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龙图腾网恭喜华中科技大学申请的专利一种掘进机位姿测量方法、系统、介质、设备及终端获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114777749B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210446784.5，技术领域涉及：G01C15/00；该发明授权一种掘进机位姿测量方法、系统、介质、设备及终端是由朱国力;贺泊宁;张代林设计研发完成，并于2022-04-26向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种掘进机位姿测量方法、系统、介质、设备及终端在说明书摘要公布了：本发明属于掘进机施工技术领域，公开了一种掘进机位姿测量方法、系统、介质、设备及终端，在测量完棱镜1至棱镜n‑1后，测量棱镜n时预测棱镜1至棱镜n‑1在测量棱镜n时的坐标；读取该时刻角度传感器输出的3个姿态角，将预测的棱镜1至棱镜n‑1的坐标和测量的棱镜n的坐标联立方程组，进行掘进机位姿的求解。本发明为解决掘进机施工中多棱镜姿态测量精度低的难题，提出基于多棱镜轨迹预测的掘进机位姿测量方法。相较于未预测的模型，本发明的基于多棱镜轨迹预测的掘进机位姿测量方法能够显著提高测量精度和测量频率。本发明解决了因棱镜测量不同步产生的位置误差，提高了位姿测量的精度。

本发明授权一种掘进机位姿测量方法、系统、介质、设备及终端在权利要求书中公布了：1.一种掘进机位姿测量方法，其特征在于，所述掘进机位姿测量方法包括：在测量完棱镜1至棱镜n-1后，测量棱镜n时预测棱镜1至棱镜n-1在测量棱镜n时的坐标；读取该时刻角度传感器输出的2个姿态角，将预测的棱镜1至棱镜n-1的坐标和测量的棱镜n的坐标联立方程组，进行掘进机位姿的求解；所述掘进机位姿测量方法包括以下步骤：步骤一，利用全站仪依次测量掘进机上多个棱镜的坐标，利用安装在掘进机上的角度传感器测量多个姿态角；步骤二，利用分段卡尔曼滤波算法预测多个棱镜在同一时刻下的坐标；步骤三，采用坐标转换模型建立测量方程组，利用最小二乘法对位姿进行求解；所述掘进机位姿测量方法还包括：在掘进机上安装n个棱镜和m个姿态角的角度传感器；全站仪依次测量1～n个棱镜的坐标，完成第n个棱镜测量后，预测1～n-1号棱镜在测量n号棱镜时刻的坐标，将坐标统一到同一时刻的同一坐标系下；预测算法采用分段卡尔曼滤波算法进行预测，预测算法为依次匹配掘进机所处的设计线路的线性，建立状态方程，并与观测值融合，进行卡尔曼滤波预测；多个棱镜使用2个及2个以上的棱镜；所述角度传感器采用倾角传感器或陀螺仪传感器，所述姿态角使用2个姿态角；状态方程根据掘进机当前所处的设计线路段的线型进行确定，分别按照直线段、缓和曲线段和圆曲线段进行确定；所述掘进机位姿测量方法还包括：1构建状态方程1直线状态方程Xk+1＝ΦXk+ΓWk；X＝[NEHdlva]T； 2缓和曲线状态方程 其中，X＝[NEHldlvaθdθβ]T； M11＝cosθk·cosβk·cosα-sinθk·cosβk·sinα；M12＝-dlk·sinθk·cosβk·cosα-dlk·cosθk·cosβk·sinα；Μ13＝-dlk·cosθk·sinβk·cosα+dlk·cosθk·sinβk·sinα；M21＝cosθk·cosβk·sinα+sinθk·cosβk·cosα；M22＝-dlk·sinθk·cosβk·cosα+dlk·cosθk·cosβk·cosα；M23＝-dlk·cosθk·sinβk·cosα-dlk·sinθk·sinβk·cosα； 3圆曲线状态方程圆曲线与缓和曲线结构类似，只有角度增量计算有区别因此对于公式有：M31＝0； 其中，N为北坐标，E为东坐标，H为高程，dL为油缸增量，α为设计线路的方位角，T为测量周期，β为俯仰角，L为前进距离；速度v和加速度a通过测量得到；2构建观测方程掘进机前进距离通过油缸行程传感器测量得到，棱镜坐标通过全站仪测量得到，采用油缸行程传感器的行程和全站仪测量得到的棱镜的坐标作为观测量；采用全站仪测量的棱镜坐标和油缸行程传感器测量的油缸行程作为观测值，列出观测方程：Z＝[NEHL]T； 3预测更新1直线段采用kalman滤波直接进行预测： Pk+1|k＝φk+1|kPkφTk+1|k+Qk+1；Kk+1＝Pk+1|kHTk+1[Hk+1Pk+1|kHTk+1+Rk+1]-1； Pk+1＝[I-Kk+1Hk+1]Pk+1|k；2对于缓和曲线和圆曲线段因为存在非线性函数，对线性化后的模型采用扩展kalman进行预测，则： Pk+1|k＝Φk+1|kPkΦTk+1|k+Qk+1；Kk+1＝Pk+1|kHTk+1[Hk+1Pk+1|kHTk+1+Rk+1]-1； Pk+1＝[I-Kk+1Hk+1]Pk+1|k。

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