CN109552665B - 用于使用悬索平台测量和检查结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使用悬索平台测量和检查结构的方法。公开了用于测量与目标对象(102)的距离并且在使用远程操作的悬索平台(16、18)的获取该目标对象在环境中的三维坐标、比例信息和点对点距离信息的***和方法。所述***使用机载传感器(132、138)和处理技术，以对目标对象上的点之间的距离或目标对象的比例提供分立或连续测量。通过在所述悬索平台中添加机载三维测量能力，使得这些***能够获取环境的坐标系中定义的三维位置数据，确定对象之间或者同一对象上的点之间的距离。还可使用该***在执行方法相关任务的过程中确定被悬索平台承载的相机(130)所捕获的图像中的物品的比例因子。

Description

用于使用悬索平台测量和检查结构的方法
技术领域
本公开涉及用于诸如飞行器的大型结构的维修和维护管理的位置测量。更具体地，本公开涉及用于非破坏性测量和检查诸如飞行器的交通工具而不需要与该交通工具实体接触的本地定位***和方法。
背景技术
当需要对交通工具(诸如，对飞行器的蒙皮)进行维修工作时，会需要考虑结构异常的大小、形状和地点，以便对交通工具进行最佳维修。可得到结构异常的照片，但是不能在目标对象上对照片进行精确地定位或大小确定或者不可将其用于维修计划。在分析目标对象上的所关注的地点期间，可期望在不接触目标对象的情况下获得测量信息。由于可达性和/或接触限制，可能难以到达所关注地点来获取位置测量结果。因此，本地定位***有利地能够在不接触目标对象的情况下在距离目标对象适中距离或大距离时进行测量。
发明内容
寻找并精确地测量诸如大型商用飞机的结构或交通工具上的结构异常的地点会是一项艰巨的任务。应对这个问题的高效的自动化过程对参与建造和维护大型交通工具和结构的许多组织来说将会是有价值的。
下面用某些细节公开的主题涉及用于测量与目标对象的距离并且使用远程操作的悬索平台获取环境中的该目标对象的三维坐标、比例信息和点对点距离信息的***和方法。测量***使用机载传感器来获取数据，然后使用计算机处理技术来提供点的三维坐标或目标对象上的点之间的距离或目标对象的比例的分立或连续测量。
虽然在本文中随后相当详细地描述了用于获取经历非破坏性检查的目标对象的点的三维坐标信息和目标对象的点对点距离信息的***和方法的各种实施方式，但是可用以下方面中的一个或更多个来表征这些实施方式中的一个或更多个。
以下详细公开的主题的一方面是一种用于使用悬索平台来计算目标对象的关注点在参照系中的位置的方法，所述悬索平台包括设备支撑构件、安装于所述设备支撑构件的偏航俯仰机构、安装于所述偏航俯仰机构的相机和附着于所述相机的激光测距仪，该方法包括：(a)将所述悬索平台从多根线缆悬挂下来，所述线缆与所述设备支撑构件连接并且被支撑于多个锚固点中的相应锚固点；(b)相对于所述参照系来校准所述偏航俯仰机构；(c)控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述设备支撑构件移动，使得所述相机在目标对象的范围内；(d)部分基于所述多根线缆的所述开部分的所述长度来测量所述设备支撑构件的中心点与相应锚固点的相应距离；(e)控制所述偏航俯仰机构以致使所述激光测距仪瞄准所述目标对象上的关注点；(f)在所述激光测距仪瞄准所述关注点的同时，测量所述偏航俯仰机构的偏航角和俯仰角；(g)测量所述激光测距仪与所述关注点分开的距离；以及(h)将所述距离和角度测量值转换成表示所述关注点在所述参照系中的位置的笛卡尔坐标矢量。
根据先前段落中描述的方法的一个实施方式，所述参照系是所述目标对象的参照系，并且步骤(b)包括：在所述设备支撑构件固定不动时，在不同时间将所述激光测距仪瞄准所述目标对象上的三个或更多个校准点；以及计算表示从所述偏航俯仰机构的参照系到所述目标对象的参照系的变换的校准矩阵。在所提出的一个实现方式中，步骤(b)还包括：在所述激光测距仪瞄准每个校准点时，测量所述偏航俯仰机构的所述偏航角和所述俯仰角；以及在所述激光测距仪瞄准每个校准点时，测量所述激光测距仪与每个校准点分开的距离。
根据替代实施方式，所述参照系是支撑所述多根线缆中的相应线缆的至少三个锚固点中的多个锚固点的参照系，并且所述步骤(b)包括：在所述设备支撑构件固定不动时，在不同时间将所述激光测距仪瞄准所述多个锚固点中的三个或更多个锚固点；以及计算表示从所述偏航俯仰机构的参照系到所述多个锚固点的参照系的变换的校准矩阵。在所提出的一个实现方式中，步骤(b)还包括：在所述激光测距仪瞄准每个锚固点时，测量所述偏航俯仰机构的所述偏航角和所述俯仰角；以及在所述激光测距仪瞄准每个锚固点时，测量所述激光测距仪与每个锚固点分开的距离。
下面详细公开的主题的另一个方面是一种用于检查和测量结构的方法，该方法包括：(a)将悬索平台从结构附近的线缆悬挂下来；(b)控制所述悬索平台朝向所述结构移动；(c)使用所述悬索平台自带的第一激光测距仪和第二激光测距仪，以在所述悬索平台正在移动的同时，反复测量所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪分别与所述结构的表面上的第一点和第二点分开的第一距离和第二距离；(d)至少基于所述第一距离和所述第二距离来计算所述悬索平台与所述结构分开的第一分开距离；(e)确定所述第一分开距离是否等于目标偏移；(f)响应于在步骤(e)中确定所述第一分开距离等于所述目标偏移，控制所述悬索平台停留在与所述结构分开所述第一分开距离的第一地点处；(g)使用所述悬索平台自带的相机，以在所述悬索平台处于所述第一地点时捕获所述结构的第一图像；以及(h)在显示屏上显示所述第一图像。根据一个实施方式，该方法还包括以下步骤：基于所述第一距离和第二距离，计算所述相机的聚焦轴相对于连接所述结构的表面上的所述第一点和所述第二点的直线的取向角；至少部分基于所述分开距离和所述取向角来计算所述第一图像在显示在所述显示屏上时的比例因子；以及显示覆在所述图像上的比例指示器，所述比例指示器。
下面详细公开的主题的其他方面是一种用于检查和测量结构的方法，该方法包括：(a)将悬索平台从结构附近的线缆悬挂下来；(b)控制所述悬索平台移动到与所述结构分开的地点并随后停留在所述地点处；(c)将可枢转安装在所述悬索平台上的第一激光指示器和第二激光指示器朝向所述结构的表面平行引导，所述第一激光指示器和所述第二激光指示器的相应枢转轴分开固定距离；(d)在所述悬索平台处于所述地点时，使用相互平行的所述第一激光指示器和所述第二激光指示器将平行激光束分别发射到所述第一点和所述第二点上；(e)在第一时间使用所述悬索平台上的相机来捕获所述结构的表面的包括所述第一点和所述第二点的一部分的第一图像；(f)在所述悬索平台处于所述地点时，将所述第一激光指示器和所述第二激光指示器枢转预定角度，使得所述第一激光指示器和所述第二激光指示器不再平行；(g)在所述悬索平台处于所述地点时，使用枢转后的所述第一激光指示器和所述第二激光指示器将非平行激光束发射到所述结构的表面上的相应第一点和第二点；(h)在第二时间使用所述相机来捕获所述结构的表面中的包括所述第三点和所述第四点的一部分的第二图像；以及(i)基于所述第三点和所述第四点在所述图像中的位置、所述预定角度以及所述激光指示器的枢转轴分开的所述固定距离来处理所述第一图像和所述第二图像，以计算所述悬索平台与所述结构分开的第一分开距离。根据一个实施方式，所述步骤(h)还包括计算所述第三点和所述第四点的相应中心分开的第二分开距离，所述方法还包括基于所述第二分开距离来计算所述第一图像和所述第二图像在显示屏上显示时的比例因子。
