(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210982975.3 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 南京林业大 学 地址 210037 江苏省南京市玄武区龙蟠路 159号 (72)发明人 郑加柱　徐传旺　 (74)专利代理 机构 南京业腾知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32321 专利代理师 徐莉娟 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系 统和方法 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115374511 A 2022.11.22 CN 115374511 A 1.一种地铁隧道监测三维控制网仿真 设计系统， 其特 征在于， 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。 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系统， 其特征在于， 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Un ity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WGS 84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。 3.根据权利要求2所述的一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统， 其特征在于， 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： 控制点范围规划， 使各控制点的有效观测范围有重 叠区域； 控制点可视化分析功能， 使控制点间能够相互通视 。 4.一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权利要求1 ‑权 利要求3中任意一项地铁隧道 监测三维控制网仿真设计系统建立， 其特征在于， 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。 5.根据权利要求4所述的一种地铁隧道监测三维控制网设计方法， 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Un ity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。 6.根据权利要求5所述的一种地铁隧道监测三维控制网设计方法， 其特征在于， 所述步 骤2包括如下 具体步骤： 2.1、 网形仿真布设： 所述网形仿真布设包括基准点布设与控制点布设； 根据实际情况， 采用自由设站法在三维模型 上完成基准 点和控制点的规划布设， 建立 三维控制网： 2.2、 对建立的三维控制网的控制点进行优化； 包括控制点范围规划和控制点可视化分 析： 所述控制点范围规划是指各控制点的有效观测范围应有重叠区域； 所述控制点可视化 分析是指控制点间应能够相互通视 。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115374511 A 27.根据权利要求6所述的一种地铁隧道监测三维控制网设计方法， 其特征在于， 网形仿 真布设时， 基准点和控制点布设的位置应符合点位布设的原则为： 基准点应布设在远离变 形区的稳定区域， 控制点交错布置于隧道两侧， 相 邻的三维隧道控制点的水平距离为90 m至 120m。 8.根据权利要求7所述的一种地铁隧道监测三维控制网设计方法， 其特征在于， 步骤3、 网形精度评估的指标是， 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； δxi， δ yi， δzi和 δxj， δ yj， δzj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， δωi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mL定为单位权中误差， 即m0＝mL； 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＝Wσ 式中：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115374511 A 3