一種基于多邊法的三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多邊法的三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法，其特征是以多邊法坐標(biāo)測量系統(tǒng)的測量基站坐標(biāo)作為決策變量，以待測點(diǎn)幾何精度因子的函數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)，從只使用三臺測量基站開始，經(jīng)過若干次循環(huán)迭代，給出滿足待測點(diǎn)測量精度要求的優(yōu)化布局即構(gòu)建系統(tǒng)需要的最少測量基站臺數(shù)以及測量基站的安裝位置。本發(fā)明能優(yōu)化多邊法三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局，從而降低系統(tǒng)的構(gòu)建成本，提高系統(tǒng)的測量效益。
【專利說明】
-種基于多邊法的H維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及=維坐標(biāo)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種多邊法大空間=維坐標(biāo)測量 系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于多邊法原理的S維坐標(biāo)測量系統(tǒng)由至少S臺測量基站組成。其中，測量基站 一般包含二維正交旋轉(zhuǎn)模塊及安裝在旋轉(zhuǎn)模塊上的絕對測距模塊，并且二維正交旋轉(zhuǎn)軸線 的交點(diǎn)被設(shè)定為絕對測距模塊的測距值零點(diǎn)。在測量基站二維正交旋轉(zhuǎn)軸線的交點(diǎn)坐標(biāo)已 知的條件下，使測量基站分別瞄準(zhǔn)待測點(diǎn)并測距，然后根據(jù)測距值計(jì)算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)，運(yùn) 便是多邊法=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的基本工作流程。
[0003] -般來說，隨著使用的測量基站數(shù)量增多，多邊法=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的測量精度 會得到提高，但提高效果和測量基站與待測點(diǎn)的相對位置有關(guān)。因此，如何根據(jù)待測點(diǎn)的分 布情況及測量精度要求來確定系統(tǒng)布局即測量基站的數(shù)量和安裝位置，是構(gòu)建多邊法=維 坐標(biāo)測量系統(tǒng)時(shí)必須解決的問題之一。而在進(jìn)行大空間立維坐標(biāo)測量作業(yè)時(shí)，待測點(diǎn)的位 置往往較為分散、不規(guī)則，并且測量精度要求也不盡一致等因素又使上述問題變得更加復(fù) 雜。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，僅有在測量基站數(shù)量已定的情況下，針對使單點(diǎn)測量精度最優(yōu)而展 開的討論和研究，還未有相關(guān)針對多待測點(diǎn)且測量精度要求不一致的情況下系統(tǒng)布局優(yōu)化 問題的研究方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種待測點(diǎn)位置分散、分布不規(guī) 則及測量精度要求不一致的條件下的基于多邊法的=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法，W 期能根據(jù)待測點(diǎn)的位置及要求的測量精度給出優(yōu)化布局，從而在滿足待測點(diǎn)測量精度要求 的前提下，使用最少的測量基站來構(gòu)建測量系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的構(gòu)建成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)布局 效益的最大化。
[0006] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明一種基于多邊法的=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法，所述=維坐標(biāo)測量 系統(tǒng)中至少包含=臺測量基站;其特點(diǎn)是，所述布局優(yōu)化算法是按如下步驟進(jìn)行：
