可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

李江濤 劉超 許準(zhǔn)

【摘要】 ? ?可逆式水輪發(fā)電機(jī)組作為區(qū)域調(diào)峰和緊急事故的備用電源，是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)作、滿足人們電力使用需求的重要保障?；诖?，本文對(duì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)鏡板這一關(guān)鍵零部件進(jìn)行分析，立足于境板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)意義分析設(shè)計(jì)方案，以供參考。

【關(guān)鍵詞】 ? ?可逆式水輪發(fā)電機(jī)組 ? ?境板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng) ? ?測(cè)量網(wǎng)

引言：

對(duì)于可逆式水輪發(fā)電機(jī)而言，鏡板是關(guān)鍵零部件，通過實(shí)現(xiàn)鏡板平面度的精準(zhǔn)控制及檢測(cè)能夠?yàn)樗啓C(jī)維修測(cè)量工作奠定良好基礎(chǔ)，為電網(wǎng)運(yùn)行提供保障。因此，分析可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是十分必要的。

一、探討設(shè)計(jì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)意義

抽水蓄能電廠作為區(qū)域調(diào)峰和緊急事故的備用電源，能夠有效改善供電質(zhì)量，降低煤耗，促進(jìn)電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?？赡媸剿啺l(fā)電機(jī)是此類電廠的關(guān)鍵設(shè)備，而鏡板作為該機(jī)組的關(guān)鍵零部件，其測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)機(jī)組維修等工作具有極強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義。但是，由于鏡板平面度誤差、采樣布點(diǎn)方式缺乏合理性等問題，影響其測(cè)量精度及實(shí)效性。因此，應(yīng)對(duì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過采取拼接像片、優(yōu)化測(cè)量網(wǎng)設(shè)計(jì)等措施最大限度避免鏡板平面度等參數(shù)誤差的存在，保證水輪發(fā)電機(jī)組大軸擺動(dòng)的平穩(wěn)性以及油膜形成的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)推力瓦使用壽命，實(shí)現(xiàn)提升其測(cè)量精度，保證整個(gè)機(jī)組的順利運(yùn)作，為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)作提供有效保障。

二、對(duì)設(shè)計(jì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)方案進(jìn)行分析

2.1攝影測(cè)量技術(shù)

多余可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)而言，由于鏡板平面度對(duì)水輪機(jī)組維修測(cè)量具有直接影響作用，所以，應(yīng)確定攝影測(cè)量中的各方程式，并對(duì)其精度及方位進(jìn)行確定。具體而言，在對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將空間坐標(biāo)系設(shè)為O-XYZ，再一次繞各軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，角度為、、，最后對(duì)其進(jìn)行縮放，并結(jié)合攝影幾何知識(shí)得到向量方程，通過求解函數(shù)進(jìn)而得到具體旋轉(zhuǎn)角度。之后，利用單張相片攝影幾何原理以及空間、像平面、像空間以及攝影測(cè)量坐標(biāo)系對(duì)攝影測(cè)量中的共線條件方程式進(jìn)行確定，進(jìn)而明確一張像片和投影中心在空間坐標(biāo)系中的方位。之后，利用十二個(gè)外方位元素進(jìn)行相對(duì)定向和絕對(duì)定向，對(duì)兩張像片方位進(jìn)行確定，進(jìn)而為絕對(duì)定向測(cè)量到的模型與實(shí)際模型保持一致奠定良好基礎(chǔ)。

除此之外，數(shù)字近景攝影測(cè)量是對(duì)目標(biāo)對(duì)象影像瞬間獲取的測(cè)量技術(shù)，根據(jù)影像掌握運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及尺寸等信息，目前主要有單攝站和多攝站兩種測(cè)量方式。對(duì)于前者，主要在共線方程基礎(chǔ)上使用輔助測(cè)量班建立攝影測(cè)量與測(cè)棒坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而掌握待測(cè)點(diǎn)位置;后者在對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量時(shí)主要使用兩個(gè)以上攝站，即雙目和多目立體視覺測(cè)量，最后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行整體解算。最后，計(jì)算外方位元素、外方位角元素、外方位線元素的近似值，以此為基礎(chǔ)確定相對(duì)定向立體模型，實(shí)現(xiàn)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)絕對(duì)定向的目的。

