本发明涉及工程测量技术领域，适用于测量对象数量多且形状相似的工况，特别是对于fast射电望远镜工程中的主动反射面单元的精度工程测量情况。
背景技术：
fast射电望远镜，即500米口径球面射电望远镜（five-hundred-meteraperturesphericalradiotelescope），是利用贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址，建造的世界第一大单口径射电望远镜，为国家大科学工程。
fast射电望远镜的反射面为直径500米的球面，面积达25万平方米，约30个足球场大小，整个反射面是由4450块反射面单元所组成。全部的反射面单元按照在反射面中具体位置的不同，同时参照各自的结构形式分成四种类型，分别为索网中心型反射面单元、索网边缘型反射面单元、测量基墩型反射面单元以及基本型反射面单元。其中基本型反射面单元数量为4275块，占总数的95%，是反射面单元的主要部分。
基本型反射面单元都是大小相近且彼此相似的三角形结构，边长范围为10m～13m，面积一般为55㎡～68㎡。望远镜要求在使用中整体反射面的均方根精度达到3r.m.s（rootmeamsquare，均方根），根据精度分解就需要每块的反射面单元的均方根精度达到2r.m.s。
考虑到反射面单元的结构特点以及现场的施工条件，反射面单元必须在望远镜建设现场进行组装，为了保证交付反射面单元的合格，必须在反射面单元组装完成后对其进行精度测量，如果精度小于2r.m.s视为合格，可以进行交付，并向望远镜内进行安装，如果精度超标则需要重新调整，直至合格。对于测量工作整体来说，fast工程的4450块反射面单元，面形精度测量的工作量可能是6000余次（以1.5倍的单元数量计算）甚至更多。因而，反射面单元的精度测量工作作为望远镜建设现场的一项影响项目性能的重要工作，工作量特别巨大。而考虑到项目紧张的建设周期以及反射面单元的前期制作和后期吊装等作业内容，经过综合测算，则要求现场必须保证每天至少20块的精度测量任务，这就意味着在现场需要每天完成30块单元的测量。
传统测量方法主要包括激光跟踪仪测量，全站仪测量和数字近景测量等方法，但是这些测量方法由于效率低下或不能适应工作现场及恶劣的野外室外环境条件等原因而不能满足fast工程进度的要求。而如果测量效率低，则必然出现两个重大问题：一、现场拼装、吊装不能按计划实施，导致工程拖期和经济损失；二、为了压缩工期，测量和调整过程不精细，反射面单元面形精度不高。可见，大量而艰巨的任务和现场的施工条件形成了严重的矛盾，需要研究创新的方式方法来解决。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提出一种fast射电望远镜反射面单元精度测量系统和方法，其能够快速、准确、高效地对大量而相似的反射面单元进行工程精度测量。
基于上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种fast射电望远镜反射面单元精度测量系统，其包括第一轨道、轨道车和控制单元；
所述第一轨道包括两条相距一定距离且相互平行的单轨，所述轨道车包括龙门架和第一驱动系统，所述龙门架包括两个架腿以及设置在两个架腿之间的横梁，两个架腿分别约束在一条单轨上，所述第一驱动系统用于驱动所述龙门架沿所述第一轨道移动；
所述横梁上设有摄像车，所述摄像车和横梁之间还设有用于驱动摄像车沿横梁移动的第二驱动系统，所述摄像车上通过转动云台设有一个摄像头；
所述第一驱动系统、第二驱动系统和转动云台均与所述控制单元连接并受所述控制单元的控制，所述摄像头与所述控制单元连接并将影像数据传输给所述控制单元。
可选的，所述第一驱动系统包括设置在两个架腿上的轨道轮以及用于驱动轨道轮转动的电机，所述龙门架通过轨道轮约束在所述第一轨道上。
可选的，所述横梁上设有第二轨道，所述第二驱动系统包括设置在所述摄像车上的电机以及滚轮，所述滚轮约束在所述第二轨道内。
可选的，所述控制单元用于执行如下程序：
（a1）通过所述摄像头获取当前摄像头位置下的影像；
（a2）通过第一驱动系统或第二驱动系统控制所述转动云台按照既定轨迹移动到下一摄像位置，控制转动云台的转动动作并控制摄像头在该位置处获取新的影像；所述既定轨迹为由相邻的横梁位置在梁首或梁尾处连接所形成的蜿蜒的连贯轨迹，所述相邻的横梁位置是指轨道车沿第一轨道移动时横梁的前后两个位置；
（a3）将多次获取的影像汇总，从中识别出各个反射面单元；
（a4）通过采集事先在反射面单元上设置的测量标记物的影像信息得到每个反射面单元的测量数字信息，并通过拟合方法将多个影像中的同一个反射面单元的测量数字信息融合为该反射面单元的综合数字信息；所述测量标记物包括用于提供参照系的一组编码标志、用于提供测量点位置的多个反光靶标、用于标记反光靶标方向信息的定向棒以及用于作为标准长度的基准尺；