[000引步驟1:將測量基站記為{Ml，M2,…，Mi,…，MmhM康示第i臺測量基站;將所述第i臺 測量基站Mi的空間坐標(biāo)記為(XMi，YMi，ZMi); XMi表示第i臺測量基站Mi的橫坐標(biāo);YMi表示第i臺 測量基站Mi的縱坐標(biāo);ZMi表示第i臺測量基站Mi的豎坐標(biāo);令XMiG [XMd, XMu] ,YMiG [yMd, YMu]， ZMiG [ZMd, ZMu] ;XMd和XMu分別表示橫坐標(biāo)XMi取值的下限和上限；YMd和YMu分別表示縱坐標(biāo)YMi 取值的下限和上限；ZMd和ZMu分別表示豎坐標(biāo)ZMi取值的下限和上限；1《i《m; m為不小于3的 正整數(shù)；
[0009] 將所有測量基站的測距精度記為〇*^;
[001 0]設(shè)定待測點(diǎn)為IPl，P2，…，Pj，…，Pn} ; P康示第j個(gè)待測點(diǎn)，將所述第j個(gè)待測點(diǎn)Pj的 概略坐標(biāo)記為(墻，誠，鳴）;將所述第j個(gè)待測點(diǎn)P埋求的測量精度記為為正 整數(shù)；
[001 U 步驟2 :定義迭代計(jì)數(shù)變量為i t，設(shè)定最大迭代次數(shù)為Nmax，且Nmax為正整數(shù);初始化 m = 3；
[001^ 步驟3:初始化it = 0;
[001；3]步驟4:隨機(jī)產(chǎn)生維數(shù)為9行3乂111列的初始布局矩陣，記為〔=[化02;...仰；...； Cq]，且Ck表示初始布局矩陣C的第k個(gè)行向量;所述第k個(gè)行向量對應(yīng)著坐標(biāo)測量系統(tǒng)的第k 個(gè)布局；且Ck 二[(XMlk , YMlk , ZMlk XMik , YMik , ZMik) XMmk , YMmk , ZMmk )],( XMik , YMik , ZMik)表示第k個(gè)布局下的第i臺測量基站Mi的空間坐標(biāo)；且XMik G [XMd, XMu] ,YMikG [YMd，yMu]， ZMik E [ ZMd , ZMu] , k= 1,2. . . q; q為正整數(shù)；
[0014] 步驟5:將初始布局矩陣C復(fù)制W次后形成擴(kuò)展布局矩陣(/，且是維數(shù)為qXw行3 Xm列的矩陣;W為正整數(shù)；
[0015] 步驟6:對擴(kuò)展布局矩陣進(jìn)行隨機(jī)操作后得到隨機(jī)布局矩陣C";
[0016] 步驟7:若it>0成立，則把隨機(jī)布局矩陣C"的第一個(gè)行向量替換為CO;否則轉(zhuǎn)步驟 8；
[0017]步驟8:計(jì)算隨機(jī)布局矩陣C"的誤差指數(shù)向量，記為E=[ei;e2; . . .es; . . . ;eq.w]，且 es表示隨機(jī)布局矩陣C"中第S個(gè)布局的誤差指數(shù)，s = l，2, . . .，qXw;
[0018] 步驟9:篩選優(yōu)秀布局；
[0019] 步驟9.1:將隨機(jī)布局矩陣C"中的元素 W行為單位，按誤差指數(shù)由小到大重新排 序，得到排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/;
[0020] 步驟9.2:將所述排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/中第一個(gè)行向量保存為向量CO;
[0021] 步驟9.3:將所述排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/中前q個(gè)行向量賦值給初始布局矩陣 C；
[0022] 步驟10:若向量CO對應(yīng)的誤差指數(shù)小于零，則將向量CO作為優(yōu)化后的布局；否則轉(zhuǎn) 步驟11;
[0023] 步驟11 :將i t+1賦值給i t，若i t > Nmax，則轉(zhuǎn)步驟1 2 ;否則轉(zhuǎn)步驟5 ;
[0024] 步驟12:將m+1賦值給m，轉(zhuǎn)步驟3。
[0025] 本發(fā)明所述的基于多邊法的=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法的特點(diǎn)也在于，
[00%] 所述步驟6是按如下過程進(jìn)行：
[0027]步驟6.1:定義布局計(jì)數(shù)變量S，初始化S = I;
