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基于RGB-D相机的盾构机盾尾间隙测量系统研究
| 论文题名： | 基于RGB-D相机的盾构机盾尾间隙测量系统研究 |
| 关键词： | 盾尾间隙测量;隧道掘进;RGB-D相机;深度图像;边缘拟合;线结构光 |
| 摘要： | 隧道掘进技术是城市化发展的重要一环，盾构机具有优秀的掘进效率，在城市地铁的建设中举足轻重。盾构系统需要对作业中的很多参数进行监测，其中盾尾间隙是一个重要参数。盾尾间隙指的是盾尾内壁与管片外壁之间的距离，如果间隙距离过小，会出现管片挤压盾尾导致管片损坏等问题。为了保证每一环管片均处于合适的位置，盾构系统需要测量当前环的盾尾间隙，作为下一环管片拼装的依据。 目前国内主要以人工测量的方式进行盾尾间隙测量，在复杂的施工环境中，这种测量方式存在测量精度不足、作业危险和数据更新不及时等问题。因此本文结合施工需求设计了一种基于机器视觉的盾尾间隙测量系统，使用RGB-D相机作为图像采集设备，Qt作为开发平台，以C/S和B/S混合架构，通过OpenNI交互库和OpenCV算法库，实现盾尾间隙测量功能以及间隙趋势分析功能，最后将测量结果显示在交互界面上并存入MySQL数据库中。 本文的主要研究内容和结果如下： （1）根据功能需求提出基于RGB-D相机的盾尾间隙测量系统方案，完成测量系统硬件模块的选型、设计以及标定。为图像采集设备设计电动防护门，缓解灰尘对图像采集设备的影响，并在实验室环境下设计了盾尾间隙实验平台。 （2）设计了一种盾尾间隙测量算法。具体为：基于深度图像提取管片边缘，以及基于盾尾内壁数学模型获取盾尾内壁边缘，并利用提取的边缘开发盾尾间隙测量算法和偏向拟合算法。算法实现单一测量点获取单边盾尾间隙以及间隙趋势的功能。 （3）利用Qt平台和Ajax交互方式开发了基于C/S和B/S混合架构的软件系统，简化软件部署工作。软件使用GUI界面操作，并提供盾尾间隙图像采集、即时测量、自动测量、数据保存以及历史数据查看等功能。 （4）设计测量实验并进行实验测试，验证了本测量系统的精度及可行性。实验表明，在600mm至1800mm测量行程范围内，系统单点测量精度达到±3mm，满足使用需求。 目前实验室第二代盾尾间隙测量系统已完成部署并投入施工现场使用。由于该测量系统在各测量位上只能测量单点位置的间隙，获取的间隙信息有限，在该研究基础上，本文基于RGB-D相机进行系统研究，旨在设计一种能测量单边间隙的算法，实现单一测量点获取单边盾尾间隙及间隙趋势的功能。 |
| 作者： | 陈东东 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 陈健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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