[发明专利]盾构机及其姿态偏移检测方法、装置、设备与存储介质

权利要求书

1.一种盾构机实时姿态偏移检测方法，其特征在于，所述方法包括：

根据扫描仪点云坐标系与盾构机坐标系之间的第一转换参数对获取的扫描仪点云数据进行转换处理，生成在盾构机坐标下的扫描仪点云数据；所述第一转换参数是根据扫描仪标定原理所确定的；所述获取的扫描仪点云数据是利用安置于盾构机控制面上的扫描仪对盾构机进行扫描所获取到的点云数据；

根据预设的点云匹配算法对所述盾构机坐标下的扫描仪点云数据与基础点云数据进行配准，确定盾构机坐标系与基础点云坐标系之间的第二转换参数；

确定盾构机轴线上的多个轴线点并确定所述多个轴线点的盾构机坐标系下的坐标；

根据所述第二转换参数对所述多个轴线点的坐标进行转换处理，生成多个轴线点在基础点云坐标系下的坐标；

根据所述多个轴线点在基础点云坐标系下的坐标确定盾构机实时姿态实时轴线，可与设计轴线对比确定盾构机实时姿态是否存在偏移。

2.根据权利要求1所述的盾构机实时姿态偏移检测方法，其特征在于，根据扫描仪标定原理确定第一转换参数的步骤，具体包括：

利用全站仪获取盾构机上标识点的坐标信息，并根据所述盾构机上标识点的坐标信息确定盾构机坐标系和全站仪坐标系之间的第三转换参数；

利用扫描仪以及全站仪获取非盾构机上标识点的坐标信息，并根据所述非盾构机上标识点的坐标信息确定扫描仪坐标系和全站仪扫描仪坐标系之间的第四转换参数；

根据所述第三转换参数以及所述第四转换参数确定扫描仪坐标系与盾构机坐标系之间的第一转换参数。

3.根据权利要求1所述的盾构机实时姿态偏移检测方法，其特征在于，根据预设的点云匹配算法对所述盾构机坐标下的扫描仪点云数据与基础点云数据进行配准，确定盾构机坐标系与基础点云坐标系之间的第二转换参数的步骤，具体包括：

根据预设的采样规则对盾构机坐标下的当前扫描仪点云数据与基础点云数据进行采样，获取相对应的扫描仪点云数据集与基础点云数据集；

根据预设的变换矩阵求解算法确定使误差函数值最小的旋转矩阵和平移矩阵；所述误差函数值是扫描仪点云数据集经过旋转矩阵和平移矩阵处理后与基础点云数据集中对应数据点的差值平方和；

判断是否满足预设的迭代循环结束条件；

当判断不满足预设的迭代循环结束条件时，根据所述旋转矩阵和平移矩阵对所述扫描仪点云数据集进行更新变换处理，并将更新变换处理后的扫描仪点云数据集确定为当前扫描仪点云数据集，然后返回至所述根据预设的采样规则对盾构机坐标下的当前扫描仪点云数据与基础点云数据进行采样，获取最近邻的扫描仪点云数据集与基础点云数据集的步骤；

当判断满足预设的迭代循环结束条件时，根据所述旋转矩阵和平移矩阵确定第二转换参数。

4.根据权利要求3所述的盾构机实时姿态偏移检测方法，其特征在于，所述根据预设的变换矩阵求解算法确定使误差函数值最小的旋转矩阵和平移矩阵的步骤，具体包括：

确定扫描仪点云数据集的扫描仪点云数据中心坐标与基础点云数据集的基础点云数据中心坐标，并根据所述扫描仪点云数据中心坐标与所述基础点云数据中心坐标分别对所述扫描仪点云数据集以及基础点云数据集进行去中心化处理；

根据去中心化处理后的扫描仪点云数据集与基础点云数据集构建分解矩阵，并对所述分解矩阵进行奇异值分解；

根据所述分解矩阵奇异值分解的结果确定旋转矩阵；

根据所述扫描仪点云数据中心坐标、所述基础点云数据中心坐标以及所述旋转矩阵确定平移矩阵。

5.根据权利要求3所述的盾构机实时姿态偏移检测方法，其特征在于，在所述根据预设的采样规则对盾构机坐标下的当前扫描仪点云数据与基础点云数据进行采样，获取最近邻的扫描仪点云数据集与基础点云数据集的步骤之前，还包括：

根据预设的粗配准算法对所述扫描仪点云数据与基础点云数据进行配准，并确定粗配准旋转矩阵以及粗配准平移矩阵；

根据所述粗配准旋转矩阵以及粗配准平移矩阵对所述扫描仪点云数据进行更新变换处理，并将更新变换处理后的扫描仪点云数据确定为当前扫描仪点云数据。