[发明专利]地下水封洞库的库容测量方法

权利要求书

1.一种地下水封洞库的库容测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立地下水封洞库测量控制网；

步骤2，建立完成测量控制网后，定义地下水封洞库断面测量参数，对地下水封洞库进行扫描；

步骤3，将扫描后的数据进行整理，最终得到地下水封洞库的三维数据；

步骤4，对地下水封洞库的三维数据进行三维建模成型，即建立若干相邻的三角网，构成实体模型，然后根据定义的轴垂直方向进行剖切形成相应高度的断面；

步骤5，计算断面的面积，以相应均等的高度值，得到所述断面的体积，根据测量的地下水封洞库的总高度，得到地下水封洞库总库容，调整地下水封洞库断面测量的点位精度和点位密度得到地下水封洞库的精确库容体积。

2.根据权利要求1所述的地下水封洞库的库容测量方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1-1，地面控制点或洞内施工控制点为基准对整个洞库建立统一的测量控制网，在控制网的基础上对需要测量的部位进行控制点的加密，采用精密四等导线测量方法，经平差计算后得到各控制点的三维坐标。

3.根据权利要求1所述的地下水封洞库的库容测量方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2-1，建立完成地下水封洞库测量控制网之后，依据设计数据定义竖曲线、平曲线和各测量部位的设计横断面参数，得到闭合的设计参考断面；

步骤2-2，定义竖曲线，其中竖曲线的数据为里程、高程、变坡点的半径及切线、起点与终点；

步骤2-3，定义平曲线，其中平曲线为用来描述、确定道路中线确切位置的数据，平曲线数据为线元起点的里程、线型、转向半径、坐标；

步骤2-4，定义横断面参数，其中横断面参数数据为右手坐标系求得，坐标系以线路在断面里程处设计标高点为原点，以线路中线前进方向右侧法线为X轴，以原点天顶方向为Y轴，输入设计断面时，按照顺时针依次输入每段直线和圆弧。

4.根据权利要求1所述的地下水封洞库的库容测量方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3-1，在地下水封洞库底部中线附近架设全站仪并对中整平，采用自由设站的方法，得到测站点的三维坐标，选择，平曲线，竖曲线，横断面类型、按照里程方向1米和垂直方向0.5米的点间距设置，然后进行测量扫描；

步骤3-2，记录横断面里程，测量点的点号、偏中距、高差、三维坐标。

5.根据权利要求1所述的地下水封洞库的库容测量方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4-1，采用测量数据库来处理测量数据，把横断面测量数据转换成线文件格式,线文件中的每一个断面点先组合成段，由一个洞库的所有段组成线串；

步骤4-2，由若干相邻的三角面，包裹成内外部透气的实体；实体是由一系列在线上的点，连成内外部透气的三角网，任何三角面的边必须有相邻的三角面，任何三角面的3个顶点，必须依附在有效的点上；

步骤4-3，组成实体的各三角面若存在自相交、无相临边、重复边、无效边，则实体不是有效的实体，无效的实体不能计算体积、空间约束、逻辑运算；

步骤4-4，通过实体的有效性验证，在实体之间、实体与面之间进行空间的交集、并集和差集的运算，定义以Z轴作为剖面轴线，以轴的垂直方向进行剖切，定义库容计量起点高程，输入剖面标高，就会自动计算并绘制出该标高的剖面。

6.根据权利要求5所述的地下水封洞库的库容测量方法，其特征在于，所述步骤4-2还包括创建三角网的步骤：

步骤4-5，两个段之间：在不同的剖面间联结三角网；

步骤4-6，在一个段内：在一个选中的剖面内自动完成三角网的联结；

步骤4-7，段到一个点的：一个剖面到一个点联结三角网；

步骤4-8，多个段之间：自动在一系列线和剖面间联结三角网；

步骤4-9，使用控制线：用控制线来定义剖面，进而产生三角网；

步骤4-10，根据手动选点：手动定义三角网约束，在剖面间联结三角网；

步骤4-11，单三角形：通过选定三角形顶点来定义每一个三角形；

步骤4-12，从一个段到两个段：在一个闭合的的母剖面和两个子剖面或点间，使用联合概念，来控制分支线，进而产生三角网；

步骤4-13，从一个段到多个段：在一个母剖面和多个子剖面间联结三角网；

步骤4-14，使用中线和剖面：利用剖面沿着中线联结三角网，一般用此功能生成井下巷道实体。

7.根据权利要求1所述的地下水封洞库的库容测量方法，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5-1，计算所有的垂直或水平断面面积，

其中V₁为初始运算体积，S₀为第一横断面面积，S₁为第二横断面的面积，L₁为第一运算长度，

再与每个测量单元的长度积分求得总库容，

V为总库容体积，i、n为正整数，；

步骤5-2，计算得到地下水封洞库总库容之后，调整点位精度和点位密度；

步骤5-3，进行断面测量的点位精度和点位密度对总库容的影响分析；断面测量时，断面上采样到的每一个数据点是构成库容的最基本单元，点的集合决定了地下水封洞库总库容，断面上点位的精度和密度影响着断面的面积测量精度；采集到的每一个点的坐标都是通过对采样点进行测角、测边计算出来的；

步骤5-4，地下水封洞库断面以城门型和三心圆型断面组成，其中城门型断面主要分布在连接巷道，设主洞库是以半径为R的圆断面，则有：

面积S=πR2，

设面积测量中误差为m_S、半径测量中误差为m_R，根据误差传播定律，可得：

其中下标S为测量面积、下标R为测量半径；

若断面面积测量精度为1/10000，则20m半径的洞库，其测边误差不能大于±1mm；同样，设仪器的方向测角中误差为m_β，则有：

其中下标S为测量面积、下标β为仪器的方向测角；

当方向测角中误差越小，对断面面积测量精度的影响也就越小；

步骤5-5，点位密度是采样的点与点之间的间隔距离，在断面测量中对采样点的角度步进值；由于洞壁表面粗糙凹凸不平，采样点就是在粗糙的表面上测量，凹凸的差值大小不一；对于断面采样存在着代表性误差问题，对整个洞库来说，凹凸的差值符合正态分布规律，这样通过约束固定采样点位的密度就能解决洞库容的代表性误差；地下洞库断面的最大半径为26米、最小为4米，实际在采集断面点时按半径大小设定点间弧长为0.2--0.5m，相对应的角度步进值为30—10；在同样测量精度和采样点位密度的条件下，断面半径越大，采样点的角度步进值可以适当放大；点的密度增大，点与点之间的曲线就能尽量缩短；

步骤5-6，以人工计算洞库容为例，常规断面中其两平行断面间所夹的体积按梯形柱体法计算。由求微分可得中误差m_V，其中下标V为测量总库容体积：

mV=|ΔL2(S02+S12)4·(msS)2+(S0+S1)24·ΔL2·(mΔLΔL)2|,]]>其中其中下标S为测量面积，

上式推得洞库体积的相对中误差为：

mVV=||(mΔLL)2+S02+S12(S0+S1)2(mSS)2||,]]>其中下标S为测量面积，

洞库体积的相对中误差主要受洞库长度L方向增量的相对中误差和断面面积相对中误差的影响，为保证洞库总库容的点位精度，需要测量断面点位密度。