盾构位姿中的水平角测量是盾构自动导向系统的一项关键技术,为了实现这一技术的突破,本文在国家973计划项目“全断面大型掘进装备设计制造中的基础科学问题”的资助下,开展了对水平角测量技术的深入研究,主要工作和研究内容如下:在详细分析现有各种盾构位姿水平角测量方法优缺点的基础上,提出了基于带切口的全反射棱镜和面阵相结合的激光测角方法,通过转换将盾构水平角的测量归结为对三角形激光光斑的亚像素精度定位研究。CCD针对盾构自动导向系统的安装结构特点及其工作环境分析了三角形激光光斑的噪声种类和性质,通过比较研究证明了基于加权的均值滤波算法可以有效消除这些噪声的影响。为了对三角形光斑进行亚像素精度定位,在比较了现有的包括重心法、各种亚像素级精度边缘检测等相关算法优劣的基础上,采用了基于Zernike正交矩边缘检测算法获得了三角形光斑亚像素精度边缘离散点集,提出了“基于三角形预置重心连通边缘点”的三角形边缘离散点集分组方案,并利用最小二乘法循环检测剔除各分组边缘点集中的奇异点,最终拟合获得了三角形光斑的亚像素精度形位信息。算法在Matlab7.1平台上进行了各项仿真试验,并分析了各相关因素对算法检测精度和效果的影响,通过仿真证实了算法精度符合盾构位姿测量的要求,具有相当高的稳定性和可靠性。