核電站安全殼遠(yuǎn)程外觀檢查測量方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于攝影測量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種通過遠(yuǎn)程攝影設(shè)備獲取核電站安全殼 外觀影像，檢查并測量外觀表面缺陷的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 尖端工業(yè)的發(fā)展水平象征著國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的速度、規(guī)模和水平，工業(yè)生產(chǎn)的安 全性是發(fā)展的前提。核電工業(yè)以其經(jīng)濟(jì)、清潔的巨大優(yōu)勢得到廣泛認(rèn)可，而安全性也成為核 電工業(yè)發(fā)展的重要前提。作為保證核電安全生產(chǎn)的關(guān)鍵性建筑一一核電站安全殼(如圖1)， 其堅(jiān)固性、耐久性和抗壓、隔熱等性能必須達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，并必須在生產(chǎn)過程中對安全殼墻體 缺陷進(jìn)行監(jiān)測和及時修補(bǔ)。
[0003] 安全殼的作用是防止裂變產(chǎn)物釋放到周圍，它是核電站隔絕性生產(chǎn)的最后一道屏 障，是防止核泄漏的重中之重。安全殼作為關(guān)鍵性工業(yè)建筑不僅受自然因素的作用，還不可 避免的處于高溫高壓等極端環(huán)境下，在結(jié)構(gòu)上會受到極大的損害，最常見的就是安全殼外 觀表面裂縫、銹蝕、滲流等各種缺陷的出現(xiàn)。裂縫等缺陷的出現(xiàn)不僅影響美觀，更為嚴(yán)重的 是涉及結(jié)構(gòu)安全和核電工業(yè)生產(chǎn)安全，一旦發(fā)生核泄漏，將對人民財產(chǎn)和生命安全造成不 可挽回的損害。因此，安全殼外觀表面缺陷的檢測和修補(bǔ)便成了核電工業(yè)安全防護(hù)的重點(diǎn)。
[0004] 基于人工的外觀檢查需要消耗大量的人力、物力和時間成本，難以支持核電工業(yè) 的高效生產(chǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)械自動化技術(shù)、人工智 能技術(shù)、以及紅外遙感技術(shù)等越來越多的應(yīng)用到安全殼外觀檢查領(lǐng)域中來。核電站工作環(huán) 境和廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全殼形態(tài)為雙層標(biāo)準(zhǔn)圓柱筒身，直徑較大，多種廠房依附筒身而建， 成為攝影環(huán)境的障礙。依據(jù)對核電廠安全殼攝影條件的詳細(xì)調(diào)查和分析，確定設(shè)計一種核 電站安全殼遠(yuǎn)程外觀檢查測量系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種核電站安全殼遠(yuǎn)程外觀檢查測量系統(tǒng)及方 法。
[0006] 本發(fā)明提供一種核電站安全殼遠(yuǎn)程外觀檢查測量方法，包括以下步驟，
[0007] 步驟1，攝影方案預(yù)設(shè)計，包括以下子步驟，
[0008] 步驟1.1，輸入安全殼可測岡號范圍（G1，G2)和安全殼表面垂直向距離范圍[Da， Db];
[0009] 步驟1.2,生成最佳攝站點(diǎn)位和攝影方案，包括根據(jù)安全殼可測閃號范圍[Ga，Gb]、 安全殼表面垂直向距離范圍[Da，Db]和半徑參數(shù)R，計算遠(yuǎn)程攝影的最佳設(shè)站點(diǎn)位，確定二維 起止方向和二維旋轉(zhuǎn)間隔；所述二維起止方向包括水平起止方向和豎直起止方向，所述二 維旋轉(zhuǎn)間隔包括水平向旋轉(zhuǎn)間隔和豎向旋轉(zhuǎn)間隔；
[0010]所述遠(yuǎn)程攝影的最佳設(shè)站點(diǎn)位計算方式如下，
[0011]計算最佳設(shè)站點(diǎn)的點(diǎn)位距離安全殼表面垂直距離D，考慮設(shè)站點(diǎn)處安全殼頂?shù)难?角α和遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的最大仰角β之間的關(guān)系，
[0012] 若在最近距離Da處αΑ<β，則取D = Da;
