CN113309574B - 基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***及方法 - Google Patents

Abstract

基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***及方法，隧道内永久衬砌结构为盾构管片，包括设于盾构管片上的吊轨***、设于吊轨***上的隧道监测与指挥机器人、用于为隧道监测与指挥机器人充电的机器人充电桩、用于运输施工材料的无人自动驾驶机车、用于总控整个***的地面控制中心、用于实现隧道监测与指挥机器人与地面控制中心进行无线通讯的无线通信***。本发明先通过隧道监测与指挥机器人对隧道进行监测扫描，获取已掘进隧道断面的变形数据、管片错台、管片破损，以便后期进行处理，同时对隧道安全进行检查，以便及时对无人自动驾驶机车轨道进行检修，有助于加快施工进度，提高施工效率，减少作业人员，节约人力成本，降低工程造价。

Description

基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***及方法

技术领域

本实用发明涉及盾构施工领域，具体属于基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***的工作方法。

背景技术

地铁的修建往往通过人口密集区，所以无法大面积进行地表开挖，需要采用盾构开挖技术。盾构法施工虽有掘进速率快、施工质量高、对周边环境干扰小、施工安全性较高等优势，也在我国的应用迎来了发展高潮，但施工智能化、自动化还处于初期探索阶段，需要大量的人工干预，大部分环节需要人员操作，只有极少部分可以实现少人化或无人化。盾构掘进施工所用的管片、浆液、轨道等各种材料及渣土都是通过作业人员驾驶机车运输的，隧道的断面监测也是通过测量人员完成的，长时间施工作业，作业人员因疲劳易发生事故，且长期在隧道内施工也易造成作业人员健康受损，再加上劳务作业人员老龄化原因，制约着盾构的施工效率，增加了建设成本。

发明内容

本发明的目的是提供基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***的工作方法，通过隧道监测与指挥机器人巡检监测获取隧道图像和断面三维数据，作为隧道病害、贯通测量及后期线路调整的依据；通过隧道监测与指挥机器人和无人自动驾驶机车协同工作，能够实现隧道内盾构管片、浆料等运输的智能化、便捷化，加快施工进度，提高施工安全，减少作业人员，节约人力成本，降低工程造价。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，隧道内永久衬砌结构为盾构管片，其特征在于：包括设于盾构管片上的吊轨***、设于吊轨***上的隧道监测与指挥机器人、用于为隧道监测与指挥机器人充电的机器人充电桩、用于运输施工材料的无人自动驾驶机车、用于总控整个***的地面控制中心、用于实现隧道监测与指挥机器人与地面控制中心进行无线通讯的无线通信***；

所述吊轨***由埋设在盾构管片上的吊装头、吊板和位于吊板底部的吊轨，所述吊轨沿盾构管片通长设置，由H型钢拼接而成；

所述隧道监测与指挥机器人包括固定在吊轨上的悬挂装置和下部功能模块，所述悬挂装置包括行走单元和用于驱动行走单元的驱动单元，所述下部功能模块包括小车框架，以及安装在小车框架上的数据监测采集装置和数据处理指令装置，所述数据监测采集装置包括小车视觉影像装置、小车雷达装置和小车监测扫描装置，所述小车视觉影像装置由至少3台通过数据线与数据处理指令装置连接的摄像头组成，用于观察无人自动驾驶机车运行线路是否存在障碍物，隧道管片是否破损、渗漏，管片螺栓是否松动掉落，止水条是否脱落，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，所述小车雷达装置由多个激光雷达和红外雷达组成，用于观察无人自动驾驶机车运行线路是否存在障碍物，判别机器人自身位置、速度，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，小车监测扫描装置包括2台三维扫描仪，用于扫描隧道断面，以及获取隧道变形数据、管片错台数据，所述数据处理指令装置为高速单片机，用于收发地面控制中心指令，存储、自动采集和综合分析来自数据监测采集装置的数据，以及发出预警及应急指令、指挥操作无人自动驾驶机车；

所述机器人充电桩分别放置在隧道井口和盾构机桥架位置用于为隧道监测与指挥机器人充电，放置隧道井口的充电桩采用悬吊方式，与地面三级配电箱电连接，放置在盾构机桥架处的充电桩采用托架形式放置，与盾构机照明电路电连接；所述充电桩为接触式充电桩，通过接触式形式向隧道监测与指挥机器人的驱动单元的无线电源变频电机的接触式电池充电；

