測量背景

自2011年11月起,全世界范圍在29,000英尺到41,000英尺的航空垂直間隔最小距離由最小2000英尺降低到1000英尺.在這一區(qū)間實行后,在RVSM(Reduced Vertical Separation Minimum)空間里飛機之間的垂直間隔只有1000英尺.為了安全有效的控制空中交通,RVSM的目標是在考慮到季風和**飛行模式下使飛機在**油耗狀態(tài)下飛行,同時在保證安全的前提下使空中通行能力提高了大約百分之八十五.盡管降低了飛機間的垂直間隔,但是空中飛行時，飛機發(fā)生碰撞的可能性才為平均每1億飛行小時2.5次.那么這和v-stars測量系統(tǒng)有什么關(guān)系呢.我們知道，在航空航天行業(yè)中，空氣動力團隊要求使用飛機的靜態(tài)接口測量的數(shù)據(jù)用于評估RVSM數(shù)據(jù)。

測量要求

所有的商業(yè)飛機有空速管和靜態(tài)接口用于探測飛機的速度,高度及馬赫數(shù)值.數(shù)據(jù)傳感器和靜態(tài)接口的安裝需要很高的測量精度.這些曲面上的重要區(qū)域外形測量越精確,傳感器的靈敏度就越精確.但是RVSM的測量過程面對許多挑戰(zhàn):

• 全局測量公差+/- 0.127毫米,所以精度要求很高.

• 必須是非接觸測量.靜態(tài)接口有著非常光亮的表面,不能做標記或用接觸式測量設(shè)備測量.

• 測量區(qū)域很大—飛機的每個測面有大約3平方米需要測量.

• 需要點密度達到6*6毫米.

• 必須是在飛機安裝在輪子上時測量.

• 測量過程不能干涉到周圍的生產(chǎn).

• 盡管存在飛機的移動和振動,測量也需要保證精確.

• 需要及時進行分析,生成報告滿足工程要求.用作后續(xù)修理及返工的依據(jù).

測量過程

依據(jù)RVSM的測量要求可知，只有V-STARS的多相機攝影測量系統(tǒng)能夠滿足條件。

測量實例以測量飛機靜態(tài)接口位置為例。

測量靶點定位：考察完現(xiàn)場測量環(huán)境后，合理的對測量進行規(guī)劃。為了實現(xiàn)測量的目的，測量之前必須在測量物體上定位靶點。通常而言，靶點一般貼在需要測量的點或面上。

為了測量過程的自動化，必須在測量區(qū)域添入編碼點。這些點可以被V-STARS軟件自動識別，且可以幫助軟件確定拍照時相機的方位，它也可以將物體綁定在一個統(tǒng)一的坐標軸系統(tǒng)。

為了確定一個攝影測量的長度基準，一個已知的距離是必須的。通常這個距離來自于一根經(jīng)過校準的碳纖維基準尺或者殷鋼基準尺。

測量攝影：一旦物體上的靶點定位完成后就可以開始攝影。簡單而言，攝影的目的就是從盡可能多的角度在盡可能多的照片中拍攝到每一個靶點。為了提高測量的精確度，通常盡可能在貼近地面以及高處拍照。照片的數(shù)量取決于測量的復雜性以及要求的精度。

測量過程：首先，需要使用INCA3相機在單相機模式下對測量區(qū)域進行測量，單相機模式下拍照完成后，將圖片經(jīng)過V-STARS軟件處理后，得到數(shù)據(jù)結(jié)果。

多相機模式：單相機測量模式完成后，即可進入多相機測量模式。使用V-STARS的兩個INCA 3相機和裝在升降設(shè)備上的一個PRO-SPOT投點器，投點器上裝有能投射出23000個點的幻燈片。調(diào)節(jié)相機位置，確保多相機模式下，相機能夠完整的拍到PRO-SPOT投點器投射出的測量點。所有準備工作完成后，可以開始進行實時測量。在測量區(qū)域沒有添加任何測量標靶的情況下，PRO-SPOT投點器投射在機身表面的點密度達到23,000點，測量中重復這一過程直到整個區(qū)域被完整覆蓋。

測量分析：所有的測量分析處理都是在SA軟件中進行的。數(shù)據(jù)是以XYZ的格式從V-STARS中導出的，然后直接導入SA軟件，這一過程可以直接在SA軟件中完成。

測量過程結(jié)束后，使用SA進行數(shù)據(jù)處理。我們利用SA中的關(guān)系匹配特征功能對齊數(shù)據(jù)。稀釋SA中點的數(shù)量，但使用超過10萬點對齊。SA的報告輸出能力允許單個靜態(tài)接口和全局曲面的分別生成。報告結(jié)果會指出某個接口與設(shè)計數(shù)據(jù)是否一致，以及與周圍的曲面匹配情況。同時，為了滿足要求，軟件也能夠檢測到哪些墊片是錯誤的。利用SA測量計劃的自動分析功能可以產(chǎn)生高重復性和高精度的數(shù)據(jù)。當采集成千上萬數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生異常點是很常見的，但是在使用關(guān)系擬合的時候，使用SA測量計劃功能可以自動移除異常點。在使用測量計劃選項前，對數(shù)據(jù)進行手動對齊和清理，而SA的編程能在很大程度上減少了這個過程的時間.

