可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量系統設計方案

李江濤 劉超 許準

【摘要】 ? ?可逆式水輪發電機組作為區域調峰和緊急事故的備用電源，是電網穩定運作、滿足人們電力使用需求的重要保障。基于此，本文對可逆式水輪發電機鏡板這一關鍵零部件進行分析，立足于境板形貌視覺測量系統意義分析設計方案，以供參考。

【關鍵詞】 ? ?可逆式水輪發電機組 ? ?境板形貌視覺測量系統 ? ?測量網

引言：

對于可逆式水輪發電機而言，鏡板是關鍵零部件，通過實現鏡板平面度的精準控制及檢測能夠為水輪機維修測量工作奠定良好基礎，為電網運行提供保障。因此，分析可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量系統設計方案是十分必要的。

一、探討設計可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量系統意義

抽水蓄能電廠作為區域調峰和緊急事故的備用電源，能夠有效改善供電質量，降低煤耗，促進電力事業的可持續發展。可逆式水輪發電機是此類電廠的關鍵設備，而鏡板作為該機組的關鍵零部件，其測量的準確性對機組維修等工作具有極強現實意義。但是，由于鏡板平面度誤差、采樣布點方式缺乏合理性等問題，影響其測量精度及實效性。因此，應對可逆式水輪發電機組鏡板形貌視覺測量系統進行設計，通過采取拼接像片、優化測量網設計等措施最大限度避免鏡板平面度等參數誤差的存在，保證水輪發電機組大軸擺動的平穩性以及油膜形成的穩定性，延長推力瓦使用壽命，實現提升其測量精度，保證整個機組的順利運作，為電網穩定運作提供有效保障。

二、對設計可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量系統方案進行分析

2.1攝影測量技術

多余可逆式水輪發電機組鏡板形貌視覺測量系統而言，由于鏡板平面度對水輪機組維修測量具有直接影響作用，所以，應確定攝影測量中的各方程式，并對其精度及方位進行確定。具體而言，在對坐標轉換進行設計時，將空間坐標系設為O-XYZ，再一次繞各軸進行旋轉，角度為、、，最后對其進行縮放，并結合攝影幾何知識得到向量方程，通過求解函數進而得到具體旋轉角度。之后，利用單張相片攝影幾何原理以及空間、像平面、像空間以及攝影測量坐標系對攝影測量中的共線條件方程式進行確定，進而明確一張像片和投影中心在空間坐標系中的方位。之后，利用十二個外方位元素進行相對定向和絕對定向，對兩張像片方位進行確定，進而為絕對定向測量到的模型與實際模型保持一致奠定良好基礎。

除此之外，數字近景攝影測量是對目標對象影像瞬間獲取的測量技術，根據影像掌握運動狀態及尺寸等信息，目前主要有單攝站和多攝站兩種測量方式。對于前者，主要在共線方程基礎上使用輔助測量班建立攝影測量與測棒坐標系的轉換關系，進而掌握待測點位置;后者在對坐標進行測量時主要使用兩個以上攝站，即雙目和多目立體視覺測量，最后對測量結果進行整體解算。最后，計算外方位元素、外方位角元素、外方位線元素的近似值，以此為基礎確定相對定向立體模型，實現可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量系統絕對定向的目的。

2.2標定相機

在可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量過程中極易因徑向畸變、偏心畸變、像平面畸變、內方位元素誤差原因出現像點系統偏差問題，為此，在對該系統進行設計時，應采用10參數模型對數字像機系的系統誤差進行補償。具體而言，根據實際的誤差方程式確定待標定參數，以該方程式為例：，其中，V為像點坐標殘差，X1，X2，X3分別為外方位元素、空間點坐標以及內部參數。在該參數中，存在10個未知數，在對其進行標定時，可以采用試驗場法。該方法即使用待標定像機對試驗場攝影，以單像片空間后方交會過程為基礎對內部參數進行求解，進而實現未知參數的準確標定。首先，對內部參數標定結果進行確定，之后進行多片標定，根據上述方程式進行四組實驗，結果如表1所示：

以該數據為基礎減弱未知數間的相關性，并在拍攝測量過程中使用多站交會攝影、旋轉相機拍攝等方式即可。除此之外，還可以使用光束法自標定，立足于一般誤差方程式克服復共線性與過度參數化問題，通過增加控制點數量、像片數量、像數量等方式改善平差的幾何條件。

