面向竖井掘进机的超宽带分层平面定位系统设计与应用

齐保卫， 孟帅尧， 李东利, *， 王付利， 刘 闯

(1. 中铁工程装备集团技术服务有限公司， 河南 郑州 450016； 2. 中铁工程装备集团有限公司， 河南 郑州 450016)

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竖井是矿藏开采、水利水电、国防建设、交通隧道等地下工程的重要组成部分[1]，其常用的修建方法有普通凿井法和钻井法[2-3]。2021年，世界首台全断面硬岩竖井掘进机成功运用于浙江宁海抽水蓄能电站排风竖井项目。竖井掘进机是将全断面岩石隧道掘进机(TBM)设计理论引入竖井施工，能够一次完成竖井隧洞开挖、支护、出渣等功能的大型竖井施工装备。由于竖井掘进机工序复杂、工作环境恶劣、安全管理难度大[4]，随着行业技术的进步，安全高效的建设竖井是目前重要的研究方向。

为保障工人施工安全，实现安全预警和人员管理，管理方需借助定位系统实时获取作业人员的位置。目前，针对竖井施工定位的研究较少，且仅有针对井底平面的人员定位。刘志强[5]对竖井掘进机凿井技术及工艺进行了介绍，并对掘进设备进行了论述；贾文浩等[6]提出一种利用iGPS技术，通过安装在掘进机上的激光接收器，实现煤巷中的掘进机定位；彭学军[7]通过对比几种常见的室内定位技术，设计出基于UWB技术的隧道高精度定位系统；符世琛等[8]设计出一种基于UWB技术的悬臂掘进机位姿检测及其位姿精度分析方法；成龙等[9]通过Chan算法对超宽带检测基站布局方式及精度进行仿真分析，研究不同布局方式对定位精度的影响。

然而，对于竖井掘进机设备中的人员定位，至今尚未形成一套成熟的定位方法，其最大的难点就是设备结构对超宽带信号的干扰问题。……