基于CPS的飛機(jī)結(jié)構(gòu)形變測(cè)量與管理

何紅麗,胡紹林,郭曉博

(1.中國飛行試驗(yàn)研究院， 西安 710089； 2.西安理工大學(xué)， 西安 710048)

人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的一些物理、機(jī)械等學(xué)科相結(jié)合是新一輪的科技革命。這種演進(jìn)的戰(zhàn)略核心就是通過物理—信息融合系統(tǒng)(cyber physical systems，CPS)實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流，構(gòu)建高度靈活的信息化、數(shù)字化的智能模式[1-3]。

由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)形變與飛機(jī)安全密切相關(guān)，是飛行安全的重要保證，每架機(jī)定型試飛必須進(jìn)行形變測(cè)量。飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形變測(cè)量是飛機(jī)設(shè)計(jì)定型考核的重要項(xiàng)目。機(jī)身形變測(cè)量主要通過飛行前后對(duì)飛機(jī)機(jī)身及關(guān)鍵部件特征點(diǎn)進(jìn)行精確的測(cè)量，獲取各測(cè)試點(diǎn)與飛機(jī)原有狀態(tài)的相對(duì)變化量，計(jì)算其是否與設(shè)計(jì)指標(biāo)相符，綜合評(píng)價(jià)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，進(jìn)而評(píng)價(jià)飛機(jī)的安全性能[4-5]。機(jī)體形變測(cè)量傳統(tǒng)采用多測(cè)站測(cè)量法。首先需要進(jìn)行飛機(jī)水平架設(shè)，然后基于固定站址手動(dòng)瞄準(zhǔn)觀測(cè)并記錄，經(jīng)換站測(cè)量，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)融合等離線處理獲取統(tǒng)一坐標(biāo)體系下的測(cè)量結(jié)果，與飛機(jī)原有狀態(tài)進(jìn)行比較，給出偏差，結(jié)合理論限差給出結(jié)論，整理形成報(bào)表上繳給項(xiàng)目主管。

傳統(tǒng)測(cè)試方法存在如下幾個(gè)方面問題：測(cè)量過程人為干涉多，測(cè)量效率不高，測(cè)試流程和測(cè)試資源之間缺乏有機(jī)的關(guān)聯(lián)，測(cè)試流程生成的智能化程度較低；測(cè)試數(shù)據(jù)管理對(duì)于測(cè)試資源和測(cè)試流程的支撐不全面，測(cè)試大數(shù)據(jù)的開發(fā)和利用不充分,圍繞試驗(yàn)的資源、流程和數(shù)據(jù)管理的業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)展較為薄弱，缺少后期大數(shù)據(jù)分析和挖掘的必要支撐，不能有效地形成決策支撐鏈,無法從制定飛行試驗(yàn)方案、試驗(yàn)實(shí)施、到試驗(yàn)結(jié)束的全生命周期測(cè)量管控，數(shù)據(jù)應(yīng)用受限。

作者在跟蹤國內(nèi)外智能化測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合飛行試驗(yàn)實(shí)際需求，提出基于CPS基礎(chǔ)架構(gòu)的新一代智能測(cè)試與管理技術(shù)方案[6]--[11]。該系統(tǒng)以三維模型為基礎(chǔ)、以自動(dòng)化為核心驅(qū)動(dòng)力,引入專家知識(shí)，用虛擬測(cè)試手段進(jìn)行測(cè)量設(shè)備選型與測(cè)量方案優(yōu)化配置，綜合采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，虛擬化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能感知、分析決策，優(yōu)化傳統(tǒng)的測(cè)試作業(yè)流程，從根本上減少人為干涉，提高測(cè)試的快捷性、效率與精度。

1 結(jié)構(gòu)形變測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

飛機(jī)結(jié)構(gòu)形變測(cè)量系統(tǒng)建設(shè)從數(shù)字化和信息化入手，以CPS為基礎(chǔ)框架，圍繞飛機(jī)形變測(cè)量展開的，在測(cè)試資源、流程和數(shù)據(jù)管理的全流程進(jìn)行智慧化設(shè)計(jì)。建立可覆蓋飛機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)以后基于三維模型的形變測(cè)量規(guī)劃、飛行狀態(tài)外形改變、飛機(jī)外形變化趨勢(shì)分析的數(shù)字化測(cè)量與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在專家系統(tǒng)的支持及對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶提供專業(yè)支持，形成優(yōu)化的測(cè)試方案；通過數(shù)據(jù)的不斷迭代形成深度“智慧”的測(cè)試數(shù)據(jù)管理。