所述无人自动驾驶机车包括承载在机车载体上的视觉影像装置、雷达装置和机车控制电脑，所述机车载体为安装有承重感应装置的电机车，所述视觉影像装置包括分别安装在机车载体机头的上部和下部的摄像头，用于观察无人自动驾驶机车运行线路是否存在障碍物，隧道管片是否破损、渗漏，管片螺栓是否松动掉落、止水条是否脱落，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，所述雷达装置包括分别位于所述机头下部和上部的激光雷达和红外雷达，用于观察无人自动驾驶机车运行线路是否存在障碍物，判别机车自身位置、速度，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，所述机车控制电脑为PLC电脑，安装在机车前部，用于接收并执行隧道监测与指挥机器人指令，接收来自视觉影像装置和雷达装置的数据，分析判断自身位置、速度，检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，前方是否存在障碍物，以及是否可继续前行或刹车；

所述地面控制中心由多台电脑组成，通过无线通信***与隧道监测与指挥机器人连接，向隧道监测与指挥机器人发送指令，接收处理数据。

所述无线通信***由间隔设置的多个无线通信基站组成，用于为隧道监测与指挥机器人连接地面控制中心提供通信讯号。

进一步优选地，所述吊轨***有两组，分别位于隧道16等分后的1点和15点处，其中顶点为16点。

进一步地，所述吊装头穿过吊板与设于盾构管片上的吊装孔螺纹连接，吊装头的延伸线穿过所述隧道的中心线，所述吊板包括上部弯折段和下部竖直段，所述上部弯折段贴合盾构管片设置，下部竖直段与工字钢上翼缘板顶面焊接固定。

进一步地，单根所述H型钢长3m，相邻所述H型钢榫卯连接或栓接形成吊轨整体。

进一步地，小车框架前端和后端均安装有三维扫描仪、摄像头和激光雷达，小车框架底部安装有红外雷达和摄像头。

此外，所述行走单元包括设置在H型钢下翼缘板上的滚轮，所述驱动单元为驱动滚轮行走的电机，所述电机为具有正反转功能的小型电机，所述电机外置变频控制器，所述变频控制器通过无线形式接收数据处理指令装置或地面控制中心发出的信号并执行该信号进而控制电机运转，且地面控制中心发出的信号优先级高于数据处理指令装置发出的信号，所述电机通过变频控制器接收的信号控制电机运行，所述电机为无线电源电机，所述电机带有移动电池，所述移动电池为接触式充电电池，所述接触式充电电池与隧道井口或桥架处充电桩采用接触式形式充电。

更加优选地，相邻所述无线通信基站间距100m，无线通信基站与隧道照明电缆电连接。

基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，准备阶段：在隧道井口和盾构机桥架位置分别安装接触式机器人充电桩，安装吊轨***及隧道监测与指挥机器人，将隧道监测与指挥机器人移至隧道井口，与充电桩连接，使机器人保持充电状态；

步骤二，隧道监测与指挥机器人先行巡检、监测：地面控制中心选取某一段隧道开始盾构机自动巡航施工，地面控制中心向隧道监测与指挥机器人发出巡检、监测指令，隧道监测与指挥机器人脱离机器人充电桩，沿吊轨行走至盾构机桥架处充电桩然后返回隧道井口，完成隧道的巡检、监测工作，隧道监测与指挥机器人行走过程中开启小车视觉影像装置、小车雷达装置、小车监测扫描装置以获取影像、扫描、监测数据，分析处理后并上传地面控制中心，供地面控制中心判断识别隧道是否存在管片破损、渗漏，管片螺栓是否松动掉落，止水条是否脱落，机车运行线路上是否存在障碍物，以及是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，以便后期处理，同时将获取的隧道断面数据三维建模，判别是否存在管片错台，以及隧道结构变形、上浮，作为隧道贯通测量及后期线路调整的依据；