下面详细公开的主题的又一个方面是一种用于使用悬索平台来确定结构的特征的大小的方法，所述悬索平台包括支撑相机和激光测距仪的偏航俯仰机构，该方法包括：(a)将所述悬索平台从多根线缆悬挂下来，所述线缆被多个锚固点中的相应锚固点支撑；(b)控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述悬索平台移动到第一地点；(c)当所述悬索平台处于所述第一地点时，部分基于所述多根线缆的松开部分的长度来测量所述悬索平台的中心点与相应的所述锚固点的相应距离；(d)在所述悬索平台处于所述第一地点并且获取第一距离测量值时，将所述激光测距仪瞄准所述结构的表面上的与第一可见特征对应的第一点；(e)当所述激光测距仪瞄准所述第一点时，使用所述偏航俯仰机构来测量所述激光测距仪的相应的偏航角和俯仰角；(f)将步骤(d)和(e)中获取的距离测量值和角度测量值转换成第一矢量，所述第一矢量表示所述第一点在所述悬索平台的参照系中的地点；(g)控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述悬索平台从所述第一地点移动到第二地点；(h)当所述悬索平台处于所述第二地点时，部分基于所述多根线缆的松开部分的长度来测量所述悬索平台的中心点与相应的锚固点的相应距离；(i)在所述悬索平台处于所述第二地点时，将所述激光测距仪瞄准所述结构的表面上的与第二可见特征对应的第二点；(j)当所述激光测距仪瞄准所述第二点时，使用所述偏航俯仰机构来测量所述激光测距仪的相应的偏航角和俯仰角；(k)将步骤(i)和(j)中获取的距离测量值和角度测量值转换成表示所述第二点在所述悬索平台的参照系中的地点的第二矢量；(l)基于步骤(c)和(h)中获取的信息，生成变换矩阵，所述变换矩阵表示所述悬索平台的所述第一地点和所述第二地点之间的位置差和取向差；(m)将所述第二矢量乘以所述变换矩阵，以形成第三矢量，所述第三矢量表示所述第二点在所述第一地点处的所述悬索平台的参照系中的地点；以及(n)使用所述第一矢量和所述第三矢量来计算所述第一点和所述第二点之间的距离(d)。
根据一个实施方式，先前段落中描述的方法还包括：(o)从所述悬索平台发送包含测量数据的一个或更多个消息；(p)在控制站处接收所述一个或更多个消息；以及(q)从所述消息中提取所述测量数据，其中，由所述控制站处的计算机***来执行步骤(f)和(k)。该方法还可包括：在所述悬索平台处于所述第一地点时，使用所述相机捕获所述结构的表面中的包括第一可见特征和第二可见特征的一部分的图像；以及在显示屏上显示所述图像和符号，所述符号表示覆在所述图像上的步骤(n)中计算出的所述距离的值。例如，所述第一可见特征和所述第二可见特征可以是结构中的异常的相应端点。
本文中公开的主题的其他方面是一种用于检测和测量结构的***，该***包括：至少两个锚固点；至少两个滑轮，每个滑轮被相应的锚固点支撑；至少两个卷轴；至少两个卷轴电机，每个卷轴电机***作性联接以驱动相应卷轴进行旋转；至少两个旋转编码器，每个旋转编码器***作性联接以检测相应卷轴的递增角移动；平台，该平台包括刚性支撑结构、安装于所述刚性支撑结构的偏航俯仰机构、安装于所述偏航俯仰机构的相机以及安装于所述相机的激光测距仪；至少两根线缆，所述线缆连接于所述刚性支撑结构，每根线缆具有缠绕相应卷轴的第一部分以及与相应滑轮接触的第二部分；计算机***，该计算机***被配置成控制所述偏航俯仰机构和所述卷轴电机的操作并且选择性启用所述相机和所述激光测距仪；以及收发器，该收发器被配置成使得所述计算机***和控制站之间能够进行通信。所述计算机***被进一步配置成：接收来自所述相机的图像数据、来自所述偏航俯仰机构的偏航角数据和俯仰角数据、来自所述激光测距仪的距离数据和来自所述旋转编码器的旋转数据；确定所述平台相对于结构的第一地点；以及当所述相机与所述结构的表面分开目标偏移时，发送用于控制所述卷轴电机以使得所述平台从所述第一地点移动到所述第二地点的命令。
根据先前段落中描述的***的一个实施方式，所述刚性支撑结构包括设备支撑构件以及附着于所述设备支撑构件或者与所述设备支撑构件一体形成的线缆附接环，并且与所述线缆附接环附接的线缆的数目是至少三根。根据先前段落中描述的***的另一个实施方式，所述刚性支撑结构包括设备支撑构件和触轮，所述触轮附着于所述设备支撑构件或者与所述设备支撑构件一体地形成，附接于所述触轮的线缆的数目是两根，并且所述锚固点的数目是两个，还包括将两个锚固点连接的第三线缆，并且其中，所述触轮包括在所述第三线缆上滚动的第一辊和第二辊。
以下公开了用于使用远程操作的悬索平台来为环境中的对象的点获取三维坐标或比例和点对点距离信息的***和方法的其他方面。
附图说明
前面部分中讨论的特征、功能和优点可在各种实施方式中独立实现，或者可以在其他实施方式中进行组合。出于例示上述和其他方面的目的，下文中将参考附图来描述各种实施方式。本部分中简要描述的图均未按比例绘制。
图1是示出根据一些实施方式的用于使用配备相机的悬索平台来检查和测量目标对象的***的示意图。
图2A是显示图1中描绘的配备相机的悬索平台的一些部件的框图。
图2B是显示图1中描绘的***的其他部件的框图。
图2C是表示从位于呈矩形布置的平面上的相应锚固点所支撑的四根线缆悬挂下来的平台的俯视图的示意图。指示了所关注的各种尺寸。
图3是示出根据一个实施方式的具有指向目标对象的一对激光指示器的摄像机的俯视图的示意图。
图4是显示用于使用具有两个或更多个激光指示器的受远程控制的悬索平台对结构执行非破坏性检查的***的一些部件的框图。激光指示器的配置可选自图3、图6和图8中描绘的替代实施方式。
图5A是示出与目标对象分开距离D的摄像机和一对激光指示器的示意图，激光指示器产生在目标对象的表面上分开距离d的相应激光光斑。
图5B是表示图5A中描绘的摄像机所获取的图像的示意图，该图像包括目标对象的展示。
图6是示出根据另一个实施方式的具有指向目标对象的一对可枢转激光指示器的摄像机的俯视图的示意图。
图7A是示出与目标对象分开距离D的摄像机和一对可枢转激光指示器的示意图，激光指示器产生在目标对象的表面上分开距离d的相应激光点。
图7B是表示图7A中描绘的摄像机所获取的图像的示意图，该图像包括目标对象的展示。
图8是示出根据其他实施方式的具有指向目标对象的一对激光指示器(第一颜色)和可枢转(围绕单个轴)第三激光指示器(第二颜色)的摄像机的俯视图的示意图。
图9A是示出如图8中描绘的并且与目标对象分开距离D的摄像机和三个激光指示器的示意图，激光指示器产生在目标对象的表面上分开距离d的分隔最远的相应激光点。
图9B是表示意图9A中描绘的摄像机所获取的图像的示意图，该图像包括目标对象的展示。
图10是例示根据一个实施方式的用于处理图像以确定目标对象上的激光点之间的像素距离的方法的步骤的示意图。
图11是例示用于处理图像以确定目标对象上的激光点之间的像素距离从而提高图像处理效率的方法的步骤的示意图。
图12是示出根据另一个实施方式的具有指向目标对象的一对激光测距仪的摄像机的俯视图的示意图。
图13是示出根据一个实施方式的用于在对目标对象进行非破坏性检查期间操作悬索平台的方法的步骤的流程图。
图14是显示用于使用具有机载本地定位***的受远程控制的悬索平台对结构执行非破坏性检查的***的一些部件的框图。
图15是示出具有指向目标对象的激光测距仪的摄像机的俯视图的示意图。
图16是显示用于使用承载本地定位***的悬索平台来确定结构的特征的大小的方法的步骤的流程图。
图17是例示用于使用装配有图15中描绘的摄像机和激光测距仪的悬索平台来产生表示从目标对象上的第一点到目标对象上的第二点的距离和方向的矢量的方法的矢量图。
图18是显示用于基于由机载设备获取的测量数据来控制悬索平台的运动的反馈控制过程的步骤的框图。
图19是示出根据替代实施方式的用于使用配备相机的悬索平台来检查和测量目标对象的***的示意图。
图20是在附录中提及的示意图，示出了从仪器坐标系{A}的原点基本上沿着仪器的目标点轴延伸到关注点P的位置矢量AP，并且示出了从目标对象坐标系{B}的原点到关注点P的位置矢量BP。
图21至图23是附录中提及的示意图，其中描述了用于计算用于坐标系变换的校准矩阵的例示性方法。
下文中将参考附图，其中，不同附图中的相似元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