[002引步驟6.2:隨機(jī)選擇一個(gè)正整數(shù)t，t G [ 1，3 Xm];
[0029] 步驟6.3:隨機(jī)選擇一個(gè)正整數(shù)U，并對U進(jìn)行模2運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果U;
[0030] 步驟6.4:若U=I,則利用式（1)對布局矩陣中的第S行第t列元素 (s，t)進(jìn)行更 新，從而獲得更新后的第S行第t列元素 C"(s，t)，并形成隨機(jī)布局矩陣C":
[0031] C"(s，t)=C'(s，t) + (Vu-C'(s，t)Kl-r(i-s/(q.w))2) (I)
[0032] 否則，利用式(2)對布局矩陣中的第S行第t列元素 (s，t)進(jìn)行更新，從而獲得 更新后的第S行第t列元素 C"(s，t)，并形成隨機(jī)布局矩陣C":
[0033] C"(s，t)=C'(s，t)-(C'(s，t)-vd)(l-r(i-s/(q.w))2) (2)
[0034]式（I)和式(2)中，隨機(jī)布局矩陣C"的維數(shù)是qXw行3Xm列，C/(s，t)表示布局矩陣 中第S行第t列元素，Vu和Vd分別表示第S行第t列元素C"(s，t)的取值上限和下限；
[003引且當(dāng)t = l ,4,…，1+3Q-1),, l+3(m-l)時(shí)，令Vu = XMu、vd = XMd;
[0036] 當(dāng)t = 2,5,…，2+3(i-l),,化3(m-l)時(shí)，令Vu = yMu、vd = yMd;
[0037] 當(dāng)t = 3,6,…，3Xi,…，3Xm時(shí)，令Vu = ZMu、vd = ZMd;:r為區(qū)間[0，l]內(nèi)的隨機(jī)值；
[0038] 步驟6.5將S+1賦值給S，并判斷s>qXw是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟7;否則，返 回步驟6.2。
[0039] 所述步驟8按如下過程進(jìn)行：
[0040] 步驟8.1:初始化布局計(jì)數(shù)變量S = 1;
[0041 ]步驟8.2:初始化待測點(diǎn)計(jì)數(shù)變量j = 1;
[0042] 步驟8.3:利用式(3)計(jì)算隨機(jī)布局矩陣C"中第S個(gè)布局下的第j個(gè)待測點(diǎn)門的理論 測量精度曰Si:
[0043] 巧
[0044] 表示待測點(diǎn)的幾何精度因子，traceO表示求矩陣的跡， 且矩陣A通過式(4)獲得：
[0045
(4)
[0046] 式(4)中4表示第i臺測量基站Mi與第j個(gè)待測點(diǎn)P撕距離，并通過式(5)獲得：
[0047]
尚；
[004引步驟8.4:將^'+1賦值給^'，若^'>11，則轉(zhuǎn)到步驟8.5;否則返回步驟8.3;
[0049] 步驟8.5:取&= max(防9.: 作為隨機(jī)布局矩陣C"中第S個(gè)布局的誤差指數(shù)，其 中max O表示取元素的最大值；
[0050] 步驟8.6:將S+1賦值給S，若8 > q X W，則轉(zhuǎn)到步驟9;否則返回步驟8.2。
[0051] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0052] 1、本發(fā)明針對基于多邊法的=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化需求，W待測點(diǎn)幾何精 度因子的函數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)，通過在給定的測量基站空間坐標(biāo)取值范圍內(nèi)進(jìn)行若干次特定 形式的迭代捜索，給出了系統(tǒng)的優(yōu)化布局，從而在滿足了待測點(diǎn)測量精度要求的前提下，使 用最少的測量基站來構(gòu)建測量系統(tǒng)，進(jìn)而降低了系統(tǒng)的構(gòu)建成本，提高了系統(tǒng)的測量效益；
[0053] 2、本發(fā)明在選取優(yōu)化布局時(shí)W誤差指數(shù)即所有待測點(diǎn)的理論測量精度與要求的 測量精度之差的最大值作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，能夠使得到的優(yōu)化布局滿足每一個(gè)待測點(diǎn)的測量精 度要求，從而使多邊法的=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的測量精度穩(wěn)定可靠；
