[發明專利]一種監測大型結構形變的串并聯像機網絡測量方法

有效

• 申請號: 201811276186.8
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109443321B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 于起峰;關棒磊;尚洋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C11/08
• 分類號: G01C11/08;G01B11/16
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.一種監測大型結構形變的串并聯像機網絡測量方法，用串并聯像機網絡實現大型結構的形變監測，其特征在于，利用多個測量單元構成串并聯像機網絡，通過測量單元內部的固連約束和像機成像的幾何約束關系，將不同時刻待測點形變數據統一到指定的全局坐標系下，

串并聯像機網絡由若干個測量單元組成，選擇1個測量單元作為測量的全局坐標系；

所述測量單元由攝像機和合作標志固聯組成，其組合方式原則是:(1)滿足相鄰測量單元間相對位置姿態的測量需要，即本級攝像機能夠拍攝相鄰級的合作標志，或本級的合作標志能被相鄰級的攝像機拍攝到；(2)滿足大型結構形變的測量需要，即測量單元中存在二個及以上攝像機能觀測到大型結構中待測點；

所述串并聯像機網絡是指像機網絡中同時存在串聯像機網絡和并聯像機網絡；

所述串并聯像機網絡監測的原理是:

設該串并聯像機網絡共有(n+1)個測量單元：T0、T1、…Ti、…Tn，測量單元Ti由多個像機和合作標志共同固聯組成，也可由多個像機單獨固聯組成，串并聯像機網絡中的像機根據功能的不同，分為串聯像機和并聯像機，符號C_Si表示用于構建串聯像機網絡的串聯像機，符號C_Pi和C_Di表示用于構建并聯像機網絡的并聯像機，符號M_i表示合作標志，符號W_i為待測點，選取T0測量單元中像機C_S0的坐標系作為全局坐標系，相鄰測量單元之間是通視的，串并聯像機網絡看成由串聯像機網絡和并聯像機網絡融合組成，其中串聯像機網絡由C_S0,M₁-C_S1,…M_i-C_Si,…M_n組成，C_S0， C_{S1，．．．，} C_{Si，．．．，} C_S(n-1) 分別為測量單元T0、T1、…Ti、…T(n-1)中的串聯像機，M₁,M₂,...,M_i,...,M_n分別為測量單元T1、T2、…Ti、…Tn中的合作標志，M_i-C_Si表示合作標志M_i與串聯像機C_Si固聯安裝且固聯關系已知，根據測量單元內部的固連約束和像機成像的幾何約束關系，逐級確定每個測量單元對于全局坐標系的位置和姿態；并聯像機網絡分成C_P0,C_P1,…C_Pi,…C_Pn和C_D0,C_D1,…C_Di,…C_Dn二組并聯像機，分別用于觀測不同的待測區域，每個并聯像機在全局坐標系的位置和姿態由串聯像機網絡和測量單元內部的固連約束確定，其中并聯像機C_P0,C_P1,…C_Pi,…C_Pn用于交會待測點W_P0,W_P1,…W_Pi,…W_Pn,并聯像機C_D0,C_D1,…C_Di,…C_Dn用于交會待測點W_D0,W_D1,…W_Di,…W_Dn，

首先在串聯像機網絡中，經過多級傳遞測量，各個測量單元在全局坐標系下的旋轉矩陣和平移向量表示為：

其中i為測量單元Ti的序號，ⁱ⁺¹R_i、ⁱ⁺¹T_i分別表示測量單元T(i+1)和測量單元Ti之間的旋轉矩陣和平移向量；

然后在并聯像機網絡中，根據串聯像機網絡能夠測量所有測量單元相對全局坐標系的位置和姿態，和測量單元內部的固連約束，實時確定每個并聯像機在全局坐標系的位置和姿態(R,T)，已知并聯像機的內參數:等效焦距(F_x,F_y)、圖像主點(C_x,C_y)，在全局坐標系下，每個并聯像機的投影矩陣描述為：

投影矩陣M為3×4的矩陣，由m₀,m₁,...,m₁₁組成，在得到投影矩陣M和去除像差的理想像點后，得到關于待測點坐標(X,Y,Z)的線性方程組：

當n臺并聯像機，n≥2，觀測到空間點時，得到由2n個方程組成的超定線性方程組，根據最小二乘求解確定待測點在全局坐標系上的坐標(X,Y,Z)，根據不同時刻待測點的坐標，計算出空間點相對于全局坐標系的三維形變量，

實時測量大型結構中多個待測點在全局坐標系的動態形變數據。