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摘要：摄影测量作为一项新型技术，在测绘工程中广泛应用，随着产品的不断更新换代逐渐被行业重视并应用到高精密工程测量之中。现在一些重大精密工程，关键部位的建造控制、空间定位、结构形态等精确度要求非常高，传统工程测量技术及相应的接触式测量手段已经难以满足需要。然而，高精度近景摄影测量技术，具有精度高、快速、非接触的测量特点，能在各种环境下有效地完成测绘、测量任务。本文对高精度近景摄影测量技术进行了概述，探讨其在高精密超复杂重大工程中的测量应用，以促进测量技术高层次多元化发展。
关键词：近景摄影测量技术；重大精密工程；测量；应用
前言：随着测绘技术在中国制造2025与德国工业4.0的逐渐渗透，以“高、精、尖”为代表的新技术正在冲击传统工艺，新一轮科技革命涌现的新设备、新技术、新工艺已成为各行业关注的焦点，进而替代传统工作模拟以完成从前做不到事。高精度近景摄影测量这一新型技术，正被应用到国家重大精密工程建设中，并逐步发挥重要作用。
1近景摄影测量概述
1.1近景摄影测量技术的现状
近景摄影测量是建立在数字成像、图像处理与识别以及精密测量原理基础上的新型工业三维精密测量技术，该技术已能实现工业经纬仪系统和激光干涉跟踪测量系统类似的测量精度。近年来，数字成像器件和以计算机为基础的图像处系统性能迅速提高，量测摄影机，通过拍摄目标物高清图像，经过专门配套软件对图像加工处理，精确确定量测目标物体的大小、形状和几何位置，产品具有便携带、非接触性量测、单人作业等优势，特别适用于高精度的检测（静、动态）、数据采集、三维尺寸计算、变形、形位状态等测量工作，主要应用与航空航天，重型工业、水电风电、核电、军工等重大行业。
1.2近景摄影测量技术及应用优势
（1）三维数字近景摄影测量技术
由一台高精度智能相机和专用的图像分析软件组成，通过拍摄被测物体图像计算测量点的三维坐标。
技术方法是：根据待测项的技术指标要求，对待测件的基准面，基准点/线等位置进行定位选取，并布设用于摄影的测量专用标志（靶标）和基准尺，使用测机进行拍照摄影。而后将数字图像导入配套软件中进行对被测部件上的关键测量标志进行三维点三坐标计算和技术指标的计算，最后完成数据成果报告输出。
（2）技术特点
1）精度高：国产IDPMS智能数字摄影测量系统标称精度为3u+3u/m，达到世界领先水平。
2）便携性好：系统由一台高精度测量相机，高精度基准尺、若干靶标组成。这些设备放在一个小型拉杆箱内，一个人就可以携带进行外业测量工作，实现单人独立作业，效率高成本低。
3）数据采集量大：智能数字摄影测量系统是用相机拍照的方式采集数据，像片信息丰富、容量大、影像逼真，不受目标点的数量限制，所有的数据点最后都是通过软件统一计算。
4）适应性好：智能数字摄影测量系统可以针对不同的目标大小、摄影距离、精度要求、静态或动态等各方面进行测量作业，不受环境的温度湿度的影响。可以在狭小的空间进行测量，只要肉眼可以看到的地方就可以进行测量工作。
5）非接触性：系统采用非接触式照相测量方法，利用高分辨率测量专用相机，在不同位置和方向获取被测物体件两幅以上数字图像。
6）成果快：拍摄图像经笔记本电脑专用软件对图像扫描处理、标志识别、图像匹配、空间三角交会和光束平差后现场直接得到待测物体的三维坐标，可利用三维坐标对被测体进行几何尺寸检测、变形测量、逆向工程分析等。
7）智能分析：系统配套的专业软件实现自动处理（标志点图像中心自动定位、同名点自动匹配、图像自动拼接和点坐标自动平差计算）得到测量点的X、Y、Z三维坐标并构建空间模型，激活坐标系后软件可对模型几何体拟合计算，并智能分析各项标准偏差。
8）应用领域