步骤三，无人自动驾驶机车与隧道监测与指挥机器人协同行走：位于隧道井口的无人自动驾驶机车就位后，开启视觉影像装置、雷达装置和机车控制电脑，获取隧道影像资料、机车自身位置和速度、识别是否存在进入隧道内干预施工的作业人员、隧道管片是否破损和渗漏、管片螺栓是否松动掉落和止水条是否脱落，隧道监测与指挥机器人向无人自动驾驶机车发出前进指令，无人自动驾驶机车向盾构机架桥方向行驶，隧道监测与指挥机器人在无人自动驾驶机车前方2~3米处，与无人自动驾驶机车伴随行驶；当无人自动驾驶机车遇到障碍物或自身发生故障时，无人自动驾驶机车控制电脑自动下达刹车停驶命令并向隧道监测与指挥机器人发出请求协助信息，隧道监测与指挥机器人接收到无人自动驾驶机车发出请求协助信息，读取并判断该信息，若该信息是机车前方有障碍物信息，则隧道监测与指挥机器人立即运行至机车前方再次观察扫描是否存在障碍物，存在障碍物时，隧道监测与指挥机器人向地面控制中心发出请求人工干预清除障碍物的指令，若该信息是无人自动驾驶机车自身发生故障，则直接向地面控制中心请求人工干预维修无人自动驾驶机车指令；

步骤四，材料卸载：无人自动驾驶机车即将到达指定位置时，隧道监测与指挥机器人下达停止指令，无人自动驾驶机车停车，卸载管片、浆液、轨道、施工材料、装载渣土，机车控制电脑根据承重感应装置感应的承重信号向隧道监测与指挥机器人发出机车已完成既定任务，请求向隧道井口行驶的信号，隧道监测与指挥机器人收到无人自动驾驶机车发出的行驶请求后，先行行驶至机车车尾前方2~3m，然后向无人自动驾驶机车发出可以向隧道井口行驶的指令，无人自动驾驶机车开始行驶，机器人与无人自动驾驶机车伴随行驶至隧道井口，完成一个循环的机车行驶。

步骤五，重复步骤二~四：持续步骤二~四完成各种材料、渣土的运输任务，隧道监测与指挥机器人巡检收、监测集到的监测数据，发送至并经地面控制中心建模，分析隧道的变形、管片破损、沉降监测，为后续处理提供依据。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明通过隧道监测与指挥机器人对隧道进行监测扫描，获取已掘进隧道断面的影像数据和隧道断面数据，分析判别隧道是否存在管片破损、渗漏等问题，以便后期进行处理，同时将获取的隧道断面数据三维建模，判别是否存在管片错台、隧道结构变形、上浮，作为隧道贯通测量及后期线路调整的依据，避免测量作业干扰盾构正常掘进，节约人力成本，加快施工进度，缩短监测时间间隔，可及时掌握隧道结构变形情况，提高监测的智能化水平。

本发明先通过隧道监测与指挥机器人对隧道进行安全检查，以便及时对无人自动驾驶机车轨道进行检修；隧道监测与指挥机器人和无人自动驾驶机车协同工作时，隧道监测与指挥机器人位于无人自动驾驶机车前方2~3m，便于隧道监测与指挥机器人检查前方路况，及时叫停无人自动驾驶机车，两者相互配合便于持续为隧道内输送浆液、盾构管片等原料及出渣，有助于加快施工进度，提高施工效率，减少作业人员，避免作业人员身体健康受到损害，节约人力成本，降低工程造价。

附图说明

图1为本发明基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***的结构示意图；

图2为本发明涉及的盾构管、吊装头和吊轨的位置关系图示；

图3为图1中A部放大结构示意图。

附图标记：1-盾构管片；2-吊装头；3-吊板；4-吊轨；5-隧道监测与指挥机器人；7-无人自动驾驶机车；71-机车载体；72-视觉影像装置；73-雷达装置。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，隧道内永久衬砌结构为盾构管片1，如图1所示，包括设于盾构管片1上的吊轨***、设于吊轨***上的隧道监测与指挥机器人5、用于为隧道监测与指挥机器人充电的机器人充电桩、用于运输施工材料的无人自动驾驶机车7、用于总控整个***的地面控制中心、用于实现隧道监测与指挥机器人5与地面控制中心进行无线通讯的无线通信***；