[0013] 若在最近距離Da處αΑ>β，最遠(yuǎn)距離Db處αΒ < β，貝lj取Da<D<Db;
[0014] 若在最遠(yuǎn)距離Db處αΒ>β，則取D = Db;
[0015] 設(shè)遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的水平旋轉(zhuǎn)角度為Φ，與岡號間隔AG之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
[0017] 其中，R為核安全殼半徑，Gaii為核安全殼總岡數(shù)；
[0018] 設(shè)遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的最大水平旋轉(zhuǎn)角度為奶〇,安全殼可測閃號范圍[Ga，Gb]，對應(yīng)岡 號間隔為A Go，應(yīng)設(shè)站數(shù)為N，第i個設(shè)站點(diǎn)對應(yīng)的岡號為Gi，i = 1，2…，N，則：
[0021]將攝影站點(diǎn)設(shè)置在距安全殼表面距離為D，閃號為，以安全殼底面圓心為原 點(diǎn)，X軸與0閃方向重合，Y軸垂直于X軸，Z軸豎直向上，建立安全殼直角坐標(biāo)系，則設(shè)站點(diǎn)位 (Χ，γ)為：
[0024] 步驟1.3，根據(jù)步驟1.2所得結(jié)果，放樣最佳攝站點(diǎn)位；
[0025] 步驟2，遠(yuǎn)程自動攝影數(shù)據(jù)采集，包括進(jìn)行遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的定向，遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的 標(biāo)定，由遠(yuǎn)程攝影設(shè)備獲取安全殼外觀影像，通過無線網(wǎng)絡(luò)將影像實(shí)時傳輸至主控端，主控 端通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸向攝影設(shè)備發(fā)送作業(yè)指令；
[0026] 所述遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的定向?qū)崿F(xiàn)方式如下，
[0027]利用激光測距儀測量攝影設(shè)備至覘標(biāo)的距離，使覘標(biāo)處于相機(jī)視野中，拍攝獲取 影像，覘標(biāo)進(jìn)行特征提取，計算覘標(biāo)中心像素坐標(biāo)，結(jié)合攝影距離計算相機(jī)主光軸方向與覘 標(biāo)中心方向的夾角α，控制云臺旋轉(zhuǎn)角度α，使相機(jī)主光軸照準(zhǔn)覘標(biāo)中心，完成定向，
[0030]其中，V為像片中心與覘標(biāo)中心像素距離，U為物方距離，D為攝影距離，f為像距； [0031]步驟3,影像數(shù)據(jù)處理，包括對獲得的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到安全殼外觀全景展 開圖和缺陷信息。
[0032]而且，所述遠(yuǎn)程攝影的二維起止方向確定方式如下，
[0034]設(shè)在架設(shè)點(diǎn)處，安全殼頂?shù)难鼋菫棣粒踩珰じ叨葹镠，核安全殼可檢測部分起始高 度為hA，遠(yuǎn)程攝影設(shè)備架設(shè)高度為hB，遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的最大仰角為β，應(yīng)設(shè)定的豎直起始仰角 為Θ，則：
[0037] 豎直起止方向?yàn)椋é龋?。
[0038]而且，所述遠(yuǎn)程攝影的二維旋轉(zhuǎn)間隔確定方式如下，
[0039]設(shè)相機(jī)傳感器尺寸為aXb，焦距為f，一幅影像的水平向拍攝范圍為w，航帶間重疊 度至少為20 %，航帶間水平向旋轉(zhuǎn)角度為Ω，則：
[0042]式中，m為設(shè)站點(diǎn)與安全殼表面的最遠(yuǎn)距離，d為像距，
[0043]鏡頭的物距m、像距d與焦距f的關(guān)系為
[0045]設(shè)一幅影像的豎向拍攝范圍為h，相鄰影像間的豎向重疊度為20%，拍攝瞬間仰角 為ε，相鄰影像間的豎向旋轉(zhuǎn)角度為γ，則：
[0048] 得到水平向旋轉(zhuǎn)間隔Ω和豎向旋轉(zhuǎn)間隔γ。
[0049] 而且，所述遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方式如下，
