[发明专利]一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统

权利要求书

1.一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统，包括多个扫描仪和一个上位机，上位机由无线通信模块、定位模块、数据采集模块、处理模块、显示模块和数据存储模块组成，其特征在于，所述扫描仪的软件模块和硬件，包括围岩轮廓扫描模块、围岩形貌观测模块、无线通信模块和控制模块，硬件包括测距仪、侧斜仪、摄像头、光源、电子伸缩和转动平台、电池、微处理器、信号调理和转换电路，

所述上位机通过无线通信连接的下位机与所述扫描仪进行信号传输，电子伸缩和转动平台的运行状态由上位机进行控制，上位机控制各扫描仪中光源的亮度以及观测角度，达到局部位置重点详细观测的目的，其中，

上位机中心为基准坐标系原点，其坐标通过隧道内激光导向系统中的安装于管片上的激光指向仪的坐标进行标定，从而将地面监测控制网的坐标引入，扫描仪中心为临时坐标系原点，隧道围岩断面轮廓测量数据使用极坐标进行表示；

扫描仪安装在辅助推进油缸截面处的护盾的各个观测孔处，根据所需在后护盾上钻取观测孔和安设快速安装基座和轨道，在辅助推进油缸不影响安装的情况下可直接将扫描仪快速安装在基座上就位。

2.根据权利要求1所述的一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统，其特征在于，所述上位机位于辅助推进油缸位置的护盾轴线处，其中，所述无线通信模块负责接收扫描仪的扫描数据并将其传输给数据采集模块与处理模块，处理部分包括信号的编译、隧道断面二维轮廓建立、隧道实际开挖面三维轮廓建立、围岩形貌实时成像与隧道实际开挖面三维岩貌图像拼接。

3.根据权利要求1所述的一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统，其特征在于，所述定位模块主要是对护盾掘进机上观测孔处的扫描仪进行角度和距离定位，距离定位主要通过测距仪实现，角度为上位机与扫描仪连线与水平的夹角，通过可视激光实现；

所述数据采集模块通过无线通信模块获取扫描仪采集的信号数据，通过处理模块实现距离和角度的换算，生成隧道断面二维轮廓图和隧道实际开挖面三维模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统，其特征在于，所述显示模块对二维和三维模型进行显示输出，同时也能够显示由摄像头采集的隧道围岩岩貌图像；

所述处理模块能够对多个观测孔拍摄的隧道围岩岩貌图像进行拼接，从而形成完整的隧道围岩岩貌三维图像。

5.根据权利要求1所述的一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统，其特征在于，所述上位机布置在护盾的轴线位置O点处，护盾上钻取一系列小直径观测孔A、B、C、D、E、F、G，在各观测孔处有快速安装基座和轨道，方便扫描仪的快速安装与拆卸，每个观测孔处的扫描仪能够对一定范围内的围岩进行扫描与观测。

6.根据前述权利要求之一所述的一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统，其特征在于，所述扫描仪采用模块化设计，包括围岩轮廓扫描模块、围岩形貌观测模块、无线通信模块和控制模块，硬件包括测距仪、测斜仪、摄像头、光源、电子伸缩和转动平台、电池、微处理器、信号调理和转换电路；所述扫描仪具有自诊断功能，在自身产生问题时能够将问题报警信息及诊断信息通过下位机报告给上位机，方便做进一步处理与解决。

7.根据权利要求6所述的一种基于双护盾TBM工艺的建立隧道三维模型的系统，其特征在于，所述微处理器完成数据的采集、发送以及接受上位机的指令，且整个扫描仪由高性能高温锂电池供电，能够适应井下恶劣环境，从而实现自动启动测量、结束测量、启动数据传输、停止数据传输，接受上位机指令。