[0054] 3、本發(fā)明從構(gòu)建系統(tǒng)的測量基站數(shù)量為=臺開始捜索優(yōu)化布局，在當(dāng)前數(shù)量的測 量基站無法滿足待測點(diǎn)測量精度要求的條件下，才增加測量基站的臺數(shù)，因此能使得最終 得到的布局需要的測量基站數(shù)量最少；
[0055] 4、本發(fā)明在捜索優(yōu)化過程中，用前一代布局中誤差指數(shù)最小的若干組作為初始布 局，保證了算法向使布局效果優(yōu)化的方向進(jìn)行捜索；
[0056] 5、本發(fā)明在選取優(yōu)化布局時(shí)，將每一代的最優(yōu)布局保留下來，并使其參與到下一 代布局的優(yōu)化篩選中，從而加快了算法的收斂速度。
【附圖說明】
[0057] 圖1為本發(fā)明的算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[005引本實(shí)施例中，=維坐標(biāo)測量系統(tǒng)中至少包含=臺測量基站；一種基于多邊法的= 維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法是W多邊法大空間坐標(biāo)測量系統(tǒng)測量基站的坐標(biāo)作為決 策變量，W待測點(diǎn)幾何精度因子的函數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)，從只使用=臺測量基站開始，經(jīng)過若 干次循環(huán)迭代，給出滿足待測點(diǎn)測量精度要求的優(yōu)化布局即構(gòu)建系統(tǒng)需要的最少測量基站 臺數(shù)W及測量基站的安裝位置，具體的說，如圖1所示，布局優(yōu)化算法是按如下步驟進(jìn)行：
[0059] 步驟1:將測量基站記為…，Mi,…，MmhMi表示第i臺測量基站;可W但不限 于W測量基站Mi為原點(diǎn)，W從測量基站Mi指向測量基站M2的方向?yàn)闄M坐標(biāo)軸，W豎直向上作 為豎坐標(biāo)正方向，建立右手空間直角坐標(biāo)系o-xyz;將第i臺測量基站Mi在坐標(biāo)系o-xyz下的 空間坐標(biāo)記為（XMi，YMi，ZMi); XMi表示第i臺測量基站Mi在坐標(biāo)系o-xyz下的橫坐標(biāo);YMi第i臺 測量基站Mi在坐標(biāo)系o-xyz下的縱坐標(biāo);ZMi表示第i臺測量基站Mi在坐標(biāo)系o-xyz下的豎坐 標(biāo)；令XMiE [ XMd, XMu] ,YMiE [yMd,yMu] ,ZMiE [ ZMd, ZMu] ; XMd 和XMu 分別表示橫坐標(biāo)XMi 取值的下限 和上限；YMd和YMu分別表示縱坐標(biāo)YMi取值的下限和上限；ZMd和ZMu分別表示豎坐標(biāo)ZMi取值的 下限和上限；測量基站的坐標(biāo)取值區(qū)間由實(shí)際測量任務(wù)下，允許的測量基站安裝區(qū)域決定； 1234567 將所有測量基站的測距精度記為(A 2
[0061 ]設(shè)定待測點(diǎn)為{Pl，P2，'。，Pj，。'，Pn} ;Pj表示第j個(gè)待測點(diǎn)，在坐標(biāo)系O-巧Z下將第j 個(gè)待測點(diǎn)Pj的概略坐標(biāo)記為將第j個(gè)待測點(diǎn)Pj的測量精度記為4;待測點(diǎn)的概 略坐標(biāo)可通過粗略測量等方式獲得，其測量精度要求則是工件設(shè)計(jì)時(shí)就已確定的； n； 3 步驟2 :定義迭代計(jì)數(shù)變量為i t，設(shè)定最大迭代次數(shù)為Nmax，且Nmax為正整數(shù)，一般來 說最大迭代次數(shù)取50次即可;初始化m = 3; 4 步驟3:初始化it = 0; 5 步驟4:隨機(jī)產(chǎn)生維數(shù)為q行3 Xm列的初始布局矩陣，記為C= ki;C2; ... ;ck; ; Cq]，且Ck表示初始布局矩陣C的第k個(gè)行向量;第k個(gè)行向量對應(yīng)著坐標(biāo)測量系統(tǒng)的第k個(gè)布 局；且Ck二[(XMlk, YMlk , ZMlO (XMik , YMik , ZMiO (XMmk, YMmk , ZMmk) ], (XMik , YMik , ZMik)表 示第k個(gè)布局下的第i臺測量基站Mi的空間坐標(biāo)；且XMikE [XMd, XMu] ,YMikG [yMd，yMu] ,ZMikG [ZMd, ZMu],k= 1,2. . . q; q為正整數(shù),可設(shè)走為 100; 6 步驟5:將初始布局矩陣C復(fù)制W次后形成擴(kuò)展布局矩陣(/，且是維數(shù)為q X W行3 X m列的矩陣;W為正整數(shù)，可設(shè)定為5; 7 步驟6:對擴(kuò)展布局矩陣進(jìn)行隨機(jī)操作后得到隨機(jī)布局矩陣C";