为了例示的目的，现在将详细描述用于使用悬索平台为接受测量或非破坏性检查的对象获取三维坐标消息、比例或点对点距离消息的***和方法。然而，本说明书中并未描述实际实现方式的所有特征。本领域的技术人员将理解，在任何此实施方式的开发中，必须做出众多实现方式特定决策，以实现将因实现方式不同而变化的开发者的特定目标(诸如，与***相关和商业相关的约束兼容)。此外，应该理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域的普通技术人员而言将会是常规任务。
图1是示出根据一些实施方式的用于检查和测量目标对象102的测量***2的一些部件的示意图。测量***2包括悬索平台16，悬索平台16可围绕需要进行定期检查的结构(例如，目标对象102)移动。测量***2可适用于检查多种多样的目标对象，所述目标对象包括飞机。测量***2特别好地适合用在大型建筑物(诸如制造设施和仓库)内部。
根据图1中描绘的测量***2，悬索平台16从四根线缆6a-6d悬挂下来。更具体地，悬索平台16包括刚性支撑结构4a。根据一个实施方式，刚性支撑结构4a包括设备支撑构件36，设备支撑构件36具有附加于其上或者与其一体形成的线缆附接环35。线缆6a-6d的端部附接于线缆附接环35。线缆6a-6d由相应绞车单元的相应电机驱动卷轴8a-8d松开或拉入(以下参照图2B详细进行描述)，线缆的松开部分经过相应的滑轮12a-12d。滑轮12a-12d进而以可旋转的方式联接于与相应锚固点10a-10d刚性连接的相应轭14a-14d。
锚固点10a-10d可附接于墙壁或天花板以便进行室内应用，或者安装在杆或起重机上以便进行室外应用。锚固点10a-10d不需要位于同一平面内。只要卷轴8a-8d的地点和线缆6a-6d的松开部分的长度是已知的，控制悬索平台16的移动的计算机***(图1中未示出)可被配置成跟踪线缆附接环35的中心在锚固点的参照系中的地点。测量***2也不限于使用四个锚固点。例如，三个锚固点就足够了，可使用多于四个的锚固点。
根据图1中描绘的实施方式，悬索平台16还包括附接于设备支撑构件36的底端的本地定位***38。本地定位***38包括：偏航俯仰机构120，其安装于设备支撑构件36的底端；相机20，其安装于偏航俯仰机构120并且具有相机光圈26；以及激光测距仪138，其用于将激光束沿着瞄准方向矢量134(图1中的虚线所指示的)投射到目标对象102上，以在目标对象102的表面上形成激光光斑(图1中未示出)。偏航俯仰机构120包括偏航单元126和俯仰单元128。相机20包括安装有激光测距仪138的外壳22。
相机20可包括用于获得静止图像的照相机(彩色和/或黑白)、用于获得彩色和/或黑白视频的摄像机或用于获得目标对象102的红外静止图像或红外视频的红外相机。可能有可执行所有这些类型的功能的单个相机。本地定位***38包括计算机***(图1中未示出，但是参见图14中的计算机***162)，该计算机***被配置成测量目标对象102上的点的在目标对象102的本地坐标系中限定的坐标。特别地，计算机***被编程为控制偏航俯仰机构120的运动，以将相机20旋转地调节成围绕竖直、方位(偏航)轴和水平、俯仰(俯仰)轴的选定角度。计算机***也被编程为控制相机20的操作并且从相机20接收图像数据，以便发送到控制站。计算机***还被编程为控制激光测距仪138的操作并且从激光测距仪138接收距离数据，以便发送到控制站。
悬索平台16的机载***还可包括无线收发器和天线(图1中未示出)，以能够与控制站150(参见图2B)进行双向的无线电磁波通信。
本文中公开的测量***2利用现有的本地坐标测量和远程操作技术，特别是美国专利No.9,285,296、No.8,447,805和No.7,859,655中描述的本地定位***的能力。本地定位***的摄像机所获取的图像数据可经历如美国专利No.8,744,133中公开的图像处理。
仍然参照图1，根据方位角和俯仰角，确定描述了激光测距仪138相对于悬索平台16的固定坐标系的取向的瞄准方向矢量134。使用激光测距仪138，当激光测距仪138所发射的激光束依次与目标对象102的表面上的三个校准点5a-5c中的每个对准时，测量仪器坐标系中的瞄准方向矢量134的取向，其中，三个校准点5a-5c在目标对象坐标系中的位置是已知的。这种方法还包括测量基本上沿着瞄准方向矢量134从激光测距仪138到三个校准点5a-5c中的每个的距离(即，范围)。这种方法还包括计算校准矩阵，校准矩阵使用至少在仪器坐标系中与三个校准点5a-5c对应的所测得取向和距离以及三个校准点5a-5c在目标对象坐标系中的已知位置，将仪器坐标系中定义的位置变换成目标对象坐标系中定义的位置。
控制站150(参见图2B)包括用三维定位软件编程的计算机***，该三维定位软件用于处理从悬索平台16机载的计算机***162接收的距离数据。例如，三维定位软件可以是使用目标对象102上的多个校准点5a-5c(诸如，飞机上的表面上的点或特征)来定义相机20相对于目标对象102的地点(位置和取向)的类型。校准点5a-5c可以是在目标对象102的本地坐标系中的位置已知的可视特征(诸如，窗框的拐角、用于附接皮托管的螺钉等)，所述位置如从特征位置的三维数据库(例如，CAD模型)或其他测量技术确定。在校准本地定位***的过程期间，从CAD模型或其他三维数据源中提取至少三个非共线性点的X、Y、Z数据。典型地，选择与在目标对象上可容易定位的特征对应的校准点5a-5c。三维定位软件利用校准点5a-5c和来自偏航俯仰机构120的偏航和俯仰数据来定义相机20相对于目标对象102的本地坐标***的相对位置和取向(下面更详细描述的)。所测得的到校准点5a-5c的距离可与来自偏航俯仰机构120的方位角和俯仰角协调进行使用，以解决相对于目标对象102的相机位置和取向。附录中给出了与生成相机姿态变换矩阵的方法相关的其他细节，相机姿态变换矩阵反映了相机相对于目标对象的坐标系的位置和取向。
一旦已经确定了相机20相对于目标对象102的位置和取向，机载计算机***162就可进行操作，以将相机20的光学像场旋转和缩放至目标对象102上的未知坐标位置的关注点，关注点可以是例如飞机的损坏/维修地点。在瞄准方向矢量134的该位置处，可记录相机20的取向(其可包括相机20沿着方位轴和俯仰轴的相应角度)。通过使用来自偏航俯仰机构的方位角和俯仰角以及在校准过程中确定的相对位置和取向(即，相对地点)，可相对于目标对象102的坐标系来确定关注点的地点。可使用下面详细描述的技术来确定目标对象102上的损坏/维修地点的大小。在有裂缝的情况下，可测量裂缝的长度。
也可执行逆向过程，在该逆向过程中，关注点在目标对象的坐标系中的位置是已知的(来自先前的数据采集阶段、CAD模型或其他测量)。在这种情形下，相机20可放置在校准点5a-5c在其中可见的工作区域上的任何地点(其可处于与原始数据被记录的地点不同的地点)并且可执行仪器-目标校准步骤。该校准在本文中被称为“相机姿态”，但是它不只是与相机关联；例如，它也可包括用于测量距离的仪器(诸如，激光测距仪)。可在目标对象的坐标系中计算从关注点到相机20的方向矢量。可使用相机姿态变换矩阵的逆将方向矢量转换成悬索平台16的坐标系。然后，偏航俯仰机构120可计算和使用方位角和俯仰角，以将相机20瞄准目标对象102上的关注点。
在典型的实现方式中，本地定位***可设置在目标对象102的大约10至50英尺内。目标对象102可以是例如诸如储存罐的结构或诸如飞机的大型交通工具。三维定位软件可选择目标对象102上的校准点5a-5c并且将其与来自偏航俯仰机构120的偏航和俯仰数据(即，方位角和俯仰角)以及来自激光测距仪138的距离数据相结合来确定相机20相对于目标对象102的位置和取向。如用三维CAD模型或其他测量技术确定的，校准点5a-5c可以是目标对象102的位置在本地坐标系中已知的特征点。