2.2標(biāo)定相機(jī)

在可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量過程中極易因徑向畸變、偏心畸變、像平面畸變、內(nèi)方位元素誤差原因出現(xiàn)像點(diǎn)系統(tǒng)偏差問題，為此，在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用10參數(shù)模型對(duì)數(shù)字像機(jī)系的系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。具體而言，根據(jù)實(shí)際的誤差方程式確定待標(biāo)定參數(shù)，以該方程式為例：，其中，V為像點(diǎn)坐標(biāo)殘差，X1，X2，X3分別為外方位元素、空間點(diǎn)坐標(biāo)以及內(nèi)部參數(shù)。在該參數(shù)中，存在10個(gè)未知數(shù)，在對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，可以采用試驗(yàn)場(chǎng)法。該方法即使用待標(biāo)定像機(jī)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)攝影，以單像片空間后方交會(huì)過程為基礎(chǔ)對(duì)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行求解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)未知參數(shù)的準(zhǔn)確標(biāo)定。首先，對(duì)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行確定，之后進(jìn)行多片標(biāo)定，根據(jù)上述方程式進(jìn)行四組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示：

以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)減弱未知數(shù)間的相關(guān)性，并在拍攝測(cè)量過程中使用多站交會(huì)攝影、旋轉(zhuǎn)相機(jī)拍攝等方式即可。除此之外，還可以使用光束法自標(biāo)定，立足于一般誤差方程式克服復(fù)共線性與過度參數(shù)化問題，通過增加控制點(diǎn)數(shù)量、像片數(shù)量、像數(shù)量等方式改善平差的幾何條件。

2.3設(shè)計(jì)并優(yōu)化測(cè)量網(wǎng)

對(duì)于可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量而言，其測(cè)量精度是測(cè)量重點(diǎn)，數(shù)字近景測(cè)量系統(tǒng)作為一種光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其精度主要與四方面有關(guān)，主要有：像點(diǎn)中心坐標(biāo)準(zhǔn)確性、空間點(diǎn)的交會(huì)角或是攝站間的交會(huì)幾何圖形、多余的像片數(shù)目及重疊度以及被測(cè)物大小。因此，在對(duì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組境板形貌視覺測(cè)量進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)像機(jī)分辨率以及圖像處理算法進(jìn)行合理選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量網(wǎng)的優(yōu)化，提升測(cè)量精度。為有效避免像點(diǎn)中心坐標(biāo)對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度造成影響，應(yīng)選擇專業(yè)數(shù)字高分辨率像機(jī)，并采用亞像素精度的標(biāo)志中心定位算法，從而為該系統(tǒng)的測(cè)量精度提供保障。在對(duì)測(cè)量網(wǎng)與網(wǎng)形進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于在進(jìn)行測(cè)量時(shí)每個(gè)物方點(diǎn)至少被兩個(gè)攝站攝影，即兩根攝影光線相交，進(jìn)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也就是測(cè)量網(wǎng)，其平面網(wǎng)與空間網(wǎng)如圖1所示：

其中，左為平面網(wǎng)，右為空間網(wǎng)。對(duì)于影響精度的幾何因素而言，由于影響測(cè)量精度的幾何因素主要為交會(huì)圖形、被測(cè)物體尺寸以及多余像片數(shù)，所以，可以在設(shè)計(jì)攝站位置時(shí)，拉近其與攝影物體的距離，通過拍攝部分內(nèi)容和拼接的方式提高精度。在進(jìn)行精度設(shè)計(jì)后，可以以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)測(cè)量網(wǎng)形，值得注意的是，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循網(wǎng)形設(shè)計(jì)原則，即對(duì)攝站位置進(jìn)行布置，在此過程中需要對(duì)相機(jī)性能、工作現(xiàn)場(chǎng)可用空間以及攝影標(biāo)志對(duì)入射角限制等方面進(jìn)行綜合考慮。具體而言，最大限度的使標(biāo)志點(diǎn)被四個(gè)不同位置的攝站拍攝，同時(shí)，將標(biāo)志點(diǎn)交會(huì)角控制在60-120°之間，并將RRT標(biāo)志點(diǎn)攝影入射角控制在45°以下，最后，保證所有像片間有100%重疊，使相鄰像片具有盡可能多的重疊和公共點(diǎn)。