[0067] 步驟6.1:定義布局計(jì)數(shù)變量S，初始化S = I;
[0068] 步驟6.2:隨機(jī)選擇一個(gè)正整數(shù)t，t G [ 1，3 Xm];
[0069] 步驟6.3:隨機(jī)選擇一個(gè)正整數(shù)U，并對U進(jìn)行模2運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果U;
[0070] 步驟6.4:若U=I,則利用式（1)對布局矩陣中的第S行第t列元素(s，t)進(jìn)行更 新，從而獲得更新后的第S行第t列元素C"(s，t)，并形成隨機(jī)布局矩陣C":
[0071] C"(s，t)=C'(s，t) + (Vu-C'(s，t)Kl-r(i-s/(q.w))2) (I)
[0072] 否則，利用式(2)對布局矩陣中的第S行第t列元素(s，t)進(jìn)行更新，從而獲得 更新后的第S行第t列元素C"(s，t)，并形成隨機(jī)布局矩陣C":
[0073] C"(s，t)=C'(s，t)-(C'(s，t)-vd)(l-r(i-s/(q.w))2) (2)
[0074] 式（1)和式(2)中，隨機(jī)布局矩陣C"的維數(shù)是qXw行3Xm列，C/(s，t)表示布局矩陣 中第S行第t列元素，Vu和Vd分別表示第S行第t列元素C"(s，t)的取值上限和下限；
[0075] 且當(dāng)t = l，4,…，1+3Q-1)，???，l+3(m-l)時(shí)，C"(s，t)索引的元素對應(yīng)著測量基站 的橫坐標(biāo)，令Vu = XMu、Vd = XMd ;
[0076] 當(dāng)t = 2,5,…，2+3Q-1)，…，2+3(m-l)時(shí)，C"(s，t)索引的元素對應(yīng)著測量基站的 縱坐標(biāo)，令Vu = YMu、Vd = YMd;
[0077] 當(dāng)t = 3,6,…，3Xi，…，3Xm時(shí)，C"(s，t)索引的元素對應(yīng)著測量基站的豎坐標(biāo)，令 Vu = ZMu、Vd = ZMd; r為區(qū)間[0,1]內(nèi)的隨機(jī)值；
[0078] 步驟6.5將S+1賦值給S，并判斷s>qXw是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟7;否則，返 回步驟6.2。
[0079] 步驟7:若it>0成立，則把隨機(jī)布局矩陣C"的第一個(gè)行向量替換為CO;否則轉(zhuǎn)步驟 8；
[0080] 步驟8:計(jì)算隨機(jī)布局矩陣C"的誤差指數(shù)向量，記為E=[ei;e2; . . .es; . . . ;eq.w]，且 es表示隨機(jī)布局矩陣C"中第S個(gè)布局的誤差指數(shù)，s = l，2, . . .，qXw;
[0081] 步驟8.1:初始化布局計(jì)數(shù)變量S = I;
[0082] 步驟8.2:初始化待測點(diǎn)計(jì)數(shù)變量j = 1;
[0083] 步驟8.3:利用式(3)計(jì)算隨機(jī)布局矩陣C"中第S個(gè)布局下的第j個(gè)待測點(diǎn)門的理論 測量精度Osi:
[0084]
(3)
[0085] 式(3)中，^traceiiA^A)-' )表示待測點(diǎn)的幾何精度因子，trace 〇表示求矩陣的跡， 且矩陣A通過式(4)獲得：
[0086]
(4)： 1 式(4)中《^表示第i臺測量基站Mi與第j個(gè)待測點(diǎn)P撕距離，并通過式(5)獲得：
[008引
巧
[0089] 步驟8.4:將^'+1賦值給^'，若^'>11，則轉(zhuǎn)到步驟8.5;否則返回步驟8.3;
[0090] 步驟8.5:取e, = max(打-Cr二])作為隨機(jī)布局矩陣C"中第S個(gè)布局的誤差指數(shù)，其 中max O表示取元素的最大值；
[0091] 步驟8.6:將S+1賦值給S，若8 > q X W，則轉(zhuǎn)到步驟9;否則返回步驟8.2。
[0092] 步驟9:篩選優(yōu)秀布局；
[0093] 步驟9.1:將隨機(jī)布局矩陣C"中的元素W行為單位，按誤差指數(shù)由小到大重新排 序，得到排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/;