如根据以上对用于校准具有本地坐标已知的三个校准点5a-5c的目标对象102的参照系中的悬索平台16的地点的方法的描述应该清楚的，在替代方式中，可在测量***2的参照系中校准悬索平台16的地点。在这种情况下，锚固点10a-10d可被用作校准点。为了使用锚固点10a-10d的已知地点来校准***，悬索平台16移动到激光测距仪138可瞄准锚固点10a-10d中的至少三个的位置。针对三个锚固点获取距离和偏航俯仰角数据，之后使用基于矢量的方法将其与这些锚固点的已知坐标进行比较。
还可对测量***2的整个工作体积(或工作体积的一部分)执行增强型校准，以便补偿线缆拉伸。例如，可对围绕预期测量体积的虚拟边界框的八个拐角执行上述校准方法。然后，将该数据与通过基于线缆长度的3D定位方法(由下面列出的公式来描述)计算出的相同点的数据进行比较。使用八个拐角校准数据的一种简单方式是在运行时执行三线性插值，以提供校正量来调节基于线缆长度的方法测得的值。(还可使用其他利用了线缆长度数据的插值方法。)
激光测距仪138(也被称为“激光测距机”和“激光测距仪”)被附加于相机20，以创建激光混合***。可使用来自激光测距仪138的测量数据来获得从激光测距仪138(以及从激光测距仪所固定于的相机20)到目标对象上的校准点的相应距离的估计值。典型的激光测距仪包括激光二极管，激光二极管将把合束的(通常可见的)激光束朝向目标对象的表面发送。通过接收光学器件将被目标对象反向散射和/或反射的光成像在光接收器的有效表面上。激光二极管具有相对于摄像机的位置和取向固定的位置和取向；光接收器具有相对于激光二极管的位置和取向固定的位置和取向。可使用光的发射和接收之间的飞行时间来计算激光测距仪和目标对象表面上的所发射光束碰到的一部分之间的距离。激光测距仪也用作激光指示器。另选地，可利用定向投射除了激光束外的波能的测距仪。
为了完整起见，要注意，使用图1中描绘的悬索平台16来确定目标对象上的关注点相对于参照系的三维坐标的以上方法一般具有以下步骤：(a)将悬索平台16从多根线缆6a-6d悬挂下来，线缆6a-6d与设备支撑构件36连接并且被支撑于多个锚固点10a-10d中的相应锚固点；(b)相对于参照系来校准偏航俯仰机构120；(c)控制多根线缆6a-6d的松开部分的长度，以致使设备支撑构件36移动，从而相机20在目标对象102的范围内；(d)部分基于多根线缆6a-6d的松开部分的长度来测量设备支撑构件36的中心点与相应锚固点10a-10d的相应距离；(e)控制偏航俯仰机构120以致使激光测距仪138瞄准目标对象102上的关注点；(f)在激光测距仪138瞄准关注点的同时，测量偏航俯仰机构120的偏航角和俯仰角；(g)测量激光测距仪138与关注点分开的距离；以及(h)将距离和角度测量值转换成表示关注点在参照系中的地点的笛卡尔坐标矢量。
根据上一段中描述的方法的一个实施方式，参照系是目标对象102的参照系，并且步骤(b)包括：在设备支撑构件36固定不动的同时，在不同时间将激光测距仪138瞄准目标对象102上的三个或更多个校准点5a-5c；以及计算表示从偏航俯仰机构120的参照系到目标对象102的参照系的变换的校准矩阵。在所提出的一个实现方式中，步骤(b)还包括：在激光测距仪138瞄准每个校准点5a-5c的同时，测量偏航俯仰机构120的偏航角和俯仰角；以及在激光测距仪138瞄准每个校准点5a-5c的同时，测量激光测距仪138与每个校准点5a-5c分开的距离。
根据替代实施方式，参照系是支撑多根线缆6a-6d中的相应线缆的多个锚固点10a-10d的至少三个非共线性锚固点中的多个的参照系，并且步骤(b)包括：在设备支撑构件36固定不动的同时，在不同时间将激光测距仪138瞄准多个锚固点10a-10d中的三个或更多个锚固点；以及计算表示从偏航俯仰机构120的参照系到多个锚固点10a-10d的参照系的变换的校准矩阵。在所提出的一个实现方式中，步骤(b)还包括：在激光测距仪138瞄准每个锚固点的同时，测量偏航俯仰机构120的偏航角和俯仰角；以及在激光测距仪138瞄准每个锚固点的同时，测量激光测距仪138与每个锚固点分开的距离。
图2A显示了悬索平台16的一些部件，包括图1中未示出的配重30。配重30与设备支撑构件36的顶端连接，而偏航俯仰机构120与设备支撑构件36的底端连接。配重30提供用于将相机20的旋转惯性平衡的惯性质量。优选地，线缆附接环的中心大致与悬索平台16的重心并置排列，以使悬索平台16因支撑线缆6a-6d中的一个或更多个的伸长和/或收缩而移动时悬索平台16的不期望的旋转或摆动运动最小化。另外，陀螺仪可被装配在配重30或平台上的其他地点中，以使设备支撑构件36的取向稳定。***因重力而保持竖直。虽然在顶部存在配重30，但是它不像线缆支撑件下方的有效负载那么重。陀螺仪确保取向不随***移动而变化。机械陀螺仪具有一个或更多个快速旋转盘，从而允许***保持取向。在基本实现方式中，这种类型的回转稳定性可在没有计算机控制的情况下被动地实现。转盘也可以是配重30的一部分。在固态陀螺装置(诸如，基于MEMS的惯性测量单元)中，陀螺仪测量旋转速率，然后使用电机来校正***的取向(某种类型的微处理器或计算机将被配置成在该变型中向相应的电机控制器发送命令)。图2B是显示装入图1中描绘的测量***2中的每个绞车单元的附加部件的框图。每个绞车单元包括用于支撑线缆6a-6d中的相应一个的电机驱动卷轴8以及在卷绕期间将线缆沿着卷轴8的长度引导到卷轴8的长度上的线缆引导件24。每个卷轴8被相应的卷轴电机116驱动旋转。每个线缆引导件24是机械装置，其基于传动装置移动到驱动卷轴8的所述卷轴电机116。卷轴电机116处于相应电机控制器114的控制下，电机控制器114从绞车单元控制计算机112接收命令。绞车单元控制计算机112通过向关联的电机控制器114发送适宜的命令来协调每个卷轴8的旋转。
每个卷轴8具有关联的旋转编码器118，旋转编码器118输出表示线轴8的增量角旋转的信号。可由绞车单元控制计算机112部分基于来自相应旋转编码器118的反馈来确定从每个卷轴8松开的每根线缆的长度。
绞车单元控制计算机112通过收发器160a和160b与控制站150(借助有线连接或无线地)进行通信。响应于***操作员经由控制站150处的用户界面输入的命令，控制站150经由收发器160a和160b向绞车单元控制计算机112发送命令，以便控制悬索平台16的移动。绞车单元控制计算机112进而向电机控制器114发送命令，以通过操作电机驱动卷轴8来伸展和/或收回线缆6a-6d。优选地，所有的卷轴电机116都由同一高级计算机/操作员界面运行。当所有电机116由同一计算机(例如，绞车单元控制计算机112)操作时，计算机可被配置成使用反向运动来同时指引悬索平台16的位置和取向-这意指可诸如用4x4变换矩阵来指定地点(位置和取向)，然后让***将所有电机一次性移动到正好的地方。
通过配置绞车单元控制计算机112以通过对与每个卷轴8(即，卷轴8a-8d)关联的相应旋转编码器所输出的脉冲进行计数来计算线缆6a-6d的松开部分的相应长度，从而可跟踪线缆附接环35的中心的精确位置。关于每个线轴8上的线缆缠绕，如果正确卷绕，则可以准确地计算线缆的松开(即，展开)部分的长度。随着卷轴8旋转，关联的旋转编码器在卷轴在任一方向上旋转期间针对角度位置的每个递增改变产生脉冲。然而，每次递增旋转而松开或卷上的线缆量将随着卷绕在卷轴上的线缆层数的变化而变化。解决这一问题的一种方式是管理线缆卷绕在线轴上的方式，使得线缆缠绕紧挨着彼此，而不是随机缠绕在卷轴8上。这通常由线缆引导件24管理，线缆引导件24沿着卷轴8的宽度来回移动。当线轴到达卷轴8的一端时，线缆引导件24将方向反转并且将线缆放置在比前一层高的下一层上，但是如果***对卷轴8上线缆的层数进行计数，则***可修改与卷轴8(其上带有线缆)关联的有效直径变量，从而允许***计算针对卷轴8每次递增旋转时从卷轴8松开或卷上的线缆的递增长度的校正值。