針對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)形變需求，構(gòu)建飛機(jī)全生命周期的形變智能測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)特征點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)的智能化快速自動(dòng)化采集、記錄、計(jì)算、評(píng)估及數(shù)據(jù)的管控，系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)建設(shè)如圖1所示。

這種架構(gòu)以原始CPS框架為基礎(chǔ)構(gòu)成了飛機(jī)形變智能化的賽博物理系統(tǒng)(CPS)，體現(xiàn)了“狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”的智能特征。

1.2 各分系統(tǒng)構(gòu)成及功能

如圖1所示，系統(tǒng)根據(jù)功能需求進(jìn)行劃分，主要由物理測(cè)量分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)、虛擬測(cè)試分系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)處理、管理分析分系統(tǒng)4部分組成。

1) 物理測(cè)量分系統(tǒng)

物理測(cè)量分系統(tǒng)是設(shè)備的執(zhí)行、傳動(dòng)、感知、測(cè)量單元，由具體的物理測(cè)量設(shè)備全站儀、光筆(光學(xué)測(cè)量?jī)x)三維掃描儀、激光跟蹤儀、攝影測(cè)量設(shè)備等組成。全站儀、光筆、激光跟蹤儀主要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象特征點(diǎn)測(cè)量；攝影測(cè)量設(shè)備主要利用近景攝影原理對(duì)飛機(jī)關(guān)鍵點(diǎn)云進(jìn)行測(cè)量，激光掃描儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積點(diǎn)云的測(cè)量，通過多測(cè)量設(shè)備的組合應(yīng)用，可以獲取被測(cè)飛機(jī)上所有點(diǎn)、線、面的信息，通過坐標(biāo)體系統(tǒng)一等處理獲取完整的飛機(jī)外形數(shù)據(jù)。

2) 數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集主要獲取各種測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)，通過信息網(wǎng)絡(luò)輸送給測(cè)量數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)進(jìn)行處理。采集分系統(tǒng)采用分布式測(cè)量模式，不同設(shè)備采用不同的通信接口，采用不同的操作處理系統(tǒng),需統(tǒng)一接口轉(zhuǎn)換，讓控制中心可以實(shí)現(xiàn)多測(cè)量設(shè)備的互操作。包含異構(gòu)條件下多標(biāo)準(zhǔn)集成的可擴(kuò)展軟硬件接口如：云訪問數(shù)據(jù)接口、信息系統(tǒng)接口、測(cè)量軟件接口、測(cè)量設(shè)備硬件數(shù)據(jù)接口等。該分系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)、測(cè)量計(jì)劃、測(cè)量模型等信息無縫共享。

3) 虛擬測(cè)試分系統(tǒng)

根據(jù)測(cè)量任務(wù)的要求及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境知識(shí)建立仿真模型，對(duì)測(cè)量特性進(jìn)行仿真計(jì)算，通過仿真給出某個(gè)特定任務(wù)中參與測(cè)量的設(shè)備的組合、布局、測(cè)量任務(wù)的規(guī)劃，是系統(tǒng)優(yōu)化配置的關(guān)鍵，同時(shí)也是自動(dòng)化測(cè)量的基礎(chǔ)。主要用于任務(wù)的準(zhǔn)備，模擬測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備布局、設(shè)備干涉、測(cè)量軌跡路徑的模擬，對(duì)測(cè)量方案及計(jì)劃進(jìn)行確認(rèn)。