如图2和3所示，吊轨***由埋设在盾构管片1上的吊装头2、吊板3和位于吊板3底部的吊轨4，吊轨4沿盾构管片1通长设置，由H型钢拼接而成；吊装头2穿过吊板3与设于盾构管片1上的吊装孔螺纹连接，吊装头2的延伸线穿过隧道的中心线，吊板3包括上部弯折段和下部竖直段，上部弯折段贴合盾构管片1设置，下部竖直段与工字钢上翼缘板顶面焊接固定，以便于安装，避免隧道监测与指挥机器人与盾构尾架、台车、桥架等设备碰撞。吊轨***设置两组，对称位于无人自动驾驶机车7正上方两侧，分别位于隧道16等分后的1点和15点处，其中顶点为16点，单根H型钢长3m，相邻H型钢榫卯连接或栓接形成吊轨4整体，行走单元包括设置在H型钢下翼缘板上的滚轮，驱动单元为驱动滚轮行走的电机，电机为具有正反转功能的小型电机，电机外置变频控制器，变频控制器通过无线形式接收数据处理指令装置或地面控制中心发出的信号并执行该信号进而控制电机运转，且地面控制中心发出的信号优先级高于数据处理指令装置发出的信号，电机采用充电移动高能电池作为电源，充电移动高能电池采用接触式形式与隧道井口或盾构机桥架处充电桩接触充电。

隧道监测与指挥机器人5包括固定在吊轨4上的悬挂装置和下部功能模块，悬挂装置包括行走单元和用于驱动行走单元的驱动单元，下部功能模块包括小车框架，以及安装在小车框架上的数据监测采集装置和数据处理指令装置，数据监测采集装置包括小车视觉影像装置、小车雷达装置和小车监测扫描装置，小车视觉影像装置由至少3台通过数据线与数据处理指令装置连接的摄像头（组成，摄像头与无人自动驾驶机车7上摄像头相同，主要用于观察无人自动驾驶机车7运行线路是否存在障碍物、隧道管片是否破损、渗漏、管片螺栓是否松动掉落、止水条是否脱落、是否存在进入隧洞内干预施工的作业人员，小车雷达装置由多个激光雷达和红外雷达组成，主要用于观察无人自动驾驶机车7运行线路是否存在障碍物、判断机器人自身位置、速度、是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，小车监测扫描装置包括2台三维扫描仪，主要用于扫描隧道断面三维信息，获取隧道变形数据、管片错台数据，数据处理指令装置为高速单片机，用于收发地面控制中心指令，存储、自动采集和综合分析来自数据监测采集装置的数据，以及发出预警及应急指令、指挥操作无人自动驾驶机车7； 具体地，小车框架前端和后端均安装有三维扫描仪、摄像头和激光雷达，小车框架底部安装有红外雷达和摄像头，以便多次扫描观测隧道影像数据、隧道三维结构数据，通过对比分析判别机器人自身准确位置、速度、无人机车运行线路是否存在障碍物、是否存在进入隧道内干预施工的作业人员、隧道管片是否破损、渗漏、止水条是否脱落、管片螺栓是否松动掉落。

机器人充电桩分别放置在隧道井口和盾构机桥架位置用于为隧道监测与指挥机器人充电，放置隧道井口的充电桩采用悬吊方式，与地面三级配电箱电连接，放置在盾构机桥架处的充电桩采用托架形式放置，与盾构机照明电路电连接；充电桩为接触式充电桩，通过接触式形式向隧道监测与指挥机器人驱动单元的无线电源变频电机的电池进行充电。

地面控制中心由多台电脑组成，通过无线通信***与隧道监测与机器人连接，向隧道监测与指挥机器人发送开始巡检监测、停止、前进、关闭设备等指令，接收隧道监测与指挥机器人传输的隧道影像资料、隧道断面三维信息数据，建立成型隧道三维模型，作为隧道贯通测量及后期线路调整的依据，通过对比分析识别机器人和无人机车的在隧道内的具体准确位置、速度、无人机车运行线路是否存在障碍物、是否存在进入隧道内干预施工的作业人员、隧道管片是否破损、渗漏、止水条是否脱落、管片螺栓是否松动掉落。

无人自动驾驶机车7包括承载在机车载体71上的视觉影像装置72、雷达装置73和中央控制电脑，机车载体71为安装有承重感应装置的电机车，视觉影像装置72包括分别安装在机车载体71机头的上部和下部的摄像头，雷达装置73包括分别位于所述机头下部和上部的激光雷达和红外雷达与隧道监测与指挥机器人5的激光雷达和红外雷达同型号），中央控制电脑为PLC电脑，用于接收并执行隧道监测与指挥机器人指令，以及接收来自视觉影像装置72和雷达装置73的数据，分析判断前方是否存在障碍物，是否可继续前行或刹车；