航空、航天、重工、核电、军工、精密制造等高精度测量领域
2近景摄影在重大精密工程的特殊应用
2.1核电站主系统安装测量
主设备及主管道本体尺寸偏差对核电站主系统高精度组对、焊接起决定性作用。为了避免设备就位特征部位与设备间连接管口之间的加工误差过大，给设备连接带来不可调节的误差，使用IDPMS智能数字摄影测量系统，拍摄主设备本体选取的特征点图像和主管道调节段图像，利用测量照片对被测部件上关键测量标志进行三维三坐标计算，得到本体空间尺寸，再用相关测量点获取待测技术指标的计算得到偏差，输出成果数据报告。经过对主设备及主管道多次测量，较差小于0.3mm。
2.2大型结构焊接变形测量
控制焊接变形是精密制造的重点，要精确测量出变形状况则是测量的一大难题，而近景摄影测量技术能很好的解决这一问题。
在受焊接影响变形部位粘贴一定密度测量靶标，使用测量相机拍摄测量标志，通过软件处理实现测量坐标系和机身坐标统一，根据设计要求输出提取点X、Y、Z三个方向误差，并分析与设计理论值的偏差，从而监测焊接过程中焊接部件和主体部件的相对位置和姿态，分析因温度和应力导致的变形。此技术在多个重要工程中应用并起到了非常好的效果。
2.3高速动态目标测量
高速动态目标测量通过两台或多台高速测量相机对目标物进行高频实时测量，经过动态摄影测量软件进行数据处理和分析，获取目标物在每个时刻的高精度位置、运动轨迹、姿态参数以及速度、加速度和变形量等动态参量，为目标的动态参数分析提供数据支撑。在科研、军工、精密制造等方面已多次应用。
2.4数字化装配和预拼装测量
传统的预拼装方式是将各部件进行实际拼装，以检验各部件的加工质量和拼装结果。数字化装配和预拼装是采用数字化测量技术获取部件生产后的三维模型数据，再通过部件的空间关系利用计算机虚拟技术实现数字化装配。
根据产品装配的特点，在部件生产中采用智能工业测量系统与精密摄影测量系统相结合实现部件高精度、快速、数字化测量，然后进行单个模块的数字拼装，将各模块统一到全局测量坐标系下，通过合理的误差控制，进行整体数字预拼装；同时以三维可视化的误差分析系统直观展示拼装状态，预先获取可视化模拟组装效果。
2.5曲面测量与分析
使用摄影测量系统获取曲面的三维点云数据，利用自由曲面分析软件，对单自由曲面或多自由曲面进行偏差分析。测量与分析流程见下图所示
自由曲面分析软件：通过对标准曲面拟合算法，四叉树结构计算点到自由曲面投影的初值，ICP算法、加速ICP算法的研究，实现了基于CAD模型的测量数组最优拟合问题。解决了自由曲面的非线性、多变量优化问题，实现多自由曲面体的测量数据形状与其设计CAD模型形状偏差的快速、准确、最优化分析。
3结语
当前高精度近景摄影测量，以其精度高、非接触性、自动化、智能分析软件和便携带等优势，被行业充分的重视，正以一种新的姿态快速占领精密测量市场。目前以国产IDPMS智能数字摄影测量系统为代表摄影测量，已在国内诸多高精尖大科学工程、军事国防工程、科学研究和精密制造等重大精密工程中成功应用，从而使我国测绘工程技术向高端化发展推进。
参考文献
[1]冯文灏：近景摄影测量[M].一.武汉：武汉大学出版社，2002.
[2]王佩军.徐亚明：摄影测量[M].一.武汉：武汉大学出版社，2005.
[3]周克勤等.近景摄影测量技术在数字城市中的应用[J].北京测绘.2007.1
论文作者:蔡永茂
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年15期
论文发表时间:2019/10/27
标签：测量论文; 近景论文; 精密论文; 曲面论文; 技术论文; 系统论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2019年15期论文;