測(cè)量規(guī)劃分為3個(gè)層次，一是可測(cè)性規(guī)劃，將可測(cè)量性設(shè)計(jì)融入飛機(jī)全壽命周期保障，在飛機(jī)設(shè)計(jì)初期即考慮如何解決各階段的測(cè)量問題，將測(cè)量保障活動(dòng)及所需的各種技術(shù)手段進(jìn)行分析，并使之規(guī)范化，改變傳統(tǒng)的“事后測(cè)量”模式；二是測(cè)量設(shè)備布站規(guī)劃，在保證滿足測(cè)量精度與測(cè)量范圍的前提下，使用最少的測(cè)量設(shè)備和最優(yōu)的站位方案；三是最優(yōu)測(cè)量路徑規(guī)劃，其目的是在保證測(cè)量精度的前提下，能夠以最短的路徑，安全而又高效地遍歷待測(cè)對(duì)象的檢測(cè)區(qū)域。

4) 智能數(shù)據(jù)處理、管理分析分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)是系統(tǒng)核心，心臟，是實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)從原始數(shù)據(jù)到可用數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。主要對(duì)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)校處理、坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的平差處理、數(shù)據(jù)融合，并負(fù)責(zé)各種設(shè)備狀態(tài)及測(cè)量數(shù)據(jù)的管理，引導(dǎo)發(fā)送、處理、評(píng)估、顯示等，基于模型庫、知識(shí)庫通過運(yùn)行智能算法為設(shè)備整合、測(cè)量規(guī)劃、路徑設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)引導(dǎo)等提供控制數(shù)據(jù)；通過統(tǒng)一坐標(biāo)系形成測(cè)量控制網(wǎng)，通過多模融合、數(shù)據(jù)平差獲得滿足測(cè)量目標(biāo)的優(yōu)化數(shù)據(jù)；最終實(shí)現(xiàn)3D標(biāo)準(zhǔn)、VR/AR等大數(shù)據(jù)可視化。具備管理決策專家系統(tǒng)等功能，對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)可以依據(jù)飛機(jī)型號(hào)基于模型進(jìn)行管理。具體工作模式如圖2所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

2.1 虛擬測(cè)試

由于零部件的尺寸、現(xiàn)場(chǎng)條件以及測(cè)量系統(tǒng)的可視性等約束，采用單臺(tái)/種儀器測(cè)量在實(shí)踐中往往不可行。綜合采用多臺(tái)相同或不同的測(cè)量系統(tǒng)能夠著重關(guān)注具體的特征或區(qū)域，在一次測(cè)量中獲得感興趣的更多詳細(xì)信息，加快測(cè)量速度并提高測(cè)量精度和可靠性。多測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量場(chǎng)模型要根據(jù)測(cè)量任務(wù)的要求及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境模型而建立，其中應(yīng)包括工作空間、零部件、障礙物、測(cè)量目標(biāo)、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量空間內(nèi)的環(huán)境因素等信息。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)按照不同布局或配置方案組合，通過仿真形成不同的測(cè)量場(chǎng)結(jié)果，由此可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量實(shí)施之前評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)的性能參數(shù)并得到優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，驗(yàn)證測(cè)量場(chǎng)模型和試驗(yàn)需求相符性，在仿真過程中著重關(guān)注可視性與精度特性。

針對(duì)智能化與高效率的要求，合理利用現(xiàn)有測(cè)試資源，需要設(shè)計(jì)其全生命周期的形變測(cè)量管理控制規(guī)劃，對(duì)檢測(cè)目標(biāo)與檢測(cè)任務(wù)進(jìn)行分類，統(tǒng)籌規(guī)劃、安排和確定質(zhì)量檢測(cè)的活動(dòng)內(nèi)容，包括：檢測(cè)項(xiàng)目，檢測(cè)程序，檢測(cè)數(shù)量，檢測(cè)次數(shù)和時(shí)間，檢測(cè)設(shè)備手段，檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理等等。其工作模式如圖3所示：其特點(diǎn)在于飛機(jī)入院后，首先獲取其整機(jī)原始狀態(tài)模型，通過數(shù)據(jù)模型獲取飛機(jī)的全部信息，將模型定義融入測(cè)量知識(shí)工程、測(cè)量過程模擬，通過飛機(jī)模型進(jìn)行測(cè)量仿真，形成優(yōu)化的測(cè)量方案設(shè)計(jì)和測(cè)量設(shè)備優(yōu)化配置。

