[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

说明书

本发明公开了一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统和方法，所述仿真设计系统包括如下四个模块：三维模型管理模块，用于创建隧道三维模型；网形布设与优化模块，用于根据实际情况布设基准点与控制点，建立三维隧道模型布设控制网，即三维控制网，并对所述三维控制网中的控制点进行优化；网形精度评估模块，用于对所述三维控制网的测量精度进行评定，根据评定结果进行三维控制网进行动态可视化分析，实现三维控制网的优化设计；成果管理模块，用于数据存储、成果输出和网络发布。并提供了一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计方法，本发明可以填补传统控制网设计时的技术缺失，建立三维控制网，动态调整网型结构，实现网形的优化设计。

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，具体是一种地铁隧道监测三维控制网设计方法和仿真系统。

背景技术

随着城市化进程的迅速发展，大中城市行人和车辆数量大幅度的增长，城市的交通压力急剧增加，地铁已发展为城市公共交通的主动脉。但在地铁施工和运营过程中，由于受到地面沉降、土体扰动、周边建筑物负载、隧道周边工程施工等外界因素的影响，会造成隧道结构产生沉降、位移、裂缝和倾斜等变形，这些变形会危害地铁安全，导致地铁存在潜在的安全隐患。为此，地铁在施工和运营过程中需要全方位的安全监测，以降低地铁运营风险，保障人民生命财产安全。地铁的安全监测是测绘工作的一部分，任何测绘工作首先需要进行控制测量。

控制测量是一切后续测量工作的基础，没有控制测量，后面的测图和施工放样等工作就没办法进行。建立控制网是控制测量的基本内容，是把测区各部分的测量工作联系起来，既起控制全局的作用，又起限制误差传递和累积的作用。工程控制网对于地铁工程建设的重要性，贯穿于地铁工程建设的各个阶段，故控制网的测量精度一般要求较高。为了保证控制网的精度，往往需要分别建立平面控制网和高程控制网，即三维的数据转化为二维的平面数据和一维的高程数据进行处理。这样既忽略了平面数据和高程数据之间的相关性、降低了数据的功效，又会影响控制网平差的质量。

随着测量技术和测量仪器的发展，相较于传统的监测手段，测量机器人凭借其测量精度高、操作简捷、作业灵活方便和数据处理的快速与准确等优势，在测绘领域得到了广泛应用。基于高精度测量机器人直接建立精密三维控制网，取代传统的将平面控制网和高程控制网分开构建模式已成为可能。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术存在的不足，本发明旨在提出一种地铁隧道监测三维控制网设计仿真系统和方法，本发明可以填补传统控制网设计时的技术缺失，建立三维控制网，动态调整网型结构，实现网形的优化设计。

技术方案：一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统，包括如下四个模块：

S1、三维模型管理模块，用于创建隧道三维模型；

S2、网形布设与优化模块，用于根据实际情况布设基准点与控制点，建立三维隧道模型布设控制网，即三维控制网，并对所述三维控制网中的控制点进行优化；

S3、网形精度评估模块，用于对所述三维控制网的测量精度进行评定，根据评定结果进行三维控制网进行动态可视化分析，实现三维控制网的优化设计；

S4、成果管理模块，用于数据存储、成果输出和网络发布。

进一步的，所述三维模型管理模块：

将不同建模软件导出的BIM模型转换成Unity软件支持的.FBX格式；

对BIM模型坐标系进行坐标换算，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；

进行基准点模型添加和控制点模型添加；

用于动态浏览三维模型内部结构。

进一步的，网形布设与优化模块中，对所述三维控制网中的控制点进行优化内容为：