随着隧道盾构技术的快速发展,双护盾TBM作为一种新型、先进高效、智能化的专用于地下隧道工程的超大型隧道施工设备,其应用范围和技术水平得到不断发展。双护盾TBM凭借自身独特的设计,可以灵活地运用在软硬岩地层中,且可以有效地解决小半径转弯隧道问题。目前,双护盾TBM缺乏较好的测量系统来实时测量前盾体与支撑盾之间的相对位姿,尤其是在强振动和强干扰的情况下,对于前盾体姿态的测量上更是一个待解决的难点问题。本文针对这一需求,设计一种基于抗振倾斜仪与视觉测量相融合的相对位姿测量系统,并根据抗振倾斜仪的测量特点,研究了系统坐标系统一的方法。本文主要研究内容总结如下:1.深入分析国内外比较主流的地下空间工程施工的位姿测量系统,研究了双护盾TBM结构特点与施工特性,分析了双护盾TBM在复杂多变的地质环境掘进时,其对现场测量的需求。并针对现场测量需求,设计了一种基于多传感器融合的相对位姿测量系统。2.根据相对位姿测量系统总体方案,完成了抗振倾斜仪和光学靶标的设计。通过分析视觉传感器的测量需求,设计了基于嵌入式开发平台的视觉传感器,该平台主要具备图像采集、图像处理、位姿解算、数据融合等功能。针对现场测量需求,完成了相对位姿测量系统软件部分的设计。3.研究了EPnP算法和Soft POSIT算法融合的单目视觉相对位姿测量方法,并针对此方法在强振动和强干扰情况下,出现测量不稳和姿态抖动的问题,提出了一种多传感器融合的相对位姿测量方法。通过仿真实验验证了该方法可以有效的对系统姿态进行修正,提高系统姿态测量的精度。根据抗振倾斜仪的测量特点,提出了一种基于全站仪和反射片的坐标系建立方法,进而完成了系统坐标系的统一。4.利用Solid Works构建相对位姿测量系统的仿真模型,验证其理论测量精度。搭建了实验平台,验证了相对位姿测量系统在实际运用中的测量精度。实验结果表明,在3m～5m的测量范围内,相对位姿测量系统空间定位误差不超过5mm,姿态角重复性精度小于0.03°,能够满足现场测量需求。