本技術涉及隧道施工，特別是涉及一種基于盾構法的水平運輸機車自動駕駛系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、隨著社會發(fā)展，隧道工程在城市建設和交通發(fā)展中扮演著重要的角色，能夠有效緩解交通壓力、改善城市交通條件，提高基礎設施建設水平。隧道工程具體是指在地下或水下開挖和構建的通道，用于交通運輸、供水、排水、通信等目的，通常涉及到復雜的地質條件、工程技術、安全管理等方面的問題。隧道工程包括隧道的設計、施工、監(jiān)測和維護等環(huán)節(jié)，需要由專業(yè)的工程師和施工人員進行操作，其施工方法主要有盾構法、鉆爆法、挖掘法等。隧道工程的設計和施工需要符合國家相關標準和規(guī)范，選擇合適的施工方式需要考慮地質條件、隧道長度、所在環(huán)境等因素，確保工程質量和安全。同時，隧道工程也面臨著地質災害、施工風險、環(huán)境保護等挑戰(zhàn)，需要綜合考慮多方因素，保障工程的順利進行。

2、在地鐵隧道施工智能化改造過程中，水平運輸機車停車作業(yè)時，需要精確停靠在停車點作業(yè)?，F(xiàn)有技術中普遍采取的方法為人工控制方法，需要工人觀察水平運輸機車與精確停靠點的距離，然后通過對講機與水平運輸機車的駕駛員溝通停車位置。而這種控制方法中，一方面人工匯報位置并不準確，另一方面對駕駛員的駕駛技術有較高要求。因此，實現(xiàn)水平運輸機車智能化，減少人為因素導致的事故風險、提高施工安全性，在隧道施工技術領域是十分必要的。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術的目的是提供一種基于盾構法的水平運輸機車自動駕駛系統(tǒng)及方法，可替代人力執(zhí)行重復勞動和高風險工作，減少對人力資源的依賴，降低人力成本，提高工作效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術提供了如下方案：

3、第一方面，本技術提供了一種基于盾構法的水平運輸機車自動駕駛系統(tǒng)，包括盾構機、水平運輸機車和龍門吊；盾構機包括掘進鉆頭、防撞梁、管片轉運區(qū)域、砂漿轉運區(qū)域和出渣口區(qū)域；水平運輸機車包括動力車廂、渣土裝載車廂、砂漿運輸車廂和管片運輸車廂。還包括：無線通信設備，盾構機、水平運輸機車和龍門吊分別與無線通信設備連接。

4、盾構機的防撞梁處設有第一定位標簽、第一激光雷達和第一深度相機；水平運輸機車上設有定位基站；第一定位標簽和定位基站相互配合，實現(xiàn)水平運輸機車對防撞梁的粗定位；第一激光雷達和第一深度相機用于測量得到水平運輸機車與防撞梁之間的距離。

5、盾構機的出渣口區(qū)域處設有第二定位標簽、第二激光雷達和第二深度相機；第二定位標簽和定位基站相互配合，實現(xiàn)水平運輸機車對出渣口區(qū)域的粗定位；第二深度相機用于測量得到水平運輸機車與出渣口區(qū)域之間的距離；第二激光雷達用于測量得到渣土裝載車廂的渣土裝載量。

6、龍門吊處設有第三定位標簽和龍門吊攝像頭；第三定位標簽和定位基站相互配合，實現(xiàn)水平運輸機車對龍門吊的粗定位；龍門吊攝像頭用于拍攝渣土裝載車廂的內部。

7、盾構機的車鉤連接處設有第四定位標簽和第三深度相機；第四定位標簽和定位基站相互配合，實現(xiàn)水平運輸機車對車鉤連接處的粗定位；第三深度相機用于測量得到水平運輸機車與車鉤連接處之間的距離。

8、水平運輸機車上設有車載工控機和列車自動運行模塊，車載工控機用于處理行駛過程中采集的視頻數據和位置數據；所述列車自動運行模塊用于：在水平運輸機車進入防撞梁預設范圍內時，控制水平運輸機車減速；根據水平運輸機車與防撞梁之間的距離和第一預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車停車，使管片運輸車廂和砂漿運輸車廂分別?？吭诠芷D運區(qū)域和砂漿轉運區(qū)域；根據水平運輸機車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車的動作，使渣土裝載車廂?？吭诔鲈趨^(qū)域；在渣土裝載車廂裝滿渣土且管片運輸車廂和砂漿運輸車廂為空之后，根據水平運輸機車與車鉤連接處之間的距離和第三預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車停車，重新連接管片運輸車廂和砂漿運輸車廂，并向龍門吊的方向行進；在水平運輸機車進入龍門吊預設范圍內時，控制水平運輸機車停車；將渣土裝載車廂的渣土進行傾倒并向管片運輸車廂和砂漿運輸車廂裝載管片和砂漿。

9、盾構機上設有盾構機工控機，盾構機工控機用于：根據渣土裝載車廂的渣土裝載量，啟動或停止出渣口區(qū)域向渣土裝載車廂排放渣土；在管片運輸車廂和砂漿運輸車廂脫離并?？亢?，分別從砂漿運輸車廂和管片運輸車廂獲取砂漿和管片。

