[发明专利]一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统和方法

权利要求书

1.一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计方法，所述仿真设计方法基于地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统建立，其特征在于，

所述地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统，包括S1三维模型管理模块、S2网形布设与优化模块、S3网形精度评估模块、S4数据管理模块四大模块；

所述仿真设计方法包括如下步骤：

步骤1、运用三维模型管理模块，创建三维隧道模型；

步骤2、基于创建的三维隧道模型，通过网形布设与优化，建立三维隧道模型布设控制网，简称三维控制网；

步骤3、对所述步骤2建立的三维控制网进行网形精度评估，实现网形的优化设计；

所述步骤3中，网形精度评估的指标是指，测量点的点位解算精度和整网解算精度是否满足给定的精度评价标准；

网形精度评估的评价方法如下：

3.1、对三维控制网测量数据仿真分析获取三维控制网中控制点的仿真测量值；所述仿真测量值，包括方位角、天顶距和斜距；

3.2、三维控制网平差解算；采用以下步骤对仿真测量值进行改化：

3.2.1、设在控制点i使用测量机器人观测j点，则水平方向、斜距及天顶距的线性化后的误差方程为：

式中：

为控制点的i的近似坐标，为点j的近似坐标；

δx_i,δy_i,δz_i和δx_j,δy_j,δz_j分别为i，j两点的坐标近似值改正数；

ρ为206265”，为定向角近似值，δω_i为定向角近似值改正数；

为天顶距近似值，为平距近似值，为斜距近似值；

为方位角近似值，K为大气折光改正系数，R为地球平均曲率半径；

3.2.2、采取Helmet方差分量估计来进行定权：

将全站仪观测的水平方向观测值中误差m_L定为单位权中误差，即m₀＝m_L；那么水平方向、天顶距和斜距的初始权分别如下面所示：

采用下面的方差估算公式：

S·δ²＝W_δ

式中：

S_ii＝n_i-2tr(N^-1N_i)+tr(N^-1N_i)²，S_ij＝tr(N^-1N_iN^-1N_j),(i≠j)

得到结果后，根据下面的公式进行定权：

其中，C为单位权方差；

通过最小二乘计算未知数的残差值：

δx＝(B^TPB)^-1B^TPL；

3.2.3、将测量点初始值加上位置参数残差值就可以得到测量点的解算真值；

3.3、精度评定：计算得到坐标协因数阵Q_xx＝(B^TPB)^-1和验后单位权中误差δ_o，得到测量点j在XYZ这三个坐标轴方向上不同的坐标中误差以及及其点位中误差

3.4、三维控制网可视化：

对三维控制网进行动态可视化分析，根据评估计算的精度指标来动态调整网型结构，实现网形的优化设计。

2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：

1.1、导入BIM模型，将其转换成Unity软件支持的.FBX格式；

1.2、对BIM模型坐标系进行坐标换算；

1.3、建立BIM模型虚拟坐标系与测量现场真实坐标系的映射关系，精确计算BIM模型在WGS84大地坐标系下的位置、姿态和缩放系数；

1.4、添加基准点模型和控制点模型。