[0050] 設(shè)置多個控制點(diǎn)建設(shè)標(biāo)定場，使用三腳架將全站儀、遠(yuǎn)程攝影設(shè)備和覘標(biāo)成三角 形架設(shè);利用攝影設(shè)備的定向功能，使攝影設(shè)備上的相機(jī)照準(zhǔn)覘標(biāo)中心，得到云臺零方向與 ΒΑ方向的夾角β，其中點(diǎn)Α為全站儀觀測覘標(biāo)中心點(diǎn)，點(diǎn)Β為棱鏡中心點(diǎn)，并量取云臺旋轉(zhuǎn)中 心高度;將攝影設(shè)備替換為棱鏡架設(shè)在腳架上，利用全站儀觀測覘標(biāo)A和棱鏡B，反算BA方向 與全站儀X軸方向的夾角α;使全站儀旋轉(zhuǎn)至360°-α+β并置為零方向，重新觀測棱鏡B，量取 棱鏡高度;觀測多個控制點(diǎn)得到其物方坐標(biāo)，并通過平移將其改化至云臺坐標(biāo)系下;使云臺 旋轉(zhuǎn)至零方向，控制相機(jī)拍攝包含多個控制點(diǎn)的影像，利用多個控制點(diǎn)的像方坐標(biāo)和在云 臺坐標(biāo)系下的物方坐標(biāo)，通過攝影測量中后方交會基本原理，計算得到相機(jī)外方位元素，獲 取相機(jī)相對于云臺的三維位置和姿態(tài)，標(biāo)定完成。
[0051]本發(fā)明提供一種核電站安全殼遠(yuǎn)程外觀檢查測量系統(tǒng)，包括以下模塊，
[0052]攝影方案預(yù)設(shè)計模塊，包括以下子模塊，
[0053]第一子模塊，用于輸入安全殼可測岡號范圍（G1，G2)和安全殼表面垂直向距離范 圍[Da，Db];
[0054] 第二子模塊，用于生成最佳攝站點(diǎn)位和攝影方案，包括根據(jù)安全殼可測閃號范圍 [Ga，Gb]、安全殼表面垂直向距離范圍[Da，Db]和半徑參數(shù)R，計算遠(yuǎn)程攝影的最佳設(shè)站點(diǎn)位， 確定二維起止方向和二維旋轉(zhuǎn)間隔；所述二維起止方向包括水平起止方向和豎直起止方 向，所述二維旋轉(zhuǎn)間隔包括水平向旋轉(zhuǎn)間隔和豎向旋轉(zhuǎn)間隔；
[0055] 所述遠(yuǎn)程攝影的最佳設(shè)站點(diǎn)位計算方式如下，
[0056]計算最佳設(shè)站點(diǎn)的點(diǎn)位距離安全殼表面垂直距離D，考慮設(shè)站點(diǎn)處安全殼頂?shù)难?角α和遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的最大仰角β之間的關(guān)系，
[0057] 若在最近距離Da處αΑ<β，則取D = Da;
[0058] 若在最近距離Da處αΑ>β，最遠(yuǎn)距離Db處αΒ < β，則取Da<D<Db;
[0059] 若在最遠(yuǎn)距離Db處αΒ>β，則取D = Db;
[0060] 設(shè)遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的水平旋轉(zhuǎn)角度為φ，與岡號間隔AG之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
[0062] 其中，R為核安全殼半徑，Gaii為核安全殼總岡數(shù)；
[0063] 設(shè)遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的最大水平旋轉(zhuǎn)角度為φ〇，安全殼可測閃號范圍[Ga，GB]，對應(yīng)岡 號間隔為A Go，應(yīng)設(shè)站數(shù)為N，第i個設(shè)站點(diǎn)對應(yīng)的岡號為Gi，i = 1，2…，N，則：
[0066]將攝影站點(diǎn)設(shè)置在距安全殼表面距離為D，閃號為，以安全殼底面圓心為原 點(diǎn)，X軸與0閃方向重合，Y軸垂直于X軸，Z軸豎直向上，建立安全殼直角坐標(biāo)系，則設(shè)站點(diǎn)位 (Χ，γ)為：
[0069] 第三子模塊，用于根據(jù)第二子模塊所得結(jié)果，放樣最佳攝站點(diǎn)位；
[0070] 遠(yuǎn)程自動攝影數(shù)據(jù)采集模塊，用于進(jìn)行遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的定向，遠(yuǎn)程攝影設(shè)備的標(biāo) 定，由遠(yuǎn)程攝影設(shè)備獲取安全殼外觀影像，通過無線網(wǎng)絡(luò)將影像實(shí)時傳輸至主控端，主控端 通過無線網(wǎng)絡(luò)