2.2 基于云計(jì)算的測(cè)試數(shù)據(jù)智能管理/分析

數(shù)據(jù)是研發(fā)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、維護(hù)的關(guān)鍵和核心。圍繞測(cè)試數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)、指標(biāo)驗(yàn)證、生產(chǎn)測(cè)試和使用維護(hù)提供支持和保障，是解決現(xiàn)有測(cè)試問題的重要手段。基于云計(jì)算的測(cè)試數(shù)據(jù)智能管理/分析服務(wù)，為決策者提供知識(shí)共享、故障診斷、決策支持和任務(wù)調(diào)度；對(duì)于數(shù)據(jù)分析者，通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訂閱、資源調(diào)配和試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)挖掘，對(duì)于執(zhí)行者，多為試驗(yàn)人員，系統(tǒng)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)接口，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的監(jiān)控、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)。

基于云計(jì)算的測(cè)試數(shù)據(jù)智能管理/分析服務(wù)的“智慧”更體現(xiàn)在其基于測(cè)試大數(shù)據(jù)的飛機(jī)健康評(píng)估功能。由多通道推理機(jī)、知識(shí)庫、健康數(shù)據(jù)庫等組成的飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康評(píng)估程序，用于診斷所監(jiān)測(cè)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)是否存在故障，其診斷方法采用了基于歷史飛機(jī)結(jié)構(gòu)記錄的趨勢(shì)分析、結(jié)構(gòu)形變實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及其負(fù)載分析和系統(tǒng)部件的維修歷史分析等。

1) 多通道推理機(jī)

根據(jù)不同對(duì)象的損傷機(jī)理和數(shù)據(jù)分析要求，推理機(jī)設(shè)立了不同策略的推理通道，以獲得最優(yōu)結(jié)果。推理機(jī)采用的分析與推理方法包括 ：基于規(guī)則和案例的方法，基于故障樹的方法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法和基于相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析的方法。

2) 專家知識(shí)庫

存儲(chǔ)飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和診斷所需的工程技術(shù)資料，包括正常 / 異常數(shù)據(jù)、容限、曲線、參數(shù)、警戒線、原因、危害、相關(guān)因素、判據(jù)、案例、處理預(yù)案等，用來支持推理機(jī)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)飛機(jī)當(dāng)前健康狀況進(jìn)行判斷。

3) 健康數(shù)據(jù)庫

存儲(chǔ)系統(tǒng)及其部件的使用維修數(shù)據(jù)記錄，全面反映飛機(jī)及各部件的累計(jì)使用情況、歷次維修情況、當(dāng)前健康狀況、損傷殘留及待查隱患、任務(wù)能力評(píng)估以及預(yù)定的維修安排等，用來支持推理機(jī)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)部件的健康狀況進(jìn)行判斷。

4) 維修決策

運(yùn)用概率預(yù)測(cè)模型對(duì)設(shè)備未來健康狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)、獲得設(shè)備在某一時(shí)間的故障率、可靠度函數(shù)或剩余壽命分布函數(shù)后，就可按照經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備可用度、風(fēng)險(xiǎn)度等準(zhǔn)則建立維修決策模型，形成最優(yōu)的使用和維修策略，其決策流程如圖4所示。

2.3 融合處理

目前各種數(shù)字化測(cè)量設(shè)備都有其優(yōu)點(diǎn)與局限性，適用于特定領(lǐng)域的精確、快速測(cè)量。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)采集過程中，為了充分利用各測(cè)量設(shè)備的優(yōu)勢(shì)信息，建立信息互補(bǔ)和數(shù)據(jù)冗余的智能化測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量任務(wù)的最優(yōu)配置。根據(jù)各測(cè)量設(shè)備的測(cè)量原理和特點(diǎn)，如激光跟蹤儀的測(cè)距精度高、全站儀測(cè)角精度高，基于坐標(biāo)系配準(zhǔn)算法和平差優(yōu)化算法建立多模式融合測(cè)量模型，采用激光跟蹤儀、光學(xué)測(cè)量?jī)x、全站儀和iGPS等設(shè)備建立精密全局空間測(cè)量控制網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全局控制與局部終端攝影測(cè)量結(jié)合的測(cè)量模式，提高系統(tǒng)測(cè)量精度、測(cè)量范圍和測(cè)量效率。實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1) 基于坐標(biāo)系配準(zhǔn)算法統(tǒng)一全局坐標(biāo)系，建立各測(cè)站與全局坐標(biāo)系的位置關(guān)系R和T，如四元數(shù)、奇異值分解、最小二乘等算法：