（a5）将所述综合数字信息与反射面单元标准模型进行比较，得到该反射面单元的面型精度。
可选的，所述基准尺的两端设有反光体，所述反光体之间的距离为微米级精度的预设长度。
可选的，所述编码标志分散设置在所述反射面单元的反光靶标之间。
此外，本发明还提供一种fast射电望远镜反射面单元精度测量方法，其包括如下步骤：
（b1）设置如上所述的fast射电望远镜反射面单元精度测量系统；
（b2）在所述fast射电望远镜反射面单元精度测量系统的两条单轨之间布置反射面单元；所述反射面单元上设有测量标记物，所述测量标记物包括用于提供参照系的一组编码标志、用于提供测量点位置的多个反光靶标、用于标记反光靶标方向信息的定向棒以及用于作为标准长度的基准尺；
（b3）通过控制单元控制第一驱动系统、第二驱动系统和转动云台的协调运动，使得所述fast射电望远镜反射面单元精度测量系统的摄像头以既定轨迹运动，并在既定轨迹的多个预设点处采集视野内的反射面单元的影像；所述既定轨迹为由相邻的横梁位置在梁首或梁尾处连接所形成的蜿蜒的连贯轨迹，所述相邻的横梁位置是指轨道车沿第一轨道移动时横梁的前后两个位置；
（b4）将所述摄像头获取的影像汇总，从中识别出各个反射面单元；
（b5）通过采集事先在反射面单元上设置的测量标记物的影像信息得到每个反射面单元的测量数字信息，并通过拟合方法将多个影像中的同一个反射面单元的测量数字信息融合为该反射面单元的综合数字信息；
（b6）将所述综合数字信息与反射面单元标准模型进行比较，得到该反射面单元的面型精度。
可选的，所述基准尺的两端设有反光体，所述反光体之间的距离为微米级精度的预设长度。
可选的，所述反射面单元沿所述第一轨道的延伸方向以有序方式线性布置，相邻两个反射面单元之间的间距为1～1.5米。
可选的，所述编码标志分散设置在一个反射面单元上的反光靶标之间。
从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：
1、本发明实现了大数量形状相似的反射面单元的自动测量，提高了测量效率，大大节省了测量时间。
2、由于摄影测量需要测量设备处在高处，传统的方法中经常需要工人爬上爬下。本发明不需要测量人员的攀爬登高，从而减少了安全隐患。
3、本发明克服了一定的天气因素，可以全天候实施，不受强日光、下雨等环境影响。
4、整个测量和数据处理过程不需要人工干预，可以实现自动化、智能化测量，节约了人力，降低了操作人员的劳动强度。
总之，本发明结构成熟，易于实施，极大地提高了大数量形状相似反射面单元精度测量的工作效率，通过科学可行的方法将面向单体的技术进行了工程批量的实现，是对现有技术的一种重要改进。
附图说明
为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。
图1是反射面单元的结构示意图；
图2是反射面单元上基准尺和标记物的放置方式示意图；
图3是fast射电望远镜反射面单元精度测量系统的一种使用状态参考图；
图4是图3的俯视图；
图5是fast射电望远镜反射面单元精度测量系统的一种结构及运动方式示意图；
图6是图5中摄像车的局部放大图；
图7是fast射电望远镜反射面单元精度测量系统中摄像头的运动轨迹示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。
如图1～7所示，一种fast射电望远镜反射面单元精度测量系统，其包括第一轨道、轨道车和控制单元；
所述第一轨道包括两条相距一定距离且相互平行的单轨10，所述轨道车包括龙门架和第一驱动系统，所述龙门架包括两个架腿7以及设置在两个架腿之间的横梁8，两个架腿7分别约束在一条单轨10上，所述第一驱动系统用于驱动所述龙门架沿所述第一轨道移动；
所述横梁8上设有摄像车9，所述摄像车9和横梁8之间还设有用于驱动摄像车沿横梁移动的第二驱动系统，所述摄像车9上通过转动云台91设有一个摄像头92；
所述第一驱动系统、第二驱动系统和转动云台均与所述控制单元连接并受所述控制单元的控制，所述摄像头与所述控制单元连接并将影像数据传输给所述控制单元。
可选的，仍见图5，所述第一驱动系统包括设置在两个架腿7上的轨道轮11以及用于驱动轨道轮转动的电机（未示出），所述龙门架通过轨道轮约束在所述第一轨道上。
可选的，所述横梁上设有第二轨道，所述第二驱动系统包括设置在所述摄像车上的电机以及滚轮，所述滚轮约束在所述第二轨道内。
可选的，所述控制单元用于执行如下程序：
（a1）通过所述摄像头获取当前摄像头位置下的影像；
