[发明专利]海洋浮式结构物水池试验模型大空间光学运动测量方法

摘要

本发明公开了一种海洋浮式结构物水池试验模型大空间光学运动测量方法，目的在于通过光学运动测量技术与装置在试验水池大空间内实现对六自由度运动的精确测量。包括如下步骤：1)定义水池试验中模型的六自由度运动，2)依据水池总测量空间的大小，搭建由两两成组的光学传感器组成的阵列；3)采用标定板进行光学传感器自标定，建立观测图像与空间坐标的对应关系矩阵{N}，4)通过对相邻传感器测量空间的重叠区域进行标定，获得相邻传感器的空间相对位置关系，5)在测量空间内，海洋浮式结构物试验模型置于试验水池风浪流环境下进行试验；该方法测量精度高、组织灵活、适用空间范围广，可准确有效的实现试验模型大空间运动的测量。

主权项

1.海洋浮式结构物水池试验模型大空间光学运动测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)定义水池试验中模型的六自由度运动，六自由度运动包括X、Y和Z方向位移即纵荡x、横荡y和垂荡z以及绕X、Y和Z方向的转动即横摇纵摇θ和艏摇ψ；2)依据水池总测量空间的大小，采用式M＝2[V_t/V_i]确定光学传感器和光能量发生装置的数量与位置，搭建由两两成组的光学传感器组成的阵列；式中，V_t为水池区域体积，V_i为两个传感器组成的最大测量空间；3)采用标定板进行光学传感器自标定，建立观测图像与空间坐标的对应关系矩阵{N}，包括如下步骤：a.将两个光学传感器固定，形成最大测量空间，b.将带有无源标记点的标定板置于空间位置内进行标定，c.通过标定板在标定区域内移动获取不同空间位置P对应图像像素点位置x_p、y_p和大小Sp，d.建立空间位置与标定板图像对应关系，{P}<＝>∑{N_i}{(x_p1,y_p1,S_p1,x_p2,y_p2,S_p2)_i}，式中，i为标记点的数量，下标1和2代表两个光学传感器，e.将标定得到的对应关系矩阵{N_i}导入中央图像处理计算机，由此完成光学传感器自标定；4)通过对相邻传感器测量空间的重叠区域进行标定，获得相邻传感器的空间相对位置关系，包括如下步骤：a.相邻传感器测量区域形成重叠部分，b.将标定板置于重叠部分中，依据对应关系得到各标定点在测量区域中的空间位置P₁与P₂，由此得到相邻传感器间的相对位置：ΔP₁₂＝P₁‑P₂c.依据相对位置，对试验模型标记点簇经过重叠区域时测量区域的切换规则进行定义：d.对大空间内传感器阵列的所有重叠域进行标定，确定传感器测量区域内的相对位置以及所有光学传感器相对于大地固定坐标系的空间坐标，并定义相邻测量区域间的切换规则，实现试验模型的大空间运动测量；e.将标定得到的数据导入中央图像处理计算机，由此完成光学传感器重叠域标定；5)在测量空间内，将海洋浮式结构物试验模型置于试验水池风浪流环境下，将集成陀螺仪的标记点簇固定于试验模型上部；试验模型在风浪流环境下航行于测量空间内，在光能量发生装置的照射下，采用光学传感器对模型上的标记点簇反射光进行观测，各组光学传感器图像数据以及陀螺仪数据通过有线或无线传输方式实时传输至中央图像处理计算机；在中央处理计算机中采用式P_t＝(x_t,y_t.z_t)＝P_n+ΔP_ia+L+ΔP_jk+ΔP_kl+ΔP_lm+L+ΔP_sn推算出试验模型相对于大地固定坐标系O‑XYZ的空间坐标P_t和绕X、Y、Z轴的转动角度；式中，i和n为试验模型初始时刻和当前时刻所在的小测量空间编号，j、k、l、m为试验模型经过的区域编号，P_n和ΔP_jk分别为标记点簇在编号为n空间内的坐标以及编号为j和k的相邻空间的相对位置，两者均由标定过程中确定的对应关系由图像信息换算得到，由此得到试验模型在测量空间内的纵荡x、横荡y和垂荡z运动，并存储于中央图像处理计算机中；在测量空间位置的同时，同步采集标记点簇中集成的陀螺仪所测得的试验横摇纵摇θ和艏摇ψ运动，并通过无线连接实时发送至中央图像处理计算机中，由此实现大空间内试验模型的六自由度运动测量，包括X、Y、Z方向的空间坐标和绕X、Y、Z轴的转动角度。