2.3設計并優化測量網

對于可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量而言，其測量精度是測量重點，數字近景測量系統作為一種光學測量系統，其精度主要與四方面有關，主要有：像點中心坐標準確性、空間點的交會角或是攝站間的交會幾何圖形、多余的像片數目及重疊度以及被測物大小。因此，在對可逆式水輪發電機組境板形貌視覺測量進行設計時，應對像機分辨率以及圖像處理算法進行合理選擇，實現對測量網的優化，提升測量精度。為有效避免像點中心坐標對系統測量精度造成影響，應選擇專業數字高分辨率像機，并采用亞像素精度的標志中心定位算法，從而為該系統的測量精度提供保障。在對測量網與網形進行設計時，由于在進行測量時每個物方點至少被兩個攝站攝影，即兩根攝影光線相交，進而形成網狀結構，也就是測量網，其平面網與空間網如圖1所示：

其中，左為平面網，右為空間網。對于影響精度的幾何因素而言，由于影響測量精度的幾何因素主要為交會圖形、被測物體尺寸以及多余像片數，所以，可以在設計攝站位置時，拉近其與攝影物體的距離，通過拍攝部分內容和拼接的方式提高精度。在進行精度設計后，可以以此為基礎設計測量網形，值得注意的是，在對其進行設計時，應遵循網形設計原則，即對攝站位置進行布置，在此過程中需要對相機性能、工作現場可用空間以及攝影標志對入射角限制等方面進行綜合考慮。具體而言，最大限度的使標志點被四個不同位置的攝站拍攝，同時，將標志點交會角控制在60-120°之間，并將RRT標志點攝影入射角控制在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。

在對典型結構被測物進行網形設計時，若是面狀結構被測物能夠形成完全重疊測量網，但物體太大或是測量空間不足時，可以采用部分重疊攝影，進而保證系統的測量精度。若是被測物是具有多個表面的盒裝結構時，由于所有表面不可能從各個攝站都能看見，為此，可以先對其進行部分重疊攝影，將表面進行有效拼接。之后，在盒子各個角后面增加攝站，進而使每個角的攝站能夠看到測量點的相鄰兩表面，有效建立各表面聯系。同時，為進一步提高測量精度，可以設計每個攝站拍攝兩張像片，第一張為正常拍攝，第二張將相機旋轉90°后進行拍攝，從而保證系統測量的全面性和精準性。在對大型天線膜胎測量網形進行設計時，應根據膜胎實際外形尺寸對數字近景攝影方法進行選擇，若是膜胎整體尺寸較大且表面為長方形面狀結構，可以對膜胎進行結構的劃分，進而從不同位置對其進行攝影，在此過程中，保證相鄰像片具有95%以上的重疊度，從而形成測量網形幾何。或是在膜胎中間設計10個攝站對其進行攝影，通過將其設計在同一高度，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%，該設計測量網形幾何較弱，因此，應用第一種方案對大型天線膜胎測量網形進行設計。

2.4具體設計方案

第一，對可逆式水輪發電機組鏡板的外形三圍尺寸進行測量，主要測量鏡板平面度、裝配圓柱的圓柱度以及裝配圓柱軸線與鏡板平面垂直度。在開展實際測量工作前，相關工作人員應嚴格按照測量流程進行，即粘貼標志點、使用攝影測量建立控制網、將實際模型與理論模型對比并計算偏差。在對標志點進行粘貼時，主要使用圓形定向反光標志RRT在可逆式水輪發電機組鏡板以及裝配圓柱上進行粘貼，該過程中避免重復編碼點，且對編碼點數量進行控制，保證其滿足測量要求。最后，布設基準尺，將其設置在可逆式水輪發電機組鏡板上即可，從而為測量工作的順利展開提供保障。

第二，進行現場測量工作。相關工作人員應使用單相機系統進行多角度拍攝，主要應在可逆式水輪發電機組鏡板上部、中部以及四周，保證每個靶標如數拍到，從而保證照片拼接、數據結算工作的順利進行。

第三，處理數據，分析數據。主要使用攝影測量軟件處理照片，最終得到各測量點的三維坐標。根據具體坐標對可逆式水輪發電機組鏡板形貌視覺測量項目進行分析，掌握裝配圓柱軸線與境板平面垂直度、經辦品面度以及裝配圓柱度進行測量與分析。

三、結論

綜上所述，對可逆式水輪發電機組鏡板形貌視覺測量系統進行設計對電網穩定運作具有極強現實意義。因此，應從攝影測量、相機標定、測量網設計等方面進行設計，從而保證測量精度，便于可逆式水輪發電機組維修工作的順利展開。

參 ?考 ?文 ?獻

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