自動導向系統

20世紀90年代末，日本 MAC 公司研製了以陀螺慣量原理為主的盾構掘進導向系統，英國 ZED 公司研製了 ZED 盾構導向系統。由於陀螺儀不適應於盾構慢速運動狀態; ZED 產品換站過程中需用人工計算，也不適應現場需求。所以，兩個系統相繼被市場淘汰。之後，德國 VMT 公司研製了以激光電子檢測技術為主的VMT盾構掘進導向系統; 日本演算工房研製了以光學稜鏡測量技術為主的 Robtec盾構掘進自動導向系統。前者是將激光束照射在置於盾構內專用的電子目標靶上，測出激光光束和標靶的位置關係，再推算出盾構機姿態; 後者是通過測量設置在盾構機中固定位置上的若干個稜鏡的絕對座標，根據稜鏡與盾構機切口和盾尾的相對位置關係，推算出盾構機的位置和姿態。兩者的共同特點是: 充分運用現代計算機、信息、測量技術，結合盾構施工技術，使所研製的系統測量精度符合盾構姿態連續檢測的要求。兩者的差異是: VMT系統的激光始終落在定製的目標靶上，目標測量和數據處理的週期為1s左右; Robtec 系統循環檢測盾構內不同位置的標準稜鏡，巡迴檢測週期為40s以上。 ^[1] 

採用光學稜鏡測量技術為主的技術方案。在盾構內部正上方佈置3個光學稜鏡，全站儀檢測盾構內3個稜鏡的位置，由計算機根據空間測量計算得出盾構的運動姿態，包括盾構掘進施工需要掌握的切口平面、切口高程、盾尾平面、盾尾高程等偏差，以及盾構傾斜角和盾構轉角數據。如果盾構內某稜鏡受到施工環境干擾，只要測出 2個目標稜鏡，結合安裝在盾構內的電子傾斜儀數據也可以計算出盾構姿態。後視稜鏡作為地面絕對座標引入的參考基準，以動態校驗全站儀的空間位置。盾構掘進過程中，需要及時掌握盾構的姿態變化數據，以提供糾偏依據。根據盾構掘進的速度和盾構姿態數據尚未參與盾構掘進自動控制的現狀。一般認為1min的採樣週期就能滿足工程應用要求。

1) 系統由全站儀、目標稜鏡、傾斜儀、計算機組成 。

(1) 該系統選用TPS1200全站儀，利用ATR功能，可自動搜索稜鏡，並使望遠鏡十字絲精確照準目標。該全站儀可實現與其他設備的通信。

(2) 採用徠卡小稜鏡或 360°小稜鏡，目標稜鏡固定在盾構機內，為系統自動跟蹤測量提供目標。

(3)採用NS-15/P2SAMS-A型高精度雙軸傳感器，檢測盾構機的坡度與滾角。該傳感器精度為0. 01°，為數字量輸出的傾角傳感器，量程範圍為± 15°，輸出的是 RS232 信號。

(4) 選用無線收發轉換器( SAMS-C和SAMS-B) ，建立盾構內計算機和置於隧道內測量平台上的全站儀的通信鏈路。

(5) 計算機實現測控運算和系統集成功能。 ^[1] 

盾構掘進機內裝有變頻器、高壓櫃、電動機等電氣設備，系統運行的電磁環境複雜，全站儀和計算機之間的無線通信容易受到各種干擾。對於固定頻率的干擾信號採用適當增加通信信號強度、調整通信頻率、鎖定通信地址等手段予以解決，效果良好，但是仍有少量隨機干擾影響系統運行的穩定性。根據隨機干擾的不確定性和系統實時性要求不高的特點，系統採用固定數據通信格式，在每次通信完成後檢測格式是否正確，及時發現由於受干擾而發生格式改變的通信數據。對於格式正確的

通信數據，根據測量對象的位置關係再進行校核，以求發現極少部分格式正確而數據受干擾被改變的通信數據。在發現數據受到干擾的基礎上，根據干擾是隨機的、持續時間短等特點，採用重發數據的方法，保證通信的正確性。 ^[2]