[0094] 步驟9.2:將排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/中第一個(gè)行向量保存為向量CO;
[00M]步驟9.3:將排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/中前q個(gè)行向量賦值給初始布局矩陣C;
[0096] 步驟10:若向量CO對應(yīng)的誤差指數(shù)小于零，即向量CO對應(yīng)的布局滿足所有待測點(diǎn)的 測量精度要求，則將向量CO作為優(yōu)化后的布局，運(yùn)就是算法給出的最終結(jié)果；否則轉(zhuǎn)步驟 11;
[0097] 步驟11:將it+1賦值給it,若it^Nmax，即用當(dāng)前數(shù)量的測量基站組建多邊法=維 坐標(biāo)測量系統(tǒng)，不能滿足待測點(diǎn)的測量精度要求，則轉(zhuǎn)步驟12;否則轉(zhuǎn)步驟5;
[009引步驟12:將m+1賦值給m，轉(zhuǎn)步驟3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多邊法的Ξ維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法，所述Ξ維坐標(biāo)測量系統(tǒng)中至 少包含Ξ臺測量基站;其特征在于，所述布局優(yōu)化算法是按如下步驟進(jìn)行： 步驟1:將測量基站記為{11，12，一，11，一，1。}地表示第1臺測量基站;將所述第1臺測量 基站Mi的空間坐標(biāo)記為(XMi,yMi, ZMi); XMi表不第i臺測量基站Mi的橫坐標(biāo);yMi表不第i臺測量 基站Mi的縱坐標(biāo);ZMi表不第i臺測量基站Mi的豎坐標(biāo);令XMiG [XMd,XMu]，yMiG [yMd,yMu]，ZMiG [ZMd,ZMu] ;XMd和XMu分別表不橫坐標(biāo)XMi取值的下限和上限；yMd和yMu分別表不縱坐標(biāo)yMi取值 的下限和上限；ZMd和ZMu分別表不豎坐標(biāo)ZMi取值的下限和上限；為不小于3的正整 數(shù)； 將所有測量基站的測距精度記為cA 設(shè)定待測點(diǎn)為化，P2，···，門，…，Pn};P康示第j個(gè)待測點(diǎn)，將所述第j個(gè)待測點(diǎn)門的概略 坐標(biāo)記為(為，誠，哉）；將所述第j個(gè)待測點(diǎn)P速求的測量精度記為為；l《j《n;n為正整 數(shù)； 步驟2 :定義迭代計(jì)數(shù)變量為it，設(shè)定最大迭代次數(shù)為Nmax，且Nmax為正整數(shù);初始化m = 3； 步驟3:初始化it = 0; 步驟4:隨機(jī)產(chǎn)生維數(shù)為q行3Xm列的初始布局矩陣，記為C=ki;C2; . . . ;ck; . . . ;cq]，且 ck表示初始布局矩陣C的第k個(gè)行向量;所述第k個(gè)行向量對應(yīng)著坐標(biāo)測量系統(tǒng)的第k個(gè)布 局；且Ck二[(XMlk, yMlk , ZMlO , . . . , (XMik , yMik , ZMiO , . . . , (XMmk, yMmk , ZMmk) ] , (XMik , yMik , ZMik)表 示第k個(gè)布局下的第i臺測量基站Mi的空間坐標(biāo)；且XMikE [xMd，XMu]，yMike [yMd，yMu]，ZMike [ZMd, ZMu],k二 1,2. . . q; q為正整數(shù)； 步驟5:將初始布局矩陣C復(fù)制w次后形成擴(kuò)展布局矩陣(/，且(/是維數(shù)為qXw行3 Xm列 的矩陣;W為正整數(shù)； 步驟6:對擴(kuò)展布局矩陣進(jìn)行隨機(jī)操作后得到隨機(jī)布局矩陣C"; 步驟7:若it >0成立，則把隨機(jī)布局矩陣C"的第一個(gè)行向量替換為C0;否則轉(zhuǎn)步驟8; 步驟8:計(jì)算隨機(jī)布局矩陣C"的誤差指數(shù)向量，記為E=[ei;e2; . . .es; . . . ;eq.w]，且es表 示隨機(jī)布局矩陣C"中第s個(gè)布局的誤差指數(shù)，s = l，2, . . .