图2C是表示从位于呈矩形布置的平面上的相应锚固点AP1至AP4所支撑的四根线缆悬挂下来的平台的中心点C的俯视图的示意图。在这个示例中，锚固点AP1与锚固点AP2分开距离d2；锚固点AP2与锚固点AP3分开距离d1；锚固点AP3与锚固点AP4分开距离d2；锚固点AP4与锚固点AP1分开距离d1。将线缆悬挂平台与四个锚固点AP1至AP4连接的线缆具有相应的线缆长度L1、L2、L3和L4。(注释：在线缆的端部附接于具有半径R的环的情况下，式中使用的相应线缆长度L1、L2、L3和L4将各自是从相应锚固点延伸到线缆附接环上的相应附接点的线缆的实际长度和半径R的总和。)
在任何给定的时刻，控制站150具有指示线缆长度L1、L2、L3和L4的来自旋转编码器118的信息。可使用这些测量值来计算测量***2的参照系中的中心点C的三维位置(x,y,z)(注意，在图2C中未示出z(垂直)尺寸)2。为了实现前述，使用以下正向运动学(约束)方程：
Figure BDA0001808411900000141
Figure BDA0001808411900000142
Figure BDA0001808411900000151
Figure BDA0001808411900000152
这些方程形成了一个非线性联立方程组。用反向运动学，可推导出所得到的闭式x、y、z解：
Figure BDA0001808411900000153
Figure BDA0001808411900000154
Figure BDA0001808411900000155
在右手坐标系中(z在向上方向上)，应该使用的z方程是负方程：
Figure BDA0001808411900000156
因此，对于目标对象102上的任何关注点，控制站150处的计算机***可配置有位置计算软件，位置计算软件使得能够确定该关注点在测量***的参考坐标系中的三维坐标，并且还使得能够确定悬索平台16的中心点C在测量***的参考坐标系中的位置，以及偏航俯仰机构120的偏航角和俯仰角，偏航俯仰机构120将导致激光测距仪138产生碰到关注点的激光束。
图1中描绘的类型的悬索平台还可包括获取经历测量或非破坏性检查的对象的比例和点对点距离信息的能力。悬索平台可设置有机载传感器和处理技术，以对目标对象上的点之间的距离或目标对象的比例提供分立或连续测量。此距离和比例测量数据的获取将被分成以下三类。
在一类实施方式中，使用万向摄像机和安装于其上的两个或更多个激光指示器来获取信息以计算：与目标的距离、针对目标的视图参考比例以及(在一些实施方式中)目标上的关注点之间的距离。这类实施方式适于目标表面相对平坦并且垂直于激光指示器和相机的瞄准方向的情形。如本文中使用的，术语“激光指示器”意指发射激光束并且不检测返回的激光的装置。
该构思的另一类实施方式是以下配置：两个或更多个激光测距仪被安装于万向摄像机，以使得能够对目标上的关注点进行三维坐标测量，直接测量与目标的距离、参考比例以及摄像机相对于目标的一个或更多个取向角。如果使用了三个非共线性安装的激光测距仪，则可测量不止一个取向角(例如，偏航和俯仰)。如本文中使用的，术语“激光测距仪”(也被称为“激光测距机”)意指发射激光束并且检测返回的激光的装置。
第三类实施方式包括万向摄像机和安装于其上的单个激光测距仪，单个激光测距仪用于获取从悬索平台到该环境中的目标对象的距离和瞄准方向信息。该构思利用了美国专利No.7,859,655中公开的基于矢量的测量算法的一些方面，同时还添加了诸如线缆长度旋转编码器和***配置(运动学)的传感器，以便确定悬索平台相对于环境的相对位置。可使用该平台运动数据连同来自激光测距仪的瞄准方向和距离数据来获取环境中对象的测量结果。
现在，将详细地描述前述类型的增强性能线缆悬挂平台的示例实施方式。出于例示目的，将假定，平台包括附接有(例如，附接于相机外壳22)各种激光装置的摄像机130。
图3是示出根据一个实施方式的附着有一对激光指示器132a和132b并且指向目标对象102的摄像机130的俯视图的示意图，其中，摄像机130可被装入图1中描绘的悬索平台16中。此***能够获取经历非破坏性检查的对象的比例和点对点距离信息。激光指示器132a和132b以平行配置被安装于摄像机130的外壳22。优选地，摄像机130的聚焦轴和激光指示器132a和132b的瞄准方向相互平行。使用激光指示器132a和132b以及摄像机130来计算与目标对象102的距离和参考比例。该实施方式用于悬索平台16相对靠近目标对象102的情形。
当被启用时，激光指示器132a和132b将相应相互平行的激光束沿着图3中的相应瞄准方向矢量134a和134b所指示的相应光学路径引导，这些激光束形成目标对象102的表面上的相应激光光斑。可启用摄像机130来捕获其中两个激光光斑可见的图像。可对该图像数据进行处理(如下面详细描述的)以推导出像素信息，可使用该像素信息结合两个激光指示器132a和132b的轴分开的已知距离来确定比例因子。然后，可使用该比例因子在悬索平台16处于同一地点时在摄像机130所捕获的任何后续图像上显示比例指示器。更具体地，一个目标是确定指示器132a和132b和目标对象102之间的距离D，这将在下面参照图5A和图5B更详细描述的。
图4是显示用于使用上面安装有两个或更多个激光指示器132(例如，如在图2中看到的第一激光指示器132a和第二激光指示器132b)的受远程控制的悬索平台对结构执行非破坏性检查的***的一些部件的框图。在该示例中，本地定位***38的部件由机载计算机***162来控制，机载计算机***162可配置有存储在非暂态有形计算机可读存储介质(未示出)中的程序。特别地，计算机***162可被编程为执行从控制站150接收的射频命令。这些射频命令由悬索平台16上的收发器160接收，被转换成适当的数字格式，然后被转发到计算机***162。
控制站150可包括配置有程序的通用计算机***，该程序用于如先前所述地通过向绞车单元控制计算机112(图4中未示出，但是参见图2A)发送命令来控制悬索平台16的操作，并且用于控制本地定位***38的各种部件。例如，控制站150可以发送控制悬索平台16和偏航俯仰机构120的移动的命令以及用于启用激光指示器132和摄像机130的命令。另外，控制站150处的计算机***被配置有用于处理在检查操作期间从悬索平台16接收的数据的程序。特别地，控制站150的计算机***可包括显示处理器，显示处理器配置有用于控制显示监视器152以显示摄像机130所捕获的图像的软件。摄像机130所看到的光学图像场可显示在显示监视器152上。更具体地，响应于来自控制站150的命令，计算机***162(例如，经由线缆)发送用于启用摄像机130和激光指示器132的控制信号。摄像机130可具有自动(受远程控制的)变焦能力。计算机***162还通过向分别控制偏航电机122和俯仰电机124的电机控制器168发送命令来控制偏航俯仰机构120的偏航单元126和俯仰单元128(参见图1)的旋转。
根据一个实施方式，偏航俯仰机构120包括：偏航单元126，其将摄像机130(和安装于其上的激光装置)围绕偏航轴进行旋转；以及俯仰单元128，其被配置成响应于从接收机***162接收的控制信号而将摄像机130围绕俯仰轴(与偏航轴正交)旋转。偏航俯仰机构120中的诸如伺服电机等的致动器(附图中未示出)可接收来自计算机***162的控制信号并通过调节摄像机130围绕偏航轴和俯仰轴的角旋转以及摄像机130围绕偏航轴和俯仰轴旋转的角速度来对所述控制信号作出响应。俯仰偏航机构120还包括将表示当前角位置数据的信号发送回计算机***162的偏航和俯仰旋转编码器(附图中未示出)。计算机***162响应于用户指令(例如，作为控制站150的一部分的输入装置的操纵)或自动扫描路径产生器而计算施加到偏航俯仰机构120的控制信号。
图5A是示出与目标对象102分开距离D的摄像机130和一对激光指示器132a和132b的示意图，激光指示器产生在目标对象102的表面上的相应激光光斑。目标对象表面上的这些激光光斑分开距离d。图5B是表示图5A中描绘的摄像机130所获取的图像70的示意图，图像70包括目标对象102的表示102'以及激光光斑的相应位置106和108的表示。
