核电站安全壳远程外观检查测量方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于摄影测量技术领域，具体是一种通过远程摄影设备获取核电站安全壳 外观影像，检查并测量外观表面缺陷的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 尖端工业的发展水平象征着国民经济现代化的速度、规模和水平，工业生产的安 全性是发展的前提。核电工业以其经济、清洁的巨大优势得到广泛认可，而安全性也成为核 电工业发展的重要前提。作为保证核电安全生产的关键性建筑一一核电站安全壳(如图1)， 其坚固性、耐久性和抗压、隔热等性能必须达到高标准，并必须在生产过程中对安全壳墙体 缺陷进行监测和及时修补。
[0003] 安全壳的作用是防止裂变产物释放到周围，它是核电站隔绝性生产的最后一道屏 障，是防止核泄漏的重中之重。安全壳作为关键性工业建筑不仅受自然因素的作用，还不可 避免的处于高温高压等极端环境下，在结构上会受到极大的损害，最常见的就是安全壳外 观表面裂缝、锈蚀、渗流等各种缺陷的出现。裂缝等缺陷的出现不仅影响美观，更为严重的 是涉及结构安全和核电工业生产安全，一旦发生核泄漏，将对人民财产和生命安全造成不 可挽回的损害。因此，安全壳外观表面缺陷的检测和修补便成了核电工业安全防护的重点。
[0004] 基于人工的外观检查需要消耗大量的人力、物力和时间成本，难以支持核电工业 的高效生产。随着科学技术的不断发展，计算机技术、传感器技术、机械自动化技术、人工智 能技术、以及红外遥感技术等越来越多的应用到安全壳外观检查领域中来。核电站工作环 境和厂房结构复杂，安全壳形态为双层标准圆柱筒身，直径较大，多种厂房依附筒身而建， 成为摄影环境的障碍。依据对核电厂安全壳摄影条件的详细调查和分析，确定设计一种核 电站安全壳远程外观检查测量系统及方法。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术缺陷，本发明提供一种核电站安全壳远程外观检查测量系统及方 法。
[0006] 本发明提供一种核电站安全壳远程外观检查测量方法，包括以下步骤，
[0007] 步骤1，摄影方案预设计，包括以下子步骤，
[0008] 步骤1.1，输入安全壳可测冈号范围（G1，G2)和安全壳表面垂直向距离范围[Da， Db];
[0009] 步骤1.2,生成最佳摄站点位和摄影方案，包括根据安全壳可测闪号范围[Ga，Gb]、 安全壳表面垂直向距离范围[Da，Db]和半径参数R，计算远程摄影的最佳设站点位，确定二维 起止方向和二维旋转间隔；所述二维起止方向包括水平起止方向和竖直起止方向，所述二 维旋转间隔包括水平向旋转间隔和竖向旋转间隔；
[0010]所述远程摄影的最佳设站点位计算方式如下，
[0011]计算最佳设站点的点位距离安全壳表面垂直距离D，考虑设站点处安全壳顶的仰 角α和远程摄影设备的最大仰角β之间的关系，
[0012] 若在最近距离Da处αΑ<β，则取D = Da;
[0013] 若在最近距离Da处αΑ>β，最远距离Db处αΒ < β，贝lj取Da<D<Db;
[0014] 若在最远距离Db处αΒ>β，则取D = Db;
[0015] 设远程摄影设备的水平旋转角度为Φ，与冈号间隔AG之间的转换关系为：
[0017] 其中，R为核安全壳半径，Gaii为核安全壳总冈数；
[0018] 设远程摄影设备的最大水平旋转角度为奶〇,安全壳可测闪号范围[Ga，Gb]，对应冈 号间隔为A Go，应设站数为N，第i个设站点对应的冈号为Gi，i = 1，2…，N，则：
[0021]将摄影站点设置在距安全壳表面距离为D，闪号为，以安全壳底面圆心为原 点，X轴与0闪方向重合，Y轴垂直于X轴，Z轴竖直向上，建立安全壳直角坐标系，则设站点位 (Χ，γ)为：
[0024] 步骤1.3，根据步骤1.2所得结果，放样最佳摄站点位；
[0025] 步骤2，远程自动摄影数据采集，包括进行远程摄影设备的定向，远程摄影设备的 标定，由远程摄影设备获取安全壳外观影像，通过无线网络将影像实时传输至主控端，主控 端通过无线网络传输向摄影设备发送作业指令；
[0026] 所述远程摄影设备的定向实现方式如下，