无线通信***由间隔设置的多个无线通信基站组成，用于为隧道监测与指挥机器人连接地面控制中心提供通信讯号，相邻无线通信基站间距100m，无线通信基站与隧道照明电缆电连接。

基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，准备阶段：在隧道井口和盾构机桥架位置分别安装接触式机器人充电桩，安装吊轨***及隧道监测与指挥机器人，将隧道监测与指挥机器人移至隧道井口，与充电桩连接，使机器人保持充电状态；

步骤二，隧道监测与指挥机器人5先行巡检、监测：地面控制中心选取某一段隧道开始盾构机自动巡航施工，地面控制中心向隧道监测与指挥机器人发出巡检、监测指令，隧道监测与指挥机器人5脱离机器人充电桩，沿吊轨4行走至盾构机桥架处充电桩然后返回隧道井口，完成隧道的巡检、监测工作，隧道监测与指挥机器人5行走过程中开启小车视觉影像装置、小车雷达装置、小车监测扫描装置以获取影像、扫描、监测数据，分析处理后并上传地面控制中心，供地面控制中心判断识别隧道是否存在管片破损、渗漏、管片螺栓是否松动掉落、止水条是否脱落、机车运行线路上是否存在障碍物，以便后期处理，是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，同时将获取的隧道断面数据三维建模，判别是否存在管片错台、隧道结构变形、上浮，作为隧道贯通测量及后期线路调整的依据；

步骤三，无人自动驾驶机车7与隧道监测与指挥机器人5协同行走：位于隧道井口的无人自动驾驶机车7就位后，开启视觉影像装置72、雷达装置73和机车控制电脑，获取隧道影像资料、机车自身位置、速度、识别是否存在进入隧道内干预施工的作业人员、隧道管片是否破损、渗漏、管片螺栓是否松动掉落、止水条是否脱落，隧道监测与指挥机器人5向无人自动驾驶机车发出前进指令，无人自动驾驶机车7向盾构机架桥方向行驶，隧道监测与指挥机器人5在无人自动驾驶机车7前方2~3米处，与无人自动驾驶机车7伴随行驶；当无人自动驾驶机车7遇到障碍物或自身发生故障时，无人自动驾驶机车7控制电脑自动下达刹车停驶命令并向隧道监测与指挥机器人5发出请求协助信息，隧道监测与指挥机器人5接收到无人自动驾驶机车7发出请求协助信息，读取判断该信息，若该信息是机车前方有障碍物信息，则隧道监测与指挥机器人5立即运行至机车前方再次观察扫描是否存在障碍物，存在时隧道监测与指挥机器人5向地面控制中心发出请求人工干预清除障碍物的指令，若该信息是无人自动驾驶机车7自身发生故障，则直接向地面控制中心请求人工干预维修无人自动驾驶机车7指令；

步骤四，材料卸载：无人自动驾驶机车7即将到达指定位置时，隧道监测与指挥机器人5下达停止指令，无人自动驾驶机车7停车，卸载管片或浆液或轨道等各种材料、装载渣土，机车控制电脑根据承重感应装置感应的承重信号向隧道监测与指挥机器人5发出机车已完成既定任务，请求向隧道井口行驶的信号，隧道监测与指挥机器人5收到无人自动驾驶机车7发出的行驶请求后，先行行驶至机车车尾前方2~3m，然后向无人自动驾驶机车7发出可以向隧道井口行驶的指令，无人自动驾驶机车7开始行驶，机器人与无人自动驾驶机车7伴随行驶至隧道井口，完成一个循环的机车行驶。

步骤五，重复步骤二~四：持续步骤二~四完成各种材料、渣土的运输任务，隧道监测与指挥机器人5巡检收、监测集到的监测数据，发送至并经地面控制中心建模，分析隧道的变形、管片破损、沉降监测，为后续处理提供依据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，隧道内永久衬砌结构为盾构管片（1），其特征在于：包括设于盾构管片（1）上的吊轨***、设于吊轨***上的隧道监测与指挥机器人（5）、用于为隧道监测与指挥机器人充电的机器人充电桩、用于运输施工材料的无人自动驾驶机车（7）、用于总控整个***的地面控制中心、用于实现隧道监测与指挥机器人（5）与地面控制中心进行无线通讯的无线通信***；

所述吊轨***由埋设在盾构管片（1）上的吊装头（2）、吊板（3）和位于吊板（3）底部的吊轨（4）组成 ，所述吊轨（4）沿盾构管片（1）通长设置，由H型钢拼接而成；