（a2）通过第一驱动系统或第二驱动系统控制所述摄像头按照既定轨迹移动到下一摄像位置，并在该位置处获取新的影像；所述既定轨迹为由相邻的横梁位置在梁首或梁尾处连接所形成的蜿蜒的连贯轨迹（如图7所示，图中的曲折线表示既定轨迹，圆圈表示既定轨迹上的若干摄像位），所述相邻的横梁位置是指轨道车沿第一轨道移动时横梁的前后两个位置；
（a3）将多次获取的影像汇总，从中识别出各个反射面单元；
（a4）通过采集事先在反射面单元上设置的测量标记物的影像信息得到每个反射面单元的测量数字信息，并通过拟合方法将多个影像中的同一个反射面单元的测量数字信息融合为该反射面单元的综合数字信息；所述测量标记物包括用于提供参照系的一组编码标志、用于提供测量点位置的多个反光靶标、用于标记反光靶标方向信息的定向棒以及用于作为标准长度的基准尺；
（a5）将所述综合数字信息与反射面单元标准模型进行比较，得到该反射面单元的面型精度。
此外，仍见图1～7所示，本发明还提供一种fast射电望远镜反射面单元精度测量方法，其包括如下步骤：
（b1）设置如上所述的fast射电望远镜反射面单元精度测量系统1；
（b2）在所述fast射电望远镜反射面单元精度测量系统1的两条单轨之间布置反射面单元2；所述反射面单元2上设有一组编码标志3、多个反光靶标4、基准尺5以及定向棒6等测量标记物；
（b3）通过控制单元控制第一驱动系统、第二驱动系统和转动云台的运动，使得所述fast射电望远镜反射面单元精度测量系统的摄像头以既定轨迹运动，并在既定轨迹的多个预设点处采集反射面单元的影像（如图7所示）；所述既定轨迹为由相邻的横梁位置在梁首或梁尾处连接所形成的蜿蜒的连贯轨迹，所述相邻的横梁位置是指轨道车沿第一轨道移动时横梁的前后两个位置；
（b4）将多次获取的影像汇总，从中识别出各个反射面单元2；
（b5）通过采集事先在反射面单元上设置的测量标记物的影像信息得到每个反射面单元的测量数字信息，并通过拟合方法将多个影像中的同一个反射面单元的测量数字信息融合为该反射面单元的综合数字信息；
（b6）将所述综合数字信息与反射面单元标准模型进行比较，得到该反射面单元的面型精度。
可选的，所述基准尺5的两端设有反光体，所述反光体之间的距离为微米级精度的预设长度。
可选的，仍见图3和4，所述反射面单元2沿所述第一轨道的延伸方向以有序方式线性布置，相邻两个反射面单元之间的间距为1～1.5米。
可选的，仍见图2，所述编码标志3均匀设置在反射面单元2上的反光靶标4之间。
上述实施例中，反射面单元2主体为三角形，由于反射面单元的尺寸较大，实际应用中一个反射面单元也是由若干小三角形构成的。本发明的测算方法为：首先从摄像头采集的影像中识别出测量标记物的位置信息，通过软件将其拟合成一个整体，然后通过定向棒标识方向并通过编码标志建立参照系精确标识出每个反光靶标的位置，然后以基准尺的实际长度标校影像中长度，使得其他各信息元素响应变化，从而得到实际情况下精确的反光靶标之间的位置信息，将这些信息和反射面单元的标准模型做比对，从而最终完成反射面单元的精度测算。
在上述实施例中，fast射电望远镜反射面单元精度测量系统主要包括纵向行走装置，横向行走装置及转动云台，从而使得摄像头能够进行二维平面运动和三维转动。其中，纵向行走装置使得摄像头可以在反射面单元的排列方向上运动，横向行走装置使得摄像头可以在反射面单元排列方向的垂直方向上完成前进或后退动作，而转动云台使得摄像头可以在原位置进行角度转动。
此外，上述测量步骤中，反射面单元最好能够有规律地摆放，不仅是为了规范生产，也可以使得测量系统能够更方便地区分出单元个体，从而提高系统的可靠性。
同理，编码标志、反光靶标及基准尺等测量标记物建议也进行有规律摆放，及对应于每个单元尽量放到相近位置；同时，为了保证每张影像能够尽可能多的匹配到其余影像，编码标志最好尽量均匀地放置在反射面单元的边缘位置。
测量过程中，控制单元一方面接收摄像头采集的影像，另一方面控制第一驱动系统、第二驱动系统和转动云台的运动，其中可以采用一定的算法，使得控制单元能够根据影像信息实时调整运动控制指令，以使摄像头相邻两次采集的影像具有适当的冗余度，便于采集影像后期的融合。
总之，本发明结构成熟，易于实施，极大地提高了大数量形状相似反射面单元精度测量的工作效率，通过科学可行的方法将面向单体的技术进行了工程批量的实现，是对现有技术的一种重要改进。
需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。
此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。
出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。
总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。