[0027]利用激光测距仪测量摄影设备至觇标的距离，使觇标处于相机视野中，拍摄获取 影像，觇标进行特征提取，计算觇标中心像素坐标，结合摄影距离计算相机主光轴方向与觇 标中心方向的夹角α，控制云台旋转角度α，使相机主光轴照准觇标中心，完成定向，
[0030]其中，V为像片中心与觇标中心像素距离，U为物方距离，D为摄影距离，f为像距； [0031]步骤3,影像数据处理，包括对获得的影像数据进行处理，得到安全壳外观全景展 开图和缺陷信息。
[0032]而且，所述远程摄影的二维起止方向确定方式如下，
[0034]设在架设点处，安全壳顶的仰角为α，安全壳高度为H，核安全壳可检测部分起始高 度为hA，远程摄影设备架设高度为hB，远程摄影设备的最大仰角为β，应设定的竖直起始仰角 为Θ，则：
[0037] 竖直起止方向为（θ，〇)。
[0038]而且，所述远程摄影的二维旋转间隔确定方式如下，
[0039]设相机传感器尺寸为aXb，焦距为f，一幅影像的水平向拍摄范围为w，航带间重叠 度至少为20 %，航带间水平向旋转角度为Ω，则：
[0042]式中，m为设站点与安全壳表面的最远距离，d为像距，
[0043]镜头的物距m、像距d与焦距f的关系为
[0045]设一幅影像的竖向拍摄范围为h，相邻影像间的竖向重叠度为20%，拍摄瞬间仰角 为ε，相邻影像间的竖向旋转角度为γ，则：
[0048] 得到水平向旋转间隔Ω和竖向旋转间隔γ。
[0049] 而且，所述远程摄影设备的标定实现方式如下，
[0050] 设置多个控制点建设标定场，使用三脚架将全站仪、远程摄影设备和觇标成三角 形架设;利用摄影设备的定向功能，使摄影设备上的相机照准觇标中心，得到云台零方向与 ΒΑ方向的夹角β，其中点Α为全站仪观测觇标中心点，点Β为棱镜中心点，并量取云台旋转中 心高度;将摄影设备替换为棱镜架设在脚架上，利用全站仪观测觇标A和棱镜B，反算BA方向 与全站仪X轴方向的夹角α;使全站仪旋转至360°-α+β并置为零方向，重新观测棱镜B，量取 棱镜高度;观测多个控制点得到其物方坐标，并通过平移将其改化至云台坐标系下;使云台 旋转至零方向，控制相机拍摄包含多个控制点的影像，利用多个控制点的像方坐标和在云 台坐标系下的物方坐标，通过摄影测量中后方交会基本原理，计算得到相机外方位元素，获 取相机相对于云台的三维位置和姿态，标定完成。
[0051]本发明提供一种核电站安全壳远程外观检查测量系统，包括以下模块，
[0052]摄影方案预设计模块，包括以下子模块，
[0053]第一子模块，用于输入安全壳可测冈号范围（G1，G2)和安全壳表面垂直向距离范 围[Da，Db];
[0054] 第二子模块，用于生成最佳摄站点位和摄影方案，包括根据安全壳可测闪号范围 [Ga，Gb]、安全壳表面垂直向距离范围[Da，Db]和半径参数R，计算远程摄影的最佳设站点位， 确定二维起止方向和二维旋转间隔；所述二维起止方向包括水平起止方向和竖直起止方 向，所述二维旋转间隔包括水平向旋转间隔和竖向旋转间隔；
[0055] 所述远程摄影的最佳设站点位计算方式如下，
[0056]计算最佳设站点的点位距离安全壳表面垂直距离D，考虑设站点处安全壳顶的仰 角α和远程摄影设备的最大仰角β之间的关系，
[0057] 若在最近距离Da处αΑ<β，则取D = Da;
[0058] 若在最近距离Da处αΑ>β，最远距离Db处αΒ < β，则取Da<D<Db;
[0059] 若在最远距离Db处αΒ>β，则取D = Db;
[0060] 设远程摄影设备的水平旋转角度为φ，与冈号间隔AG之间的转换关系为：
[0062] 其中，R为核安全壳半径，Gaii为核安全壳总冈数；
[0063] 设远程摄影设备的最大水平旋转角度为φ〇，安全壳可测闪号范围[Ga，GB]，对应冈 号间隔为A Go，应设站数为N，第i个设站点对应的冈号为Gi，i = 1，2…，N，则：
[0066]将摄影站点设置在距安全壳表面距离为D，闪号为，以安全壳底面圆心为原 点，X轴与0闪方向重合，Y轴垂直于X轴，Z轴竖直向上，建立安全壳直角坐标系，则设站点位 (Χ，γ)为：
[0069] 第三子模块，用于根据第二子模块所得结果，放样最佳摄站点位；
[0070] 远程自动摄影数据采集模块，用于进行远程摄影设备的定向，远程摄影设备的标 定，由远程摄影设备获取安全壳外观影像，通过无线网络将影像实时传输至主控端，主控端 通过无线网络