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1、1浅谈 PPS 导向系统作者： 修改： 中铁隧道集团有限公司长沙市南湖路湘江隧道项目经理部2012年 2 月 21日2一PPS 导向系统简介 .3二PPS 导向原理 .3三硬件组成 .4四测量软件 .5五导向系统屏幕显示 .6六测量人员的工作内容 .7七测量搬站操作步骤 .8八PPS 导向系统常见问题 .8九注意事项 .113一PPS 导向系统简介PPS（Poltinger Precision Systems）导向系统设计目的是 TBM 操作人员用最少的注意力而获得最多的 TBM 位置信息。本套导向系统用三维空间坐标自动确定 TBM 确切的位置和方向，从而提供给 TBM 操作人员 TBM 轴线
2、相对于设计中线偏差所有必须的信息，同时如果 TBM 偏离中线的话，导向系统将随时提供给 TBM 主司机一个设计线路，指导 TBM 回到设计中线位置。二PPS 导向原理为了测量 TBM 的位置和方向，至少需要两个确定的 TBM 点，由于 TBM的滚动和向前移动,这两个点的必须用三维空间测量出，这两个确定的 TBM 点是安装在 TBM 前部的两个棱境。这两个棱镜相对于 TBM 轴线的确定位置和局部的 TBM 坐标系统只能在 TBM 安装时确定。因为 TBM 可以滚动和移动，TBM 坐标系统通常不平行于大地坐标系统，所以 TBM 的滚动和移动必须精确的测量出来，他们是用安装在 TBM 内部的两轴向的
3、倾斜仪电子化来完成的，通过它我们在显示屏可以清楚的看到 TBM 的倾斜情况。导向系统用一个马达经纬仪自动测量这两个 TBM 内部的棱镜，经纬仪的站点坐标和定向由测量人员预先确定并输入计算机内，经纬仪的站点坐标通过系统中辅助的功能用普通的测量方法来测定，即由我们测量人员提前测量站点的坐标。经纬仪在开始测量这两个棱镜以前必须被定向，经纬仪的定向是通过瞄准后视点来完成的，后视点的坐标我们知道，通过这两点的坐标我们可得出方位角，并把这个信息输入经纬仪和计算机系统中，这样就完成了经纬仪的站点设置和定向。TBM 上两个最初的棱镜点的地球坐标可以用我们常规的测量方法通过测量距离、水平角、竖直角来确定，由于这
4、两个棱镜的位置在 TBM 上的位置是确定的，并且 TBM 的滚动和移动一直知道，所以 TBM 上的任何点的三维空间坐标都能计算出来，很容易就能得到 TBM 的轴线，设计中线已经提前输入到计算机系统中，这样 TBM 轴线相对于设计中线的垂直和水平偏差及 TBM 的方位就很容易的计算出来并提供给 TBM 主司机。如果超出设计偏差，系统将自动计算并提供一个最优的投影路径指导 TBM 回到设计中线位置，同时它还提供4路径参数（如最小的转弯半径及有关轨迹的几何元素） 。后视棱镜是非常重要的。它不仅仅能够给经纬仪定向，而且还能自动联机检测由于经纬仪站点的移动所造成潜在的错误，因为经纬仪通常安装在刚刚开挖的
5、还不稳定的隧道边墙上，经纬仪站点通常滞后于 TBM 工作面 25300 米，由于隧道的变形和收敛，它通常会又发生位移的可能，这个位移如果没有发觉，将会影响 TBM 的定向，对隧道的开挖产生灾难性的影响。因此，马达经纬仪除测量目标棱镜外，在系统的控制下还定期的测量后视棱镜以便检查经纬仪站点的稳定性，并且当经纬仪站点发生移动后通知操作人员。这个检查时间间隔有测量人员输入操作系统内。三硬件组成1)马达经纬仪本套全自动的系统功能需要一个马达经纬仪，这个马达经纬仪在系统计算机的控制下自动测量安装在 TBM 上面的两个目标棱镜和定期的检查后视棱镜。2）倾斜仪在 TBM 前部还有一个高精度的倾斜仪用来检测
6、TBM 的倾斜和滚动。3）系统计算机系统计算机通过马达经纬仪传输的测量数据和倾斜仪的读数，自动的计算准确的地球坐标、方位和 TBM 的倾斜，并显示给 TBM 操作人员。54)马达棱镜为了防止由于两个目标棱镜之间相互干扰而产生测量错误，本系统软件的采用的两个马达棱镜，在软件的控制下它能交替的打开和覆盖，这样能确保无论什么时候只能单独测量一个棱镜，从而避免了由于二者相互干扰产生的测量错误。5）数据传输电缆包括各仪器与系统计算机的连接线，还有是洞外监控系统与主机操作系统的连接电缆。6）多路器和接收器7）UPS 电源四测量软件1）马达经纬仪控制程序马达经纬仪在系统程序的控制下，将自动跟踪测量目标棱镜，
