近年来我国地铁建设保持高速增长，国产盾构机产业迅速发展，产品规格越来越大，精度越来越高。盾体是盾构机产品的关键零部件，其外形庞大，结构复杂，精度要求高。盾体直径尺寸与圆度形状精度要求特别严格[1-2]。从检测角度分析，并结合机械行业测量经验，该类检测首选激光跟踪仪、工业摄影测量系统进行测量。两种测量手段各具优缺点，能否满足检测要求，或如何选用一种最优的检测方案，成为新的研究方向。

1 盾体结构及测量方法

1.1 盾体概况

以中信重工检测的最大盾构机盾体为例。该盾体由 10 瓣 1/10 盾块组成，各瓣盾块间子母配合定位后，再进行焊接，形成一筒体状整圆，如图1所示。盾体直径为 15 m，长度为 10 m，设计要求两端直径允许偏差为 4 mm，整体圆柱度为 15 mm。由于制造能力限制，并考虑厂内运输，为确保盾体的制造装配顺利进行，设计与工艺规定，各瓣盾块需单独加工，单独检测，合格后再定位安装。

与低保十分类似的是精准扶贫中贫困户的识别。最终解决低保户和贫困户识别的办法是通过大数据比对，大数据比对的要害是将那些不符合条件的农户剔除出去。

  

图1 盾体实物Fig. 1 Photo of shield body

1.2 检测方案的选择

针对盾体直径及圆度的检测，结合此类部件结构特点与检测要求，根据现有测量手段，考虑采用激光跟踪仪或工业摄影测量法进行测量。

1.2.1 激光跟踪仪测量检测方案

激光跟踪仪测量原理如图2所示，通过极坐标法解算待测点 P 的三维坐标，得出测量结果。其精度高，测量范围广，对环境要求严格。对盾体进行全方位一周测量时，受场地以及视角的限制，最少需进行 2 次转站方可完成，如图3所示。根据误差传播定律，重复转站会带来拼接误差，导致测量效率低。

  

图2 激光跟踪仪测量原理Fig. 2 Measuring principle of laser tracker

  

图3 激光跟踪仪转站示意Fig. 3 Station transfer sketch of laser tracker

1.2.2 工业摄影检测方案

根据上述 2 种检测方案实际情况，单独采用任何一种检测方案，均不能满足大型盾体的检测需求。通过分析激光跟踪仪与工业摄影测量原理，结合以往同类零件检测经验，研究出一种融合激光跟踪仪与工业摄影测量为一体的检测方案，应用在盾体的检测中。

  

图4 工业摄影测量原理Fig. 4 Measuring principle of industrial photogrammetry

2 融合测量方案

工业摄影测量是通过在不同方向和位置获取同一物体 2 幅以上的数字图像，经计算机图像匹配处理和相关数学计算后，得到待测点的三维坐标，原理如图4 所示[3-5]。其具有自动化程度高，快速高效的优点，能够短时间测量大部分点云。对盾体进行测量时，由于其配备的基准尺长度仅有 800 mm，不能实现长距离基准控制，测量过程中带来尺度缩放误差，影响整体测量精度。

2.1 确定融合测量技术路线

将跟踪仪架设在盾体附近，如图7所示，在盾体左右视野极限处选择 2 处稳定位置，将强磁性基座粘贴牢固，以其距离作为基准尺长度。为保证测量精度，需重复测量 4 次，防止粗差影响。激光跟踪仪工作时，通过指令能自动跟踪并采集点的三维坐标。查询跟踪仪测量靶球上的 2 点间距离，并将其距离赋值到原有的基准尺文件中，建立新的基准尺文件。

  

图5 测量技术路线Fig. 5 Route of measuring technology

2.2 建立模型并布设标志点

根据盾体外形的特点，将盾体底部径向设计为 4环，分别为顶部、上部、下部、底部，高度方向每隔1 m 设置一条等高线，如图6所示。

  

图6 测量点位分布模型展开图Fig. 6 Expanded view of measuring point distribution model

采用定向反射材料制成标志点，按照以下原则进行布设[6-7]。

半个时辰后，我就望见远处那个大山坳了。难怪叫它骆驼坳，山坳两边是两座高山，就像前后耸起的驼峰。杨细爹两次带路，都说来的骆驼坳，应该就是这里。山坳深处，半面山都劈开，山石裸露，在夕照下白得刺眼。前后都是林木葱郁的青山，中间嵌着一大块白花花的岩壁，好像把这青山的肚子给捅破了。山坳近处有几排矮房子。敞口有个碉楼，顶上飘着个膏药旗，像坟头的白幡。山坳的豁口围着高墙，墙头还架着铁丝网。我有些发怵，放慢脚步，慢慢儿朝前挪。

2年的甲基硫菌灵消解动态试验结果表明，马铃薯植株中甲基硫菌灵与多菌灵的检出量小于0.01 mg/kg，所以不做评价；甲基硫菌灵在土壤中消解动态满足一级降解动力学方程，山东省济南市2015和2016年消解半衰期分别为11.5、11.8 d，消解动态方程分别为C=0.046 1e-0.060 3t和C=0.041 4e-0.058 5t，相关系数分别为0.840 5和0.832 2；湖南省长沙市2015和2016年消解半衰期分别为11.9、11.6 d，消解动态方程分别为C=0.038 4e-0.058 2t和C=0.035 2e-0.059 8t，相关系数分别为0.829 1和0.829 8。