根据图5A和图5B中描绘的情形，已知变量是摄像机130的当前视场(即，图5A中的“FoV”)、图像70的宽度方向上的最大像素数目(即，图5B中的“maxPx”)、表示激光指示器132a和132b所产生的激光光斑的位置106和108的相应像素组之间的图像70中的像素数(即，图5B中的“nPx”)；以及将激光指示器132a和132b分开的距离(即，图5A中的“L1”)。
未知变量是激光光斑之间的视角α以及距离D和d。
可使用相机视场(FoV)和图像像素数据来计算激光光斑之间的视角α：
Figure BDA0001808411900000181
其中，nPx是所测得的激光光斑之间的像素的数目，maxPx是以像素为单位的图像宽度。然后，可使用下式来计算距离d和D：
d＝L1
Figure BDA0001808411900000182
代入视角α的公式(1)，得到：
Figure BDA0001808411900000183
根据图3和图5A中描绘的实施方式(以及下文中描述的其他实施方式)中，距离D的值被连续更新。
根据一种可能的实现方式，距离d的值可包括在显示监视器152上显示的图像70中的任何位置。根据另一个可能的实现方式，可基于距离d与像素数目nPx的比率来计算比例因子，并且可作为图像70的一部分包括指示比例因子的比例尺或其他比例指示器。只要悬索平台-目标对象分开距离D是最新的，该比例指示器就是准确的。随着分开距离改变，可重复上述操作，以产生更新后的比例因子。随着时间推移，随着悬索平台16和目标对象102分开的可变距离的变化，反复地调节比例指示器。
出于非破坏性检查的目的，优选地，所获取的被检查结构的图像不包括激光光斑的表示。因此，在对目标对象102的成像表面区域进行初始大小确定之后，可启用摄像机130来捕获附加图像(例如，图像的视频序列)，同时停用激光指示器132a和132b。在这种情况下，摄像机130优选地在分开距离D是最新的时捕获图像。
图6是示出根据另一个实施方式的具有指向目标对象102的一对可枢转激光指示器132a和132b的摄像机130的俯视图的示意图，其中，摄像机130可被装入图1中描绘的悬索平台16中。如同图3中部分描绘的实施方式，图6中部分描绘的实施方式也能够获取经历非破坏性检查的对象的比例和点对点距离信息。当被启用时，激光指示器132a和132b将相应激光束指向目标对象102的表面上的相应激光光斑。激光指示器132a和132b可以是可独立枢转的，或者它们的枢转机构可被联接，使得激光指示器132a和132b可以是可相反枢转的。如本文中所使用的，短语“可相反枢转”意指激光指示器132a和132b相对于摄像机130的焦轴(图6中未示出)枢转的角位置总是相等且相反的。
激光指示器132a和132b可在悬索平台16上相对于平行配置旋转达已知量。这在目标对象102上的激光光斑之间产生了额外分离，这可用于与图3中描绘的实施方式的情况相比悬索平台16更远离目标对象102的情形。例如，最初，激光指示器132a和132b平行设置，以沿着相应的瞄准方向矢量134a和134b所指示的相互平行的光路发射相应的激光束。然后，激光指示器132a和132b旋转已知角度，然后被再次启用，以沿着相应瞄准方向矢量134a'和134b'所指示的光路发射相应的激光束。可使用机载摄像机(未示出)所捕获的图像来确定与目标对象102的距离，这些图像包括表示激光光斑的像素组。更具体地，该实施方式被配置成确定激光指示器132a和132b在目标对象102上分别产生的激光光斑之间的距离d；以及激光指示器132a和132b和目标对象102之间的距离D，如下面将参照图7A和图7B更详细描述的。
图7A是示出与目标对象102分开距离D的摄像机130和一对可枢转激光指示器132a和132b的示意图，激光指示器产生在目标对象102的表面上的相应激光光斑。目标对象表面上的这些激光光斑分开距离d。图7B是表示意图7A中描绘的摄像机130所获取的图像70的示意图，图像70包括目标对象102的表示102'以及表示激光光斑的相应位置106和108的相应像素组。
根据图7A和图7B中描绘的情形，已知变量是摄像机130的当前视场(即，图7A中的“FoV”)、图像70的宽度方向上的最大像素数目(即，图7B中的“maxPx”)、表示激光指示器132a和132b所产生的激光光斑的位置106和108的相应像素组之间的像素数目(即，图7B中的“nPx”)；激光指示器132a和132b所发送的激光束之间的角度(即，图7A中的“β”)；以及将激光指示器132a和132b的相应枢转轴分开的距离(即，图7A中的“L1”)。未知变量是激光光斑之间的视角α以及距离D和d。
可使用公式(1)来计算激光光斑之间的视角α。然后，可使用下式来计算距离d和D：
Figure BDA0001808411900000201
Figure BDA0001808411900000202
根据一个可能的实现方式，可基于距离d与像素数目nPx的比率来计算比例因子，并且可在悬索平台16停留在同一地点的同时，将指示比例因子的比例尺或其他比例指示器在摄像机130所捕获的后续图像上显示。
图8是示出根据其他实施方式的具有指向目标对象102的一对激光指示器132a和132b和可枢转(围绕单个轴)的第三激光指示器132c的摄像机130的俯视图的示意图，其中，摄像机130可被装入图1中描绘的悬索平台16中。根据该变型，两个激光指示器132a和132b附着于摄像机130并且相互平行，第三激光指示器132c可旋转地安装于摄像机130，以相对于其他两个激光指示器132a和132b而旋转至固定的或可控制的角度。第三激光指示器132c可发射与由激光指示器132a和132b发射的激光不同的颜色的激光，以帮助将目标对象102上的激光光斑彼此区分开。(在替代方式中，可将三个相同颜色的激光指示器用于这种计算方法。)激光指示器132a和132b沿着相应的瞄准方向矢量134a和134b所指示的相互平行的光路发射相应的激光束，而第三激光指示器132c沿着图8中的瞄准方向矢量134c所指示的光路发射激光束。
图9A是示出如图8中描绘的并且与目标对象分开距离D的摄像机130和三个激光指示器132a、132b、132c的示意图，激光指示器132a、132b、132c产生在目标对象102的表面上分开距离d的分隔最远的相应激光光斑。相互激光指示器132a和132b在目标对象表面上产生的激光光斑分开距离L1，距离L1也是将激光指示器132a和132b的轴分离的物理距离。激光指示器132a和132b在目标对象表面上产生的激光光斑分开距离d。图9B是表示意图9A中描绘的摄像机130所获取的图像70的示意图，图像70包括目标对象102的表示102'以及表示激光光斑的相应位置106、107和108的相应像素组。
根据图9A和图9B中描绘的情形，已知变量是摄像机130的视场(即，图9A中的“FoV”)、图像70的宽度方向上的最大像素数目(即，图9B中的“maxPx”)、表示激光指示器132a和132b所产生的激光光斑的相应位置106和108的相应像素组之间的像素数目(即，图9B中的“nPx1”)；表示激光指示器132b和132c所产生的激光光斑的相应位置108和107的相应像素组之间的像素数目(即，图9B中的“nPx2”)；激光指示器132b和132c所发送的激光束之间的角度(即，图9A中的“β”)；以及将激光指示器132a和132b的相应轴分开的距离(即，图9A中的“L1”)。未知变量是激光光斑之间的视角α以及距离D和d。
可使用公式(1)来再次计算激光指示器132b和132c所产生的激光光斑之间的视角α。然后，可使用下式来计算距离d和D：
Figure BDA0001808411900000211
d＝L1+D*tanβ
或
d＝L1+(nPx1+nPx2)/nPx1
因此，有两种计算d的方式：一种使用角度β，另一种使用nPx2。有两种计算距离d的值的独立方法用作进程检查，以提高可靠性。
根据一种可能的实现方式，可基于距离d与总和(nPx1+nPx2)的比率来计算比例因子。此后，当悬索平台16停留在同一地点时，可在摄像机130所捕获的后续图像上显示指示比例因子的比例尺或其他比例指示器。