10、可選地，水平運輸機車的車頭設置有車首攝像頭，水平運輸機車的車尾設置有車尾攝像頭；水平運輸機車上還搭載有列車自動防護模塊，列車自動防護模塊根據車首攝像頭和車尾攝像頭的畫面，判斷行駛過程中是否具有安全風險；在不具有安全風險時，通知列車自動運行模塊控制水平運輸機車行進；在具有安全風險時，通知列車自動運行模塊控制水平運輸機車停止行進。

11、可選地，水平運輸機車上還搭載有車載人機界面；車載人機界面用于顯示各成像設備采集的視頻或圖像數據；成像設備包括第一深度相機、第二深度相機、第三深度相機、龍門吊攝像頭、車首攝像頭和車尾攝像頭。

12、可選地，渣土裝載車廂的數量至少為兩個，渣土裝載車廂用于裝載盾構機在掘進過程中產生的渣土；管片運輸車廂的數量至少為兩個，管片運輸車廂裝載的管片用于加固隧道；砂漿運輸車廂的數量至少為一個，砂漿運輸車廂裝載的砂漿用于填充管片之間的縫隙。

13、可選地，列車自動運行模塊具體用于：在管片運輸車廂和砂漿運輸車廂不為空時，將管片運輸車廂脫離水平運輸機車并停靠在管片轉運區(qū)域，將砂漿運輸車廂脫離水平運輸機車并?？吭谏皾{轉運區(qū)域。

14、在將管片運輸車廂和砂漿運輸車廂?？恐螅鶕竭\輸機車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車的動作，使若干個渣土裝載車廂依次至出渣口區(qū)域裝載渣土。

15、在到達龍門吊處后，在渣土裝載車廂的內部不為空時，控制渣土裝載車廂進行渣土傾倒。

16、可選地，水平運輸機車上還設有激光測速傳感器和輪軸測速傳感器，激光測速傳感器和輪軸測速傳感器用于測量得到水平運輸機車的行進速度。

17、第二方面，本技術提供了一種基于盾構法的水平運輸機車自動駕駛方法，應用如前文所述的基于盾構法的水平運輸機車自動駕駛系統(tǒng)，所述基于盾構法的水平運輸機車自動駕駛方法包括以下步驟：

18、在水平運輸機車進入防撞梁預設范圍內時，控制水平運輸機車減速。

19、根據水平運輸機車與防撞梁之間的距離和第一預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車停車，使管片運輸車廂和砂漿運輸車廂分別?？吭诠芷D運區(qū)域和砂漿轉運區(qū)域。

20、根據水平運輸機車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車的動作，使渣土裝載車廂停靠在出渣口區(qū)域。

21、在渣土裝載車廂裝滿渣土且管片運輸車廂和砂漿運輸車廂為空之后，根據水平運輸機車與車鉤連接處之間的距離和第三預設停靠距離，控制水平運輸機車停車，重新連接管片運輸車廂和砂漿運輸車廂，并向龍門吊的方向行進。

22、在水平運輸機車進入龍門吊預設范圍內時，控制水平運輸機車停車。

23、將渣土裝載車廂的渣土進行傾倒并向管片運輸車廂和砂漿運輸車廂裝載管片和砂漿。

24、可選地，還包括以下步驟：

25、根據車首攝像頭和車尾攝像頭的畫面，判斷行駛過程中是否具有安全風險。

26、在不具有安全風險時，通知列車自動運行模塊控制水平運輸機車行進。

27、在具有安全風險時，通知列車自動運行模塊控制水平運輸機車停止行進。

28、可選地，渣土裝載車廂的數量至少為兩個，渣土裝載車廂用于裝載盾構機在掘進過程中產生的渣土；管片運輸車廂的數量至少為兩個，管片運輸車廂裝載的管片用于加固隧道；砂漿運輸車廂的數量至少為一個，砂漿運輸車廂裝載的砂漿用于填充管片之間的縫隙。

29、可選地，根據水平運輸機車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車的動作，使渣土裝載車廂停靠在出渣口區(qū)域，具體包括以下步驟：

30、根據水平運輸機車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預設?？烤嚯x，控制水平運輸機車的動作，使若干個渣土裝載車廂依次至出渣口區(qū)域裝載渣土。

31、根據本技術提供的具體實施例，本技術公開了以下技術效果：

32、本技術提供了一種基于盾構法的水平運輸機車自動駕駛系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)中包括：無線通信設備，盾構機、水平運輸機車和龍門吊分別與無線通信設備連接。在盾構機的防撞梁處設有第一定位標簽、第一激光雷達和第一深度相機；在盾構機的出渣口區(qū)域處設有第二定位標簽、第二激光雷達和第二深度相機；在龍門吊處設有第三定位標簽和龍門吊攝像頭；在車鉤連接處設有第四定位標簽和第三深度相機；水平運輸機車上的車載工控機處理上述各組件測量的數據，隨后通過列車自動運行模塊控制水平運輸機車減速或停車，完成管片和砂漿的運輸、以及渣土的裝載和卸載。本技術上述方案實現(xiàn)了水平運輸機車的智能化工作，可以減少人為因素導致的事故風險，提高施工安全性，能夠替代人力執(zhí)行重復勞動和高風險工作，減少對人力資源的依賴，降低人力成本，提高工作效率，而且相較于傳統(tǒng)的人工駕駛，停車精度高。