2.3 基准建立

5）并不热衷追求勘探热点。最近两年炙手可热的北大西洋塞内加尔和毛里塔尼亚以及南美近海圭亚那等热点区（包括巴西盐下深水），埃尼公司没有在其中或者近邻获取任何区块，这一点和埃克森美孚等国际大石油公司不同。埃尼的理念是通过自己的勘探发现来创造热点，已经成为热点的区域不符合埃尼公司前沿区的进入标准。这可以说是埃尼公司独特的一面。

普通标志点的布设密度要根据被测目标的尺寸、测量系统及其他因素灵活确定，一般按照均匀布设控制点方式。由于盾体外形为圆柱形，故需在 360°圆周方向进行标志点的粘贴，并在 2 个编码点之间粘贴普通标志点。此外仍需在变形大的部位布设多余标志点，以防止因盾体外部变形不一致对坐标精度产生影响。具体点位分布如图6所示。

  

图7 具体测量过程实例Fig. 7 Example of specif i c measurement process

测量技术路线如图5所示。

编码标志的作用是为影像的自动匹配与拼接提供同名点，为了满足像片概略定向及解算要求，应保证摄影时每张像片的覆盖范围内有 4 个以上的编码标志。在等高线区域上布设编码标志点，平均每层每块盾块上均匀粘贴 3 个编码标志点。若区域较大可在重点测量部位加密布设，有利于提高整体匹配精度。

2.4 摄影测量摄站分布

结合工业摄影测量的解算要求和几何因素对物方点精度的影响，相机摄站位置的布设应选择合理，在摄影测量过程中使用相同直径的摄影靶球替换跟踪仪靶球，如图8所示。

由摄影测量理论可知，在没有给定基准尺的情况下，摄影测量获得点云模型无尺寸信息，只是一个等比缩放体，此时需加入一个尺度去还原物体的真实尺寸[8]。激光跟踪仪的测距精度远高于摄影测量[6]，因此利用跟踪仪建立大尺度基准尺，为拍摄目标提供一种稳定方便的方法，解决缩放比例误差大的问题。

  

图8 激光跟踪仪靶球与摄影测量靶球 (1.5″)Fig. 8 Target sphere measured by laser tracker and photogrammetry (1.5")

相机摄站位置的布设，在兼顾效率的同时，相邻摄站间影像要有较多公共点，且重叠区域的累加要将被测目标区域全覆盖。由于盾体较大，摄站位置尽量分布均匀，并保证不同位置的摄站拍摄标志点数目有 4 个以上，同时，在摄影拍摄过程中尽可能均拍摄到摄影标靶的位置。摄影距离同样影响标志点的成像大小及成像质量，考虑盾体为圆柱形，标志点易带来椭圆偏心差的影响，摄影距离 d 合理取值范围为 600 r≤d≤1 000 r (r 为标志图像的半径)[7-13]。因此，在距离盾体 4 ～ 6 m 处，利用路灯车将摄影测量人员送至与等高线相同的高度，对盾体进行全方位拍照。

2.5 检测过程

在摄影测量软件 MPS/S 中添加新的基准尺文件。为分析盾体直径与圆度，利用编码标志来完成摄站的自动定向和同名点匹配，经光束法平差计算可得所有检查点的残差分布与三维坐标，以及相机拍摄瞬间的位置及光束，如图9、10 所示。手动删除杂点后，将摄影测量所测点保存并导入到空间分析软件SA中，进行测量点的分析。

首先，应当不断引进新的辅导员，使辅导员人数与学生人数比例适当，同时应当对这些辅导员进行岗位培训，以提升辅导员的专业水平。其次，应当明确辅导员在高校中的地位，例如，建立晋升机制、构建考评体系以及设立准入标准等，以保证辅导员的稳定性。最后，还应当提升辅导员的职业素养，以提升高校学生管理工作的效率与质量。

将每层测量点独立拟合平面，并将各点投影至该平面，采用投影后的测量点拟合成圆周形状，便可直观分析拟合圆周的直径与圆度。结合软件读取相应点的矢量组，查询各点与拟合圆周的偏差值，如图11所示。

2.6 检测结果

当拟合平面的平面度为 100 mm 时，投影点最大偏差为 0．33 mm，实际投影过程中投影点偏差远小于0．33 mm，而本次测量最大允许误差为 15 mm，故该投影误差完全满足检测需要。目前，用上述方法检测的盾体制造完成，已投入施工现场进行掘进作业。

  

图9 测量点的三维坐标Fig. 9 3D coordinate of measuring points

  

图10 摄站分布与光束Fig. 10 Distribution and light beam of photographing station

  

图11 数据处理过程Fig. 11 Data processing procedure

3 结语

大型盾构机盾体结构复杂，精度要求高。分析激光跟踪仪测量与工业摄影测量各自的优缺点，研究出融合激光跟踪仪测量与工业摄影测量为一体的检测方案。用跟踪仪建立大尺度基准尺，用工业摄影测量对盾体进行全方位拍照，继而进行图像采集与处理、坐标系转换、圆度检测分析等，最终高效、精准地完成盾体检测。该方案易操作，精度高，实用性强，可为今后检测同类零部件提供强有力的技术支撑。

参 考 文 献

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