根据图5A、图5B、图7A、图7B、图9A和图9B中部分描绘的实施方式，使用图像处理方法来确定图像70上显示的激光光斑的图像之间的像素距离。图像处理步骤的主要目标是确定目标对象上激光点之间的像素距离。有几种方法可用于此目的，诸如那些使用像素颜色的方法，但是在可能具有各种各样光照条件的环境中，该方法并不是非常稳健。对于这个应用，使用涉及使激光光斑在一个图像上亮而在下一个图像上暗的过程。该方法涉及循环地以摄像机帧频的速率的一半(或其他整除数)的速率打开和关闭激光指示器，然后执行图像相减步骤，以显示已经改变的连续的聚类像素。相邻聚类的质心之间的差值将是像素距离(nPixels)，可将该像素距离与距离d结合使用来计算比例因子，并且稍后显示以图形方式描绘比例因子的比例指标。
变化检测是用于确定两个或更多个图像之间差值的过程。例如，可使用数字图像处理技术来确定变化的区域。一种这样的过程可涉及图像相减、模糊滤波器和图像分割步骤。术语“数字图像处理”意指对一幅图像或一系列图像进行基于计算机的分析。术语“像素”是指构成二维数字图像的图素。分割是显示数字图像中的具有相似属性的像素的处理。
图10是例示根据一个示例的用于处理图像以确定目标对象上的激光点之间的像素距离的方法的步骤的示意图。摄像机130在时间T＝0.00、0.01、0.02和0.03处捕获相应的帧140a、140b、140c、140d。当在时间T＝0.00和0.02时捕获帧140a和140c时，激光指示器132a和132b关闭，而在时间T＝0.01和0.03时捕获帧140b和140d时，激光指示器132a和132b打开。从帧140a中减去帧140b，以产生减成图像142a；从帧140c中减去帧140d，以产生减成图像142b。然后，确定减成图像142a和142b中的差值地点。找到每个区域的质心并且将其转换成像素坐标(x，y)。执行失真校正来补偿相机的光学器件，其中，应用二维图像校正从而得到(x'，y')。该校正可取决于例如镜头光学器件、变焦和聚焦水平。在一个实施方式中，通过实验来确定校正，并且在运行时使用查询表来调用这些校正。在应用照明校正之后，确定出现在每个减成图像中的差值(即，激光光斑的图像)。在一个实施方式中，执行逐像素差异操作，接着进行模糊滤波操作，然后进行图像分割操作。可使用N×N模糊滤波器(诸如，5×5内核)来平滑掉与图像关联的高频噪声中的大部分，并且可被调节，以放弃各种大小的区域。然后，模糊的图像被分割成不同的非触摸区域。计算每个单独区域的质心并且将其存储在与每个图像对关联的列表中。然后，计算将与两个激光光斑对应的两个质心分开的像素数目。
由于表示激光光斑的相应位置106和108的像素组将处于每个图像的同一水平条中，因此图像处理只需要图像的该部分。图11是例示采用提高图像处理效率的方式的用于处理图像以确定目标对象上的激光点之间的像素距离的方法的步骤的示意图。例如，水平条144a和144b可分别由帧140a和140b形成。然后，从水平条144a中减去水平条144b，以形成减成图像146。
该构思的另一类实施方式是以下的配置：悬索平台16装入两个或更多个激光测距仪，这些激光测距仪使得能够测量与目标的距离、参考比例以及悬索平台16相对于目标的一个或更多个取向角。如果使用了三个非共线性安装的激光测距仪(这里未示出)，则可测量不止一个取向角(例如，偏航和俯仰)。
图12是示出根据另一个实施方式的具有指向目标对象102的一对激光指示器138a和138b的摄像机130的俯视图的示意图，其中，摄像机130可被装入图1中描绘的悬索平台16中。激光测距仪138a和138b附着于摄像机130并随之旋转。图12中部分描绘的实施方式能够获得经历非破坏性检查的对象的比例信息。这也能够测量悬索平台16和目标对象102之间的分开距离D和悬索平台16相对于目标对象102的方位角。激光测距仪138a和138b布置成相互平行的配置。例如，具有相互平行轴的一对激光测距仪138a和138b被固定安装于摄像机130的外壳22。优选地，摄像机130的聚焦轴和激光测距仪138a和138b的瞄准方向相互平行。当被启用时，激光测距仪138a和138b将引导相应的相互平行的激光束在目标对象102的表面上形成相应的激光光斑。
在其中激光测距仪138a和138b的轴不垂直于目标对象102的表面的被激光束碰到的一部分的情形下，激光测距仪138a和138b与该表面分开的相应距离将不相等，并且悬索平台16将具有相对于该表面的非零取向角度。在其中激光测距仪138a和138b的轴垂直于目标对象102的表面的被激光束碰到的一部分的情形下，激光测距仪138a和138b与该表面分开的相应距离将是相等的，并且取向角将是零。因此，可使用激光测距仪138a和138b与目标对象102的相应分开距离的测量值来确定悬索平台16相对于目标对象102的当前偏移和当前取向角，然后控制悬索平台16按减小当前偏移与目标偏移的偏差和当前取向角与目标取向角(例如，零度的角度)的偏差二者的方式移动。
可启用摄像机130来捕获其中激光测距仪138a和138b所发射的激光束所形成的两个激光光斑可见的图像。可对该图像数据进行处理(如下面详细描述的)以推导出像素消信息，可使用该像素信息结合将两个激光测距仪138a和138b的轴分开的已知距离来确定比例因子。然后，可使用该比例因子在悬索平台16处于同一地点时在摄像机130所捕获的任何后续图像上显示比例指示器。
对于多激光测距仪实施方式，由于已经测量了与来自相应激光测距仪到目标对象102的距离关联的信息，并且由于摄像机130的视场是已知的，因此可以在不需要图像处理步骤的情况下确定比例因子。可在图像处理步骤中使用的部分是nPx，但是可使用下式，将其计算为随着FoV、平均距离D/n、L1、maxPx的变化而变化(其中，n是激光测距仪的数目)。
Figure BDA0001808411900000241
(注释：以上计算还需要图像失真校正步骤，或者更准确地，其逆步骤。)
响应于来自控制站150(参见图4)的命令，可由机载计算机***162输出的控制信号(例如，经由线缆)启用摄像机130和激光测距仪138a和138b。计算机***162还通过将命令发送到偏航电机122和俯仰电机124(参见图4)来控制偏航单元126和俯仰单元128的移动。
根据替代实施方式，悬索平台16包括不止一个激光测距仪，以能够测量与目标对象的距离以及一个或更多个取向角。如果使用了两个激光测距仪(如在图12中示出的实施方式中一样)，则可测量一个取向角(例如，偏航)。如果使用了三个非共线性安装的激光测距仪(附图中未示出)，则可测量不止一个取向角(例如，偏航和俯仰)。用该信息，可向用户显示比例因子，或者可将运动约束应用于车辆控制。
图13是显示根据一个实施方式的用于在非破坏性检查结构期间操作悬索平台的方法40的步骤的流程图，其中，使用了三个非共线性安装的激光测距仪38并且测量偏航和俯仰取向角。方法40包括以下步骤：(a)控制悬索平台朝向待检查结构移动(步骤42)；(b)使用悬索平台上的三个激光测距仪38，在悬索平台正在移动的同时，反复测量(即，计算)激光测距仪与结构表面上的相应斑点分开的相应距离(步骤44)；(c)至少基于步骤44中计算出的距离来计算悬索平台与结构分开的第一分开距离(步骤46)；(d)控制悬索平台停在相对于结构的指定分开距离(例如，等于目标偏移)(步骤48)；(e)基于步骤44中计算出的距离来计算摄像机130的聚焦轴相对于与结构的表面上的三个激光光斑相交的平面的偏航和俯仰取向角(步骤50)；(f)控制偏航俯仰机构120将摄像机130重新取向，使得摄像机130的聚焦轴垂直于结构表面(步骤52)；(g)在悬索平台处于指定分开距离(例如，第一地点)时，使用摄像机130来捕获结构的图像(步骤54)；(h)至少部分基于分开距离和摄像机130的视场来计算图像在显示在显示屏上时的比例因子(步骤56)；(i)显示图像，其中比例指示器覆在该图像上，比例指示器的值或长度表示比例因子(步骤58)；以及(j)确定是否继续反馈控制模式(步骤60)。如果在步骤60中确定了应该继续反馈控制模式，则进程返回到步骤44。如果在步骤60中确定了不应该继续反馈控制模式，则重新开始之前的悬索平台移动模式。