所述隧道监测与指挥机器人（5）包括固定在吊轨（4）上的悬挂装置和下部功能模块，所述悬挂装置包括行走单元和用于驱动行走单元的驱动单元，所述下部功能模块包括小车框架，以及安装在小车框架上的数据监测采集装置和数据处理指令装置，所述数据监测采集装置包括小车视觉影像装置、小车雷达装置和小车监测扫描装置，所述小车视觉影像装置由至少3台通过数据线与数据处理指令装置连接的摄像头组成，用于观察无人自动驾驶机车（7）运行线路是否存在障碍物，隧道管片是否破损、渗漏，管片螺栓是否松动掉落，止水条是否脱落，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，所述小车雷达装置由多个激光雷达和红外雷达组成，用于观察无人自动驾驶机车（7）运行线路是否存在障碍物，判别机器人自身位置、速度，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，小车监测扫描装置包括2台三维扫描仪，用于扫描隧道断面，以及获取隧道变形数据、管片错台数据，所述数据处理指令装置为高速单片机，用于收发地面控制中心指令，存储、自动采集和综合分析来自数据监测采集装置的数据，以及发出预警及应急指令、指挥操作无人自动驾驶机车（7）；

所述机器人充电桩分别放置在隧道井口和盾构机桥架位置用于为隧道监测与指挥机器人充电，放置隧道井口的充电桩采用悬吊方式，与地面三级配电箱电连接，放置在盾构机桥架处的充电桩采用托架形式放置，与盾构机照明电路电连接；所述充电桩为接触式充电桩，通过接触式形式向隧道监测与指挥机器人的驱动单元的无线电源变频电机的接触式电池充电；

所述无人自动驾驶机车（7）包括承载在机车载体（71）上的视觉影像装置（72）、雷达装置（73）和机车控制电脑，所述机车载体（71）为安装有承重感应装置的电机车，所述视觉影像装置（72）包括分别安装在机车载体（71）机头的上部和下部的摄像头，用于观察无人自动驾驶机车（7）运行线路是否存在障碍物，隧道管片是否破损、渗漏，管片螺栓是否松动掉落、止水条是否脱落，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，所述雷达装置（73）包括分别位于所述机头下部和上部的激光雷达和红外雷达，用于观察无人自动驾驶机车（7）运行线路是否存在障碍物，判别机车自身位置、速度，以及检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，所述机车控制电脑为PLC电脑，安装在机车前部，用于接收并执行隧道监测与指挥机器人指令，接收来自视觉影像装置（72）和雷达装置（73）的数据，分析判断自身位置、速度，检查是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，前方是否存在障碍物，以及是否可继续前行或刹车；

所述地面控制中心由多台电脑组成，通过无线通信***与隧道监测与指挥机器人连接，向隧道监测与指挥机器人发送指令，接收处理数据；

所述无线通信***由间隔设置的多个无线通信基站组成，用于为隧道监测与指挥机器人连接地面控制中心提供通信讯号。

2.如权利要求1所述的基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，其特征在于：所述吊轨***有两组，分别位于将隧道断面16等分后的等分1点和等分15点处，其中顶点为等分16 点处 。

3.如权利要求1所述的基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，其特征在于：所述吊装头（2）穿过吊板（3）与设于盾构管片（1）上的吊装孔螺纹连接，吊装头（2）的延伸线穿过所述隧道的中心线，所述吊板（3）包括上部弯折段和下部竖直段，所述上部弯折段贴合盾构管片（1）设置，下部竖直段与工字钢上翼缘板顶面焊接固定。

4.如权利要求1所述的基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，其特征在于：单根所述H型钢长3m，相邻所述H型钢榫卯连接或栓接形成吊轨（4）整体。

5.如权利要求1所述的基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，其特征在于：小车框架前端和后端均安装有三维扫描仪、摄像头和激光雷达，小车框架底部安装有红外雷达和摄像头。

6.如权利要求1所述的基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，其特征在于：所述行走单元包括设置在H型钢下翼缘板上的滚轮，所述驱动单元为驱动滚轮行走的电机，所述电机为具有正反转功能的小型电机，所述电机外置变频控制器，所述变频控制器通过无线形式接收数据处理指令装置或地面控制中心发出的信号并执行该信号进而控制电机运转，且地面控制中心发出的信号优先级高于数据处理指令装置发出的信号，所述电机通过变频控制器接收的信号控制电机运行，所述电机为无线电源电机，所述电机带有移动电池，所述移动电池为接触式充电电池，所述接触式充电电池与隧道井口或桥架处充电桩采用接触式形式充电。

