核电站安全壳远程外观检查测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种核电站安全壳远程外观检查测量方法及系统，包括摄影方案预设计，生成最佳摄站点位和摄影方案；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；影像数据处理，得到安全壳外观全景展开图和缺陷信息。本发明专利技术围绕核电站安全壳大范围设置多个远程摄影的站点，自动获取高分辨率的安全壳外观影像完成数据采集，360°覆盖安全壳外观全景，支持检查并测量外观缺陷。自动化远程摄影的外业方案在获取安全壳外观高精度全景影像的同时，节省大量人工操作，大幅度提高作业效率，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于摄影测量
，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。
技术介绍
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——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。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。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。
技术实现思路
针对现有技术缺陷，本专利技术提供一种核电站安全壳远程外观检查测量系统及方法。本专利技术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，步骤1，摄影方案预设计，包括以下子步骤，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]；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冈号范围[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；所述远程摄影的最佳设站点位计算方式如下，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，若在最近距离DA处αA≤β，则取D＝DA；若在最近距离DA处αA＞β，最远距离DB处αB≤β，则取DA＜D＜DB；若在最远距离DB处αB＞β，则取D＝DB；设远程摄影设备的水平旋转角度为与冈号间隔ΔG之间的转换关系为：其中，R为核安全壳半径，GAll为核安全壳总冈数；设远程摄影设备的最大水平旋转角度为安全壳可测冈号范围[GA，GB]，对应冈号间隔为ΔG0，应设站数为N，第i个设站点对应的冈号为Gi，i＝1,2…,N，则：N=[GB-GAΔG0]+1]]>Gi=GA+2×i-12×ΔG0]]>将摄影站点设置在距安全壳表面距离为D，冈号为Gi处，以安全壳底面圆心为原点，X轴与0冈方向重合，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(X,Y)为：X=(D+R)×cos(GiGAll×2π)]]>Y=(D+R)×sin(GiGAll×2π)]]>步骤1.3，根据步骤1.2所得结果，放样最佳摄站点位；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；所述远程摄影设备的定向实现方式如下，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，V=U×Df]]>α=2×tan-1V2×D]]>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；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。而且，所述远程摄影的二维起止方向确定方式如下，水平起止方向为其中为水平旋转范围；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：α=arctan(H-hA-hBD)]]>θ=β(α>β)θ=α(α<β)]]>竖直起止方向为(θ，0)。而且，所述远程摄影的二维旋转间隔确定方式如下，设相机传感器尺寸为a×b，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：w=ad×m]]>Ω=acos(2×m2-(0.8×w)22×m2)]]>式中，m为设站点与安全壳表面的最远距离，d为像距，镜头的物距m、像距d与焦距f的关系为1f=1m+1d]]>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：h=b×mcos2ϵ(d+b2tanϵ)]]>γ=arcos(2×m2cosϵ-(0.8×h)22×(mcosϵ)2)]]>得到水平向旋转间隔Ω和竖向旋转间隔γ。而且，所述远程摄影设备的标定实现方式如下，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BA方向的夹角β，其中点A为全站仪观测觇标中心点，点B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轴方向的夹角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电站安全壳远程外观检查测量方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，摄影方案预设计，包括以下子步骤，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,B]；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冈号范围[GA,B]、安全壳表面垂直向距离范围[Da,B]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；所述远程摄影的最佳设站点位计算方式如下，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，若在最近距离DA处αA≤β，则取D＝DA；若在最近距离DA处αA＞β，最远距离DB处αB≤β，则取DA＜D＜DB；若在最远距离DB处αB＞β，则取D＝DB；设远程摄影设备的水平旋转角度为与冈号间隔ΔG之间的转换关系为：其中，R为核安全壳半径，GAll为核安全壳总冈数；设远程摄影设备的最大水平旋转角度为安全壳可测冈号范围[GA,B]，对应冈号间隔为ΔG0，应设站数为N，第i个设站点对应的冈号为Gi，i＝1,2…,N，则：N=[GB-GAΔG0]+1]]>Gi=GA+2×i-12×ΔG0]]>将摄影站点设置在距安全壳表面距离为D，冈号为Gi处，以安全壳底面圆心为原点，X轴与0冈方向重合，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(X,Y)为：X=(D+R)×cos(GiGAll×2π)]]>Y=(D+R)×sin(GiGAll×2π)]]>步骤1.3，根据步骤1.2所得结果，放样最佳摄站点位；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；所述远程摄影设备的定向实现方式如下，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，V=U×Df]]>α=2×tan-1V2×D]]>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；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。...

【技术特征摘要】
1.一种核电站安全壳远程外观检查测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，摄影方案预设计，包括以下子步骤，
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,B]；
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冈号范围[GA,B]、安全
壳表面垂直向距离范围[Da,B]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；
所述远程摄影的最佳设站点位计算方式如下，
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，
若在最近距离DA处αA≤β，则取D＝DA；
若在最近距离DA处αA＞β，最远距离DB处αB≤β，则取DA＜D＜DB；
若在最远距离DB处αB＞β，则取D＝DB；
设远程摄影设备的水平旋转角度为与冈号间隔ΔG之间的转换关系为：
其中，R为核安全壳半径，GAll为核安全壳总冈数；
设远程摄影设备的最大水平旋转角度为安全壳可测冈号范围[GA,B]，对应冈
号间隔为ΔG0，应设站数为N，第i个设站点对应的冈号为Gi，i＝1,2…,N，则：
N=[GB-GAΔG0]+1]]>Gi=GA+2×i-12×ΔG0]]>将摄影站点设置在距安全壳表面距离为D，冈号为Gi处，以安全壳底面圆心为原
点，X轴与0冈方向重合，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(X,Y)为：
X=(D+R)×cos(GiGAll×2π)]]>Y=(D+R)×sin(GiGAll×2π)]]>步骤1.3，根据步骤1.2所得结果，放样最佳摄站点位；
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；
所述远程摄影设备的定向实现方式如下，
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，
V=U×Df]]>α=2×tan-1V2×D]]>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；
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。
2.根据权利要求1所述核电站安全壳远程外观检查测量方法，其特征在于：所述远程摄
影的二维起止方向确定方式如下，
水平起止方向为其中为水平旋转范围；
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：
α=arctan(H-hA-hBD)]]>θ=β(α>β)θ=α(α<β)]]>竖直起止方向为(θ，0)。
3.根据权利要求1所述核电站安全壳远程外观检查测量方法，其特征在于：所述远程摄
影的二维旋转间隔确定方式如下，
设相机传感器尺寸为a×b，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：
w=ad×m]]>Ω=acos(2×m2-(0.8×w)22×m2)]]>式中，m为设站点与安全壳表面的最远距离，d为像距，
镜头的物距m、像距d与焦距f的关系为
1f=1m+1d]]>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：
h=b×mcos2ϵ(d+b2tanϵ)]]>γ=arcos(2×m2cosϵ-(0.8×h)22×(mcosϵ)2)]]>得到水平向旋转间隔Ω和竖向旋转间隔γ。
4.根据权利要求1或2或3所述核电站安全壳远程外观检查测量方法，其特征在于：所
述远程摄影设备的标定实现方式如下，
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BA方向的夹角β，其中点A为全站仪观测觇标中心点，点B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。
5....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亚明，王震，张涛，邢诚，黄晶晶，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42