測量結(jié)論

在徹底考查其他測量的技術(shù)之后，我們可以得出這樣的結(jié)論：

1) 攝影測量系統(tǒng)是**的對飛機的移動/振動免疫的，因為攝影測量系統(tǒng)是一次性的拍攝整個區(qū)域的

2) 飛機上的編碼點可以將重復測量的區(qū)域進行拼接

3) 只有V-STARS攝影測量系統(tǒng)和投點器的結(jié)合使用能夠?qū)崿F(xiàn)快速精確的測量如此大的區(qū)域

4) 使用SA軟件可以讓我們使用超過10萬個點進行曲面的擬合并且生成必要的報告

5)SA軟件的腳本撰寫以及自動化可以讓我們加快測量的速度

測量設(shè)備評論

V-STARS攝影測量系統(tǒng)使用范圍廣泛，可用于零件和工裝的建造和檢查、表面測量、逆向工程測量、在不穩(wěn)定的環(huán)境中受到振動和運動的測量、重型工程測量，如橋段和風力發(fā)電塔以及天線測量。廣泛用于航天航空、汽車、工程測量、研究所研究等眾多領(lǐng)域。其可用于采礦，冶金，機器、車輛和船舶制造等方面;還可用于動態(tài)目標的研究，例如，確定風洞中空氣動力模型的變形、計算由于爆炸引起的爆破量等。

一些具體應(yīng)用范圍：

航空航天

部件及工具檢測，在苛刻的現(xiàn)場環(huán)境下能夠保證最短停工時間

天線的整體或單塊面板檢測

白天/夜晚、高溫/寒冷，任何尺寸或任何方位

汽車行業(yè)周期性工具檢測及故障解決

單一部件、白車身、快速原型制造、快速在線檢測

船身拼接，準直，鋪設(shè)管道及檢測

艙內(nèi)/艙外、甚至水上

重工橋梁、部件拼接

任何尺寸、任何環(huán)境條件

風能葉片、翼梁等測量

車間或現(xiàn)場

V-STARS攝影測量系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢：

(1)高精度：單相機系統(tǒng)在10m范圍內(nèi)測量精度可以達到0.05mm，

(2)非接觸測量：光學攝影的測量方式，無需接觸工件;

(3)測量速度快：單相機幾分鐘即可完成大量點云測量，雙相機實時動態(tài)測量;

(4)可以在不穩(wěn)定的環(huán)境中測量(高低溫，震動)：測量時間短受溫度影響小，雙相機系統(tǒng)可以在不穩(wěn)定環(huán)境中測量;

(5)特別適合狹小空間的測量：只要0.5m空間即可拍照、測量;

(6)數(shù)據(jù)率高，可以方便獲取大量數(shù)據(jù)：像點由計算機軟件自動提取并測量，測量1000個點的速度幾乎與10個點的速度一樣;

(7)適應(yīng)性好：被測物尺寸從0.5m到100m均可用一套系統(tǒng)進行測量;

(8)便攜性好：單相機系統(tǒng)1人即可攜帶到現(xiàn)場或外地開展測量工作;

投點器配合V-STARS攝影測量系統(tǒng)的使用突出了投點器的優(yōu)勢：

1、 非接觸

該測量技術(shù)是完全非接觸的，使得測量過程中不會因為接觸引起表面變形。

2、 數(shù)據(jù)采集量可變

表面采集點的數(shù)量每次可由5600個增加到最多為23000個，而不同密度的點陣采集時間則是相同的。

3、 快速數(shù)據(jù)獲取

必要的點數(shù)據(jù)獲取只需要幾分鐘的時間，這使得該系統(tǒng)非常適用于時間限制很緊的生產(chǎn)環(huán)境。

4、 靈活性

投點器的靈活性在于其可以完成各種各樣的表面測量工作，例如一個大型組件，可以通過移動投點器到新的位置測量，然后將測量點合并即可，或者增加一臺投點器亦可以解決。

5、 便攜性

系統(tǒng)可以很方便的打包帶到供應(yīng)商或客戶處進行現(xiàn)場測量工作。

SA軟件有一些非常顯著的特征，包括：

·儀器接口是獨立的，可以接入超過120種的便攜式測量儀器

·可溯源且經(jīng)過認證

·允許使用者分析數(shù)據(jù)，建立、觀察、自動化測量，生成報告

·可以自動生成或者單獨適用于某個應(yīng)用的綜合性報告能力

·CAD文件導入、導航

·通用的分析軟件系統(tǒng)構(gòu)架

·空間的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)比對和關(guān)系分析

·測量和分析處理的全自動化

·界面可以轉(zhuǎn)化為任一種語言