7.如权利要求1所述的基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***，其特征在于：相邻所述无线通信基站间距100m，无线通信基站与隧道照明电缆电连接。

8.如权利要求1~7任意一项所述的基于自动巡航的隧道监测与机车无人驾驶***的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，准备阶段：在隧道井口和盾构机桥架位置分别安装接触式机器人充电桩，安装吊轨***及隧道监测与指挥机器人，将隧道监测与指挥机器人移至隧道井口，与充电桩连接，使机器人保持充电状态；

步骤二，隧道监测与指挥机器人（5）先行巡检、监测：地面控制中心选取某一段隧道开始盾构机自动巡航施工，地面控制中心向隧道监测与指挥机器人发出巡检、监测指令，隧道监测与指挥机器人（5）脱离机器人充电桩，沿吊轨（4）行走至盾构机桥架处充电桩然后返回隧道井口，完成隧道的巡检、监测工作，隧道监测与指挥机器人（5）行走过程中开启小车视觉影像装置、小车雷达装置、小车监测扫描装置以获取影像、扫描、监测数据，分析处理后并上传地面控制中心，供地面控制中心判断识别隧道是否存在管片破损、渗漏，管片螺栓是否松动掉落，止水条是否脱落，机车运行线路上是否存在障碍物，以及是否存在进入隧道内干预施工的作业人员，以便后期处理，同时将获取的隧道断面数据三维建模，判别是否存在管片错台，以及隧道结构变形、上浮，作为隧道贯通测量及后期线路调整的依据；

步骤三，无人自动驾驶机车（7）与隧道监测与指挥机器人（5）协同行走：位于隧道井口的无人自动驾驶机车（7）就位后，开启视觉影像装置（72）、雷达装置（73）和机车控制电脑，获取隧道影像资料、机车自身位置和速度、识别是否存在进入隧道内干预施工的作业人员、隧道管片是否破损和渗漏、管片螺栓是否松动掉落和止水条是否脱落，隧道监测与指挥机器人（5）向无人自动驾驶机车（7）发出前进指令，无人自动驾驶机车（7）向盾构机架桥方向行驶，隧道监测与指挥机器人（5）在无人自动驾驶机车（7）前方2~3米处，与无人自动驾驶机车（7）伴随行驶；当无人自动驾驶机车（7）遇到障碍物或自身发生故障时，无人自动驾驶机车（7）控制电脑自动下达刹车停驶命令并向隧道监测与指挥机器人（5）发出请求协助信息，隧道监测与指挥机器人（5）接收到无人自动驾驶机车（7）发出请求协助信息，读取并判断该信息，若该信息是机车前方有障碍物信息，则隧道监测与指挥机器人（5）立即运行至机车前方再次观察扫描是否存在障碍物，存在障碍物时，隧道监测与指挥机器人（5）向地面控制中心发出请求人工干预清除障碍物的指令，若该信息是无人自动驾驶机车（7）自身发生故障，则直接向地面控制中心请求人工干预维修无人自动驾驶机车（7）指令；

步骤四，材料卸载：无人自动驾驶机车（7）即将到达指定位置时，隧道监测与指挥机器人（5）下达停止指令，无人自动驾驶机车（7）停车，卸载管片、浆液、轨道、施工材料、装载渣土，机车控制电脑根据承重感应装置感应的承重信号向隧道监测与指挥机器人（5）发出机车已完成既定任务，请求向隧道井口行驶的信号，隧道监测与指挥机器人（5）收到无人自动驾驶机车（7）发出的行驶请求后，先行行驶至机车车尾前方2~3m，然后向无人自动驾驶机车（7）发出可以向隧道井口行驶的指令，无人自动驾驶机车（7）开始行驶，机器人与无人自动驾驶机车（7）伴随行驶至隧道井口，完成一个循环的机车行驶；

步骤五，重复步骤二~四：持续步骤二~四完成各种材料、渣土的运输任务，隧道监测与指挥机器人（5）巡检收、监测集到的监测数据，发送至并经地面控制中心建模，分析隧道的变形、管片破损、沉降监测，为后续处理提供依据。

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