P=RQ+T

(1)

其中：P是全局坐標(biāo)系下特征點(diǎn)坐標(biāo)值；Q是各測(cè)站坐標(biāo)系下特征點(diǎn)坐標(biāo)值。

2) 針對(duì)不同類型測(cè)量數(shù)據(jù)建立合理的定權(quán)模型，確定觀測(cè)值權(quán)矩陣W，基于平差優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)平差優(yōu)化：

(2)

其中，Vi是第i個(gè)測(cè)站觀測(cè)值協(xié)方差矩陣。

3) 利用近景攝影測(cè)量對(duì)飛機(jī)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，或利用三維掃描儀獲取飛機(jī)關(guān)鍵部位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全局控制與終端攝像測(cè)量相結(jié)合的數(shù)據(jù)處理。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

基于CPS的飛機(jī)結(jié)構(gòu)形變系統(tǒng)構(gòu)建，按照整體規(guī)劃，逐步實(shí)施的思路在開展，由于篇幅有限，本文重點(diǎn)介紹智能測(cè)量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路，并利用現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備構(gòu)建了智能測(cè)量系統(tǒng)的雛形，現(xiàn)有的專家知識(shí)庫是建立在原有數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)引導(dǎo)測(cè)量處理控制及處理精度進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。

針對(duì)某型運(yùn)輸機(jī)全機(jī)形變測(cè)量要求(點(diǎn)測(cè)量誤差不大于1 mm)進(jìn)行了形變測(cè)量與管理系統(tǒng)的構(gòu)建。系統(tǒng)由全站儀、光學(xué)測(cè)量?jī)x、影像測(cè)量設(shè)備以及測(cè)控中心(負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理與綜合管控)等組成，通過測(cè)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及控制全站儀等進(jìn)行自動(dòng)化引導(dǎo)測(cè)量。在信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持下，實(shí)現(xiàn)了多測(cè)量設(shè)備的聯(lián)合組網(wǎng)，把所有的測(cè)量信息都引入控制中心進(jìn)行集中管控與處理；在測(cè)控中心加入專家系統(tǒng)知識(shí)(飛機(jī)的外輪廓、門限信息、設(shè)備性能信息等)，通過融合解算可實(shí)現(xiàn)指定坐標(biāo)體系的實(shí)時(shí)處理與自動(dòng)化引導(dǎo)，結(jié)合專家知識(shí)(超差門限)給出了故障診斷結(jié)果，并用紅色進(jìn)行了預(yù)警，該試驗(yàn)驗(yàn)證了引導(dǎo)自動(dòng)化測(cè)量的有效性，同時(shí)通過精度檢測(cè)驗(yàn)證了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、平差處理的有效性。

本系統(tǒng)在進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃時(shí)，主要依據(jù)飛機(jī)的外輪廓，重點(diǎn)關(guān)注可視性，可測(cè)性與精度，在滿足要求的情況下形成了設(shè)備的布局與測(cè)量流程規(guī)劃，采用3種設(shè)備組合進(jìn)行測(cè)量，全站儀用于地面大范圍單點(diǎn)測(cè)量，光學(xué)測(cè)量?jī)x用于機(jī)體上隱蔽點(diǎn)測(cè)量，影像測(cè)量設(shè)備用于機(jī)背上點(diǎn)云的測(cè)量。