7、还定期的检查后视棱镜，以便查证或更正经纬仪定向，这个自动化也包括经纬仪测站的稳定性检查。62）坐标计算程序无论何时一组数据被收集（两个目标棱镜的测量结果和读取的倾斜仪的数据） ，系统将会自动计算一个新的 TBM 方向和位置，所有的信息将以图像和数据形式的显示给 TBM 操作人员，这样通过利用两轴的倾斜仪便完成了一个独立的测量检查。五导向系统屏幕显示屏幕上有五个窗口提供必要的信息来引导机器沿着给定的设计中线掘进。设计中线的坐标如同经纬仪站点坐标、目标棱镜位置和后视棱镜坐标一样，由测量人员通过普通的测量方法获得并输入到系统计算机内。在屏幕的左侧是俯视图，显示的 TBM 是一个缩小的黄色几何体，它沿
8、着红色的设计中线向前掘进，绿线表示历史掘距；右边显示的掘进里程，也就是桩号；左边显示的 TBM 相对于设计中线的偏差；蓝色的线表示在设定的预测掘距内 TBM 的行走路线；在屏幕底部有一个显示时间，这个时间就是最近一次通过采集经纬仪测量目标棱镜和读取倾斜仪的数据系统计算出来的 TBM 位置。在屏幕顶部右侧是侧视图，黄色的机器显示刀盘高程偏差值，以及 TBM 轴7线相对于设计中线的倾斜度（用表示） ；在 lead 下面另外的数值表示在预测的距离刀盘位置相对于主轴线的偏差值。屏幕中部是 TBM 位置信息窗口， TBM 是缩小的蓝色的圆点，它显示TBM 沿着中线行走及当时的位置和 TBM 的预测方向。
9、大圆的颜色随着 TBM中线相对于设计中线的偏差值而改变颜色，当导向偏差超过设计数值绿色的箭头将变成红色（导向限差是有测量人员输入的） 。Roll-pitch 窗口显示 TBM 的倾斜和滚动，由安装在主机架上的倾斜仪来测量，倾斜仪在安装时标定到 0 位置。在信息窗口里面，将一直显示通过倾斜仪读数和测量结果计算各种数据的程序步骤，以及指导 TBM 返回设计线路的各种参数。信息窗口通过个种按钮可以放大和缩小以获取更多的细节信息。导向屏幕还有其它的功能菜单（E+ 、E- 、Zoom in、 Zoom out、Grid）都能点击，获得本系统的相应的功能。Job 菜单是我们测量人员输入各种参数的功能菜单，
10、在这个菜单里我们可以输入各种测量数据，像站点坐标、后视点坐标、设计中线等等。六测量人员的工作内容1）测定经纬仪站点坐标、后视点的坐标。2）TBM 组装完毕后测定目标棱镜的坐标，并确定其与 TBM 轴线的相对位置关系。3）输入各种参数（站点坐标、目标棱镜坐标、设计轴线和各种偏差的限值等等） 。4）随着隧道向前掘进，向前延伸测站点。5）定期检查隧道边墙上控制点的稳定性。6）确保导向系统正常工作（保证经纬仪与目标棱镜间的通视，防止人员或物体遮挡棱镜；定期检查数据传输电缆，保证数据能正常传输；定期除去经纬仪、目标棱镜和后视棱镜上面的灰尘，保证经纬仪能正常观测目标棱镜和后视棱镜） 。七测量搬站操作步骤1
11、）安装全站仪吊篮，注意安装的角度和吊篮的稳固性。 （建议在主机室顶8上操作完成，后视棱镜托架无法与吊篮通视时，需同时更换托架位置） 。2）测量吊篮与后视托架位置三维坐标。该坐标分别为仪器中心三维坐标和后视棱镜中心三维坐标。 （注意棱镜中心高度和仪器中心高度是否一致，棱镜常数更正等。 ）3）对前后视棱镜与仪器进行定向。定向时仪器需处于正镜状态，分别记下前后视棱镜的水平角、竖直角和斜距。 （马达棱镜的打开方法：PPS 显示界面下-第二菜单栏-下拉第一菜单 het，关闭界面，进入操作界面-点击第二菜单-下拉菜单最后一个为打开小棱镜操作界面）4）在电脑中输入测量数据。 （录入仪器坐标-录入后视点坐标-
12、 后视棱镜方向-P1 方向 -P2 方向）不可改动其他数据，切记。5）运行界面。记下搬站前 TBM 姿态数据，与搬站后显示姿态对比，偏差在 10 毫米之内为正常。八PPS 导向系统常见问题1）左下角信息栏为绿色为正常运行，出现红色为运行错误。运行错误常见问题及解决方法。1.前视棱镜或后视棱镜视线被阻挡。通过仪器目镜检查是否有阻挡物，或后视棱镜是否对准仪器。2.检查系统各部分信号线是否正常连接。 （包括前视棱镜处、仪器处、电脑显示屏后，信号天线）3.数据测量错误、输入错误或定向错误。4.吊篮或托架松动。2）显示界面不完整。 （黑屏、不显示等）1.电脑系统问题。常规操作，重启电脑系统。93）错误代码1011九注意事项1）注意吊篮安装的稳固性，防止仪器脱落。2）注意仪器电源线的收放，防止扯断等。3）经常检查盾构机姿态和管片姿态，防止 PPS 显示姿态出现错误。测量方法详见盾构段施工测量方案 。4）经常检查系统各部分的连接是否正常，进行保养维护。5）注意仪器的安全和各部分部件的防护，防水和泥浆等。6）其他。