，qXw; 步驟9:篩選優(yōu)秀布局； 步驟9.1:將隨機(jī)布局矩陣C"中的元素 W行為單位，按誤差指數(shù)由小到大重新排序，得 到排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/ ; 步驟9.2:將所述排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/中第一個(gè)行向量保存為向量C0; 步驟9.3:將所述排序后的隨機(jī)布局矩陣C"/中前q個(gè)行向量賦值給初始布局矩陣C; 步驟10:若向量C0對應(yīng)的誤差指數(shù)小于零，則將向量C0作為優(yōu)化后的布局；否則轉(zhuǎn)步驟 11; 步驟11:將it+1賦值給it，若it^Nmax，則轉(zhuǎn)步驟12;否則轉(zhuǎn)步驟5; 步驟12:將m+1賦值給m，轉(zhuǎn)步驟3。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多邊法的Ξ維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法，其特征是， 所述步驟6是按如下過程進(jìn)行： 步驟6.1:定義布局計(jì)數(shù)變量S，初始化S = 1; 步驟6.2:隨機(jī)選擇一個(gè)正整數(shù)t，t e [ 1，3 Xm]; 步驟6.3:隨機(jī)選擇一個(gè)正整數(shù)u，并對u進(jìn)行模2運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果U; 步驟6.4:若U=l，則利用式（1)對布局矩陣中的第S行第t列元素 C/(s，t)進(jìn)行更新， 從而獲得更新后的第S行第t列元素 C"(s，t)，并形成隨機(jī)布局矩陣C": C"(s，t)=C' (s，t) + (Vu-C (s，t))(l-r(i-s/(q.w))2) (1) 否則，利用式（2)對布局矩陣(/中的第s行第t列元素(/ (s，t)進(jìn)行更新，從而獲得更新 后的第S行第t列元素 C" (S，t)，并形成隨機(jī)布局矩陣C": C"(s，t)=C' (s，t)-(C (s，t)-vd)(l-r(i-s/(q.w))2) (2) 式（1)和式(2)中，隨機(jī)布局矩陣C"的維數(shù)是qXw行3Xm列，C/(s，t)表示布局矩陣(/中 第S行第t列元素，Vu和Vd分別表示第S行第t列元素 C"(s，t)的取值上限和下限； 且當(dāng)t = l，4,... ,l+3(i-l),l+3(m-l)時(shí)，令Vu = XMu、vd = XMd; 當(dāng)t = 2,5,…，2+3(i-l),...,化3(m-l)時(shí)，令Vu = yMu、vd = yMd; 當(dāng)t = 3,6,··· ,3Xi,…，3Xm時(shí)，令 Vu = ZMu、vd = ZMd;r 為區(qū)間[0,1]內(nèi)的隨機(jī)值； 步驟6.5將S+1賦值給S，并判斷s>qXw是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟7;否則，返回步 驟 6.2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多邊法的Ξ維坐標(biāo)測量系統(tǒng)的布局優(yōu)化算法，其特征是， 所述步驟8按如下過程進(jìn)行： 步驟8.1:初始化布局計(jì)數(shù)變量S = 1; 步驟8.2:初始化待測點(diǎn)計(jì)數(shù)變量j = 1; 步驟8.3:利用式(3)計(jì)算隨機(jī)布局矩陣C"中第S個(gè)布局下的第j個(gè)待測點(diǎn)門的理論測量 精度曰sj:巧 式(3)中，?少^-1；)表示待測點(diǎn)的幾何精度因子，traceO表示求矩陣的跡，且矩 陣A通過式(4)獲得：式(4)中4表示第i臺測量基站Ml與第j個(gè)待測點(diǎn)P撕距離，并通過式(5)獲得：步驟8.4:將^'+1賦值給^'，若^'>11，則轉(zhuǎn)到步驟8.5;否則返回步驟8.3; 步驟8.5:取^·； = max([o--苗,])作為隨機(jī)布局矩陣(："中第8個(gè)布局的誤差指數(shù)，其中max 0表示取元素的最大值； 步驟8.6:將S+1賦值給S，若8 >q X W，則轉(zhuǎn)到步驟9;否則返回步驟8.2。
【文檔編號】G06F17/15GK105979530SQ201610311056
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】余曉芬, 張紅英, 趙達(dá)
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)