測(cè)量處理及決策：進(jìn)行機(jī)體形變測(cè)量時(shí)，首先利用全站儀把測(cè)量坐標(biāo)定制為機(jī)體坐標(biāo)，然后通過機(jī)庫內(nèi)的公共標(biāo)識(shí)點(diǎn)把全站儀、光學(xué)測(cè)量?jī)x、影像測(cè)量數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)體系內(nèi),坐標(biāo)統(tǒng)一之后依據(jù)測(cè)量規(guī)劃，通過測(cè)控中心調(diào)控多個(gè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。實(shí)時(shí)測(cè)量的流程是先把所有要測(cè)量的點(diǎn)在機(jī)體坐標(biāo)系下的理論值通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲取被測(cè)點(diǎn)在測(cè)站坐標(biāo)系下的極坐標(biāo)值，用此值引導(dǎo)并驅(qū)動(dòng)測(cè)量設(shè)備鎖定目標(biāo)點(diǎn)，鎖定好目標(biāo)后自動(dòng)化測(cè)量，測(cè)量后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳測(cè)控中心系統(tǒng)進(jìn)行解算，與原有坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，給出形變量，在專家知識(shí)(允許超差的門限)的支撐下對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警，經(jīng)過多種方式確認(rèn)后輸出結(jié)果報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)量。自動(dòng)化測(cè)量的界面如圖5所示，該界面可以實(shí)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)處理給出偏差值，超差則用紅顏色進(jìn)行預(yù)警，實(shí)時(shí)確認(rèn)測(cè)量狀態(tài)。測(cè)量結(jié)束可以獲取飛機(jī)外輪廓所有測(cè)量信息，可在飛機(jī)模型上對(duì)關(guān)注點(diǎn)的偏差進(jìn)行標(biāo)注，如圖6所示。

精度檢測(cè)：使用全站儀與光學(xué)測(cè)量?jī)x器、影像測(cè)量系統(tǒng)對(duì)同一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，在坐標(biāo)統(tǒng)一后進(jìn)行結(jié)果比對(duì)，試驗(yàn)時(shí)抽取了兩個(gè)公共點(diǎn)的測(cè)量及處理結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)處理結(jié)果 m

通過測(cè)量處理結(jié)果比對(duì)，可以看出融合精度高于單測(cè)量設(shè)備，其可靠性更高，其精度可以達(dá)到1 mm以內(nèi)，滿足飛機(jī)形變測(cè)量需求。

該系統(tǒng)建成后，不需要水平架設(shè)，不用人工記錄測(cè)量數(shù)據(jù)及錄入解算，改變了傳統(tǒng)測(cè)量需要水平架設(shè)、依據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)找點(diǎn)、測(cè)量的問題?，F(xiàn)在利用飛機(jī)設(shè)計(jì)的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行引導(dǎo)測(cè)量，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸給測(cè)控處理中心實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并在專家知識(shí)的支撐下進(jìn)行故障預(yù)警，經(jīng)處理后形成處理結(jié)果報(bào)告。通過多次試驗(yàn)測(cè)試統(tǒng)計(jì)可知，采用傳統(tǒng)測(cè)量模式完成一架機(jī)測(cè)量需要4人5個(gè)多小時(shí)完成測(cè)量處理及報(bào)表輸出；而利用現(xiàn)有的測(cè)量模式只需要2個(gè)人，2個(gè)小時(shí)就可現(xiàn)場(chǎng)完成測(cè)量處理及報(bào)表的輸出。明顯提高了測(cè)量的效率，同時(shí)利用多測(cè)量設(shè)備對(duì)測(cè)量進(jìn)行處理，提高了測(cè)量結(jié)果的可靠性。同時(shí)數(shù)據(jù)可以與原有模型一并保存，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。

4 結(jié)束語

基于CPS的飛機(jī)結(jié)構(gòu)形變測(cè)量與管理系統(tǒng)直接利用飛機(jī)的三維數(shù)模，通過統(tǒng)一的測(cè)量數(shù)據(jù)集實(shí)現(xiàn)大尺寸測(cè)量規(guī)劃、執(zhí)行、結(jié)果分析，它將全部測(cè)量信息表示為測(cè)量數(shù)據(jù)集的形式，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量信息的集成管理，可以依據(jù)飛機(jī)模型實(shí)現(xiàn)飛機(jī)從出場(chǎng)到飛行試驗(yàn)結(jié)束其全生命周期其結(jié)構(gòu)形變的管理。該測(cè)量模式已在多型機(jī)測(cè)量中得到應(yīng)用推廣，系統(tǒng)的構(gòu)建為數(shù)字化試飛提供了有力保障。