[发明专利]一种基于三维点云的隧道监测六维坐标系

权利要求书

1.一种基于三维点云的隧道监测六维坐标系，其特征在于：该坐标系的实现过程如下，(1)建立隧道六维监测坐标系：定义隧道中线为一空间几何曲线，几何原点位于隧道中线上，在隧道六维空间坐标系下隧道中线的几何形态表达式为：y＝f(x_i,y_i,z_i,θ_i,β_i,t_i)，其中，X，Y，Z为隧道在测量三维几何坐标系下坐标值，θ隧道中线在某一点i的水平转角或偏角，β为隧道中线在某一点i的竖向转角或偏角；

(2)隧道六维监测坐标系简化为隧道三维监测坐标系，快速得到在特定边界条件下的监测数据和分析结果：定义在某一时间t，隧道中线的竖向转角和水平转角均为零，可以把隧道六维空间坐标系统简化为以隧道中线方向为X坐标，以点到中线的距离为Y，以隧道高度为Z坐标的三维空间坐标系，实现横断面切片和监测三维点云数据处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维点云的隧道监测六维坐标系，其特征在于：设隧道中线上已知点大地坐标为：K_i(x_i,y_i,z_i),K_i+m(x_i+m,y_i+m,z_i+m)和K_i+n(x_i+n,y_i+n,z_i+n),已知点K_i+m(x_i+m,y_i+m,z_i+m)的隧道中线里程为K_P+Q，则

在大地坐标系中K_i+m(x_i+m,y_i+m,z_i+m)点坐标方位角为

α_i+m＝arctan((x_i+m-x_i)/(y_i+m-y_i))

在大地坐标系中K_i+n(x_i+n,y_i+n,z_i+n)点坐标方位角为

α_i+m＝arctan((x_i+n-x_i+m)/(y_i+n-y_i+m))

在大地坐标系中K_i+m(x_i+m,y_i+m,z_i+m)点隧道中线的水平转角(左转角为负，右转角为正)为

θ_i+m＝α_i+m-α_i+m

在大地坐标系中K_i+m(x_i+m,y_i+m,z_i+m)点隧道中线的竖向转角(俯转角为负，仰转角为正)为

β_i+m＝arctan((Z_i+n-Z_i+m)/sqrt((y_i+n-y_i+m)^2+(x_i+n-x_i+m)^2)

在隧道六维坐标系下隧道中线的几何表达式为：

y＝f(x_i,y_i,z_i,θ_i,β_i,t_i)

在隧道监测坐标系中K_i+n(x_i+n,y_i+n,z_i+n)点的坐标方位角为

θ_i+n＝α_i+n-α_i+m±180°

隧道监测坐标系中K_i+n(x_i+n,y_i+n,z_i+n)点的坐标增量为

ΔX=(xi+n-xi+m)sin(θi+n)ΔY=(yi+n-yi+m)cos(θi+n)ΔZ=sqrt((xi+n-xi+m)2+(yi+n-yi+m)2)tan(βi+n)]]>

隧道监测坐标系中K_i+n(x_i+n,y_i+n,z_i+n)点坐标值为

X=P×1000+Q+ΔXY=ΔYZ=Zi+m+ΔZ.]]>