[發明專利]一種光學分布式測量系統布局優化方法

有效

• 申請號: 202110597778.5
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113449448B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 林嘉睿;邾繼貴;楊凌輝;任永杰;孫巖標;馬慧宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉同欣

本發明公開一種光學式分布式測量系統布局優化方法，包括：步驟1：在待測區域設置若干待測量點，測量儀器單元和障礙物；步驟2：建立世界坐標系O?XYZ，將待測區域的三維空間劃分為網格，獲取待測區域、待測量點，測量儀器單元和障礙物的坐標，并構建光線交會判斷模型；步驟3：建立目標函數，并根據所述測量儀器單元對待測量點的覆蓋范圍、定位誤差和預設的測量成本，獲得測量儀器單元布局多目標優化模型；步驟4：利用群智能優化算法獲取最優的布局方案。

技術領域

本發明屬于工業現場大尺寸三維精密測量技術領域，特別涉及一種光學分布式測量系統布局優化方法。

背景技術

近年來，隨著裝備制造業，特別是以航空航天，大型船舶等大型先進裝備的快速發展，工業現場大尺寸測量已經成為其中不可或缺的一環。大尺寸測量空間涵蓋了幾十米甚至上百米的空間范圍，介于傳統精密測量和工程測量尺寸范圍之內.在該尺度范圍內，傳統精密測量方法在量程、相對精度、適應條件等方面已經不能滿足要求，而一般的工程測量的絕對精度和效率又遠遠無法達到工業制造需求。光學分布式測量系統因其具有測量精度高，可靈活擴展，自動化等優勢而逐漸得到廣泛應用。基于其測量特性，光學分布式測量系統的布站結構對測量精度，覆蓋性能以及成本有很大影響，尤其在現場環境復雜，測量對象任務不斷變化時如何重新布局系統結構進行具有重要研究意義。在此類布局優化方法中，CN105069240A公開了一種空間測量定位系統測站的布局智能優化方法，涉及覆蓋范圍，成本等考慮因素，運用遺傳算法獲取最優的測站布局，但該方法沒有考慮測量現場的光線遮擋情況，布局過程較為理想化。CN108495252B公開了一種針對于室內定位技術的布局優化方法，該方法基于遺傳算法和模擬退火算法，以實現較強的局部搜索能力，提高定位精度和搜索效率。而在實際應用中，光學分布式測量系統的布局優化需要考慮很多因素，主要表現在：測量儀器單元自身的測量范圍特性，現場復雜的工裝設備、障礙物等會對測量過程造成光線遮擋，影響測量場覆蓋率以及測量定位精度；在實際應用中，由于測量現場的復雜性，布局優化方法需要對測量需求具有良好的適應性，能夠綜合考慮布站過程中的覆蓋，精度和成本等因素；需要能夠高效組網，克服傳統人為經驗的方法效率低下，測量精度無法滿足智能測量要求的難題。

因此，研究光學分布式測量系統的布局優化方法對于提高大尺寸空間內的測量定位精度和效率，適應測量現場的復雜環境和降低測量成本具有重要意義

發明內容

本發明的目的在于針對光學分布式測量系統的布站問題，綜合考慮布站過程中的覆蓋率，測量精度，成本以及布局效率問題，提供一種通用的布局優化算法，該算法能夠實現待測量點全覆蓋，整體測量誤差減小，維持測量成本，并且提高布局優化效率。

本發明的技術方案如下：

一種光學式分布式測量系統布局優化方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：在待測區域設置若干待測量點和測量儀器單元，其中所述待測區域中還存在障礙物，各測量儀器單元和待測量點相距一定距離；

步驟2：建立世界坐標系O-XYZ，將待測區域的三維空間劃分為網格，離散化三維空間；

獲取待測區域的坐標，以及獲取各測量儀器單元坐標及其有效測量范圍，判斷所述待測量點能否被測量；獲取待測量點的坐標及其有效被測角度，判斷該待測量點能否被各測量儀器單元測量；獲取待測量區域中障礙物模型和坐標，利用光線交會判斷模型判斷從測量儀器單元到待測量點的光線是否被障礙物阻擋，如果處于待測量點有效被測范圍內的測量儀器單元數量無法滿足最低數量要求，則該待測量點無法被測量；若所述測量儀器單元無法測量大于一定個數比例的待測量點，將所述測量儀器單元標記為無效測量儀器單元；

步驟3：根據步驟2獲得的參數和判斷結果，并根據所述測量儀器單元對待測量點的覆蓋范圍、定位誤差和預設的測量成本，計算測量儀器單元布局優化目標函數值；