在對(duì)典型結(jié)構(gòu)被測(cè)物進(jìn)行網(wǎng)形設(shè)計(jì)時(shí)，若是面狀結(jié)構(gòu)被測(cè)物能夠形成完全重疊測(cè)量網(wǎng)，但物體太大或是測(cè)量空間不足時(shí)，可以采用部分重疊攝影，進(jìn)而保證系統(tǒng)的測(cè)量精度。若是被測(cè)物是具有多個(gè)表面的盒裝結(jié)構(gòu)時(shí)，由于所有表面不可能從各個(gè)攝站都能看見，為此，可以先對(duì)其進(jìn)行部分重疊攝影，將表面進(jìn)行有效拼接。之后，在盒子各個(gè)角后面增加攝站，進(jìn)而使每個(gè)角的攝站能夠看到測(cè)量點(diǎn)的相鄰兩表面，有效建立各表面聯(lián)系。同時(shí)，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，可以設(shè)計(jì)每個(gè)攝站拍攝兩張像片，第一張為正常拍攝，第二張將相機(jī)旋轉(zhuǎn)90°后進(jìn)行拍攝，從而保證系統(tǒng)測(cè)量的全面性和精準(zhǔn)性。在對(duì)大型天線膜胎測(cè)量網(wǎng)形進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)膜胎實(shí)際外形尺寸對(duì)數(shù)字近景攝影方法進(jìn)行選擇，若是膜胎整體尺寸較大且表面為長(zhǎng)方形面狀結(jié)構(gòu)，可以對(duì)膜胎進(jìn)行結(jié)構(gòu)的劃分，進(jìn)而從不同位置對(duì)其進(jìn)行攝影，在此過程中，保證相鄰像片具有95%以上的重疊度，從而形成測(cè)量網(wǎng)形幾何。或是在膜胎中間設(shè)計(jì)10個(gè)攝站對(duì)其進(jìn)行攝影，通過將其設(shè)計(jì)在同一高度，能夠保證相鄰像片間重疊在50-60%之間，但相較于上一種的95%，該設(shè)計(jì)測(cè)量網(wǎng)形幾何較弱，因此，應(yīng)用第一種方案對(duì)大型天線膜胎測(cè)量網(wǎng)形進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4具體設(shè)計(jì)方案

第一，對(duì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板的外形三圍尺寸進(jìn)行測(cè)量，主要測(cè)量鏡板平面度、裝配圓柱的圓柱度以及裝配圓柱軸線與鏡板平面垂直度。在開展實(shí)際測(cè)量工作前，相關(guān)工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照測(cè)量流程進(jìn)行，即粘貼標(biāo)志點(diǎn)、使用攝影測(cè)量建立控制網(wǎng)、將實(shí)際模型與理論模型對(duì)比并計(jì)算偏差。在對(duì)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行粘貼時(shí)，主要使用圓形定向反光標(biāo)志RRT在可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板以及裝配圓柱上進(jìn)行粘貼，該過程中避免重復(fù)編碼點(diǎn)，且對(duì)編碼點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行控制，保證其滿足測(cè)量要求。最后，布設(shè)基準(zhǔn)尺，將其設(shè)置在可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板上即可，從而為測(cè)量工作的順利展開提供保障。

第二，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作。相關(guān)工作人員應(yīng)使用單相機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行多角度拍攝，主要應(yīng)在可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板上部、中部以及四周，保證每個(gè)靶標(biāo)如數(shù)拍到，從而保證照片拼接、數(shù)據(jù)結(jié)算工作的順利進(jìn)行。

第三，處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)。主要使用攝影測(cè)量軟件處理照片，最終得到各測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。根據(jù)具體坐標(biāo)對(duì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量項(xiàng)目進(jìn)行分析，掌握裝配圓柱軸線與境板平面垂直度、經(jīng)辦品面度以及裝配圓柱度進(jìn)行測(cè)量與分析。

三、結(jié)論

綜上所述，對(duì)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組鏡板形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)作具有極強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義。因此，應(yīng)從攝影測(cè)量、相機(jī)標(biāo)定、測(cè)量網(wǎng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證測(cè)量精度，便于可逆式水輪發(fā)電機(jī)組維修工作的順利展開。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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