物呈非线性设置，以通过共面点非共线获取姿态数据。

10.根据权利要求8或9所述的适用于小直径变曲率视觉测量的掘进机导向方法，其特征在于，利用成像模型，建立掘进机前盾坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和偏移向量，以表示前盾坐标系和相机坐标系之间的变换关系；依据每个传递站内获取的视觉数据，将特征标志物成像特征点在前盾坐标系下经坐标转换获取线性方程，结合图像采集区域内的每个特征标志物成像特征点，对线性方程进行求解，其中，求解过程中，利用优化最小目标函数来估计位置和姿态数据，目标函数由成像特征点重投影误差构成。