根据图1中描绘的配置，由收发器160发送悬索平台16上的设备所获取的数据(即，激光测距仪138a和138b所获取的测量数据和摄像机130所获取的图像数据)。该消息由地面上的控制站150接收。控制站150处的计算机***从消息中提取表示图像的图像数据，并且通过按照图像数据控制显示屏的像素状态，致使将图像显示在显示监视器152的屏幕上。
根据运动控制功能的一个方面，可控制悬索平台16，使其在保持分开距离的同时偏航到第二地点。然后，启用摄像机130以在悬索平台16处于第二地点时捕获结构的第二图像，第二图像可显示在显示屏上。可将这两个图像拼接在一起来显示。在一些情形下，第一图像和第二图像可分别包括第一组图像数据和第二组图像数据，第一组图像数据和第二组图像数据表示结构的表面上的部分重叠或连续的区域。
根据运动控制功能的另一个方面，控制站150处的计算机***可被编程为检测在悬索平台16已经从第一地点移动到第二地点之后分开距离与目标偏移的偏差，然后，控制悬索平台16移动到其分开距离等于目标偏移的第三地点，由此将偏差减小至零。控制站150处的计算机***可被进一步编程为执行以下操作：在悬索平台16处于第二地点时，基于三个激光测距仪138所测得的第一距离、第二距离和第三距离来计算摄像机130的聚焦轴相对于结构的表面的取向角；在悬索平台16处于第二地点时，检测与所期望取向角的偏差；以及在悬索平台16处于第二地点时，控制偏航俯仰机构120来改变摄像机130的取向，使得取向角等于所期望的取向角。
图14是根据替代实施方式的显示用于使用受远程控制的悬索平台16对结构执行非破坏性检查的***的一些部件的框图。图4和图14中分别描绘的***之间的唯一区别在于，图4中示出的***具有安装于摄像机130的外壳22的激光指示器132，而图14中示出的***具有安装于摄像机130的外壳22的激光测距仪138。
如图14中看到的，悬索平台16上的设备包括偏航俯仰机构120、摄像机130和激光测距仪138，所有这些都可由计算机***162所发送的控制信号(例如，经由线缆)来启用。计算机***162还可通过向分别控制偏航电机122和俯仰电机124的电机控制器168发送命令来调节摄像机130的取向。控制偏航机构120将激光测距仪138和摄像机130旋转调节成围绕偏航轴和俯仰轴的角度。当激光测距仪138瞄准目标对象102上的关注点时，根据偏航角和俯仰角来确定描述了激光测距仪138(和摄像机130的聚焦轴)相对于悬索平台16的固定坐标系的取向的瞄准方向矢量134。
激光测距仪138可被装入摄像机130的外壳22内，或者被安装于外壳22的外部，使得它沿着瞄准方向矢量134发射激光束。激光测距仪138被配置成测量与附接于目标对象102的任何可见特征或任何标记的距离。根据一些实施方式，激光测距仪138使用激光束来确定与目标对象102的距离。最常见形式的激光测距仪通过将窄光束中的激光脉冲朝向目标对象102发送并且测量脉冲被目标对象102反射并且返回装入激光测距仪138内的光电检测器花费的时间来按飞行时间原理进行操作。利用已知的光速和进行的精确时间测量，可计算从激光测距仪138到目标对象102的表面上的被激光束碰到的点的距离。在悬索平台16处于某个地点时，顺序地发射许多脉冲，并且平均响应是最常用的。
图15是示出具有指向目标对象102的激光测距仪138的摄像机130的俯视图的示意图，其中，摄像机130可被装入图1中描绘的悬索平台16中。激光测距仪138所发射的激光束碰到目标102的表面上的激光斑点104处。用图15中标记为“ang”的弧线来指示视频摄像机130的视场136(由一对虚线指示)的角度。瞄准方向矢量134从激光测距仪138延伸到激光光斑104，并且具有长度D(以下被称为激光测距仪138与目标对象102分开的“距离D”)。
根据一个实施方式，在已知视场136的角度时，用激光测距仪138来测量距离D。当正在显示摄像机130所捕获的图像时，可使用该信息将大小比例指示器覆在或叠加在显示监视器152(参见图14)的屏幕上。如果已知与目标对象102的距离D，则在显示监视器152的屏幕上的图像中显示的比例信息允许用户度量所显示意图像中的对象的大小。比例指示器可以是显示器上图像的整体水平和竖直尺寸或在屏幕一部分上示出比例因子的屏幕覆盖图的形式。这提供了摄像机130所捕获的并且显示在显示监视器152的屏幕上的图像中的场景的大小背景。
用下式给出已知的相机视场角：
ang＝2*atan(SCRx/(2D))
用下式给出图像X和Y值：
SCRx＝D*tan(ang/2)
SCRy＝ratio*SCRx
其中，D是激光测距仪138所测得的与目标对象表面的距离，“ratio”是图像宽高比(已知)，即，图像宽度w与图像高度h的比率。
根据其他实施方式，完全机动化的偏航俯仰机构120可用于独立于悬索平台移动控制来瞄准激光测距仪138，以获取目标对象102的表面上的两个点分开的距离的直接测量。假定偏航偏移为零或可被测量，则可使用本地定位***38的所有基本特征。
图16是显示用于使用承载本地定位***38的悬索平台16来确定待检查结构的表面上的特征的大小(即，测量特征的点对点距离)的方法170的步骤的流程图。方法170包括以下步骤：(a)控制悬索平台16朝向与待检查结构分离的第一地点移动，然后留在第一地点(步骤172)；(b)在悬索平台处于第一地点时，将激光测距仪138瞄准与结构的表面上的第一可见特征对应的第一点(步骤174)以及获取第一距离测量值(步骤176)；(c)在激光测距仪138瞄准第一点时，使用偏航俯仰机构120来测量激光测距仪138相应的偏航角和俯仰角(步骤178)；(d)将步骤176和178中获取的距离和角度测量值转换成第一矢量，第一矢量表示第一点在第一地点处的悬索平台16的参照系中的地点(步骤180)；(e)在悬索平台16处于第二地点时，将激光测距仪138瞄准与结构的表面上的第二可见特征对应的第二点(步骤182)，以及获取第二距离测量值(步骤184)；(f)在激光测距仪138瞄准第二点时，使用偏航俯仰机构120来测量激光测距仪138相应的偏航角和俯仰角(步骤186)；(g)将步骤184和186中获取的距离和角度测量值转换成第二矢量，第二矢量表示第二点在第二地点处的悬索平台16的参照系中的地点(步骤188)；(h)使用IMU 166来测量在从第一地点移动到第二地点期间悬索平台的加速度和旋转速率(步骤190)；(i)基于步骤190中获取的信息来生成变换矩阵，变换矩阵表示悬索平台16的第一地点和第二地点之间的位置差和取向差(步骤192)；(j)将第二矢量乘以变换矩阵，以形成第三矢量，第三矢量表示第二点在第一地点处的悬索平台16的参照系中的地址(步骤194)；以及(k)使用第一矢量和第三矢量来计算第一点和第二点之间的距离(步骤196)。
根据一个实施方式，前一段中描述的方法还包括：(l)从悬索平台16发送包含在步骤176、178、184、196和190中获取的测量数据的一个或更多个消息；(m)在控制站150处接收一个或更多个消息(参见图14)；以及(n)从所述消息中提取所述测量数据，其中，由控制站150处的计算机***来执行步骤180、188、192、194和196。这种方法还可包括：在悬索平台16处于第一地点时，使用摄像机130捕获结构的表面中的包括第一可见特征和第二可见特征的一部分的图像；以及在控制站150处的显示监视器152上，显示图像和表示覆在图像上的步骤196中计算出的距离的值的符号。例如，第一可见特征和第二可见特征可以是结构中的异常(诸如，裂缝)的相应端点。
图17是例示用于使用上述悬索平台16来产生表示从目标对象102上的第一点到目标对象102上的第二点的距离和方向的矢量的上述方法的矢量图。因为使用单个激光测距仪138来直接测量两个点的坐标，所以使用公共参考地点来确定这两个点之间的距离。在这种情形下，用户确定在获取第一点在本地定位***38(和悬索平台16)的第一参照系中的坐标期间悬索平台16的第一地点和在获取第二点在本地定位***的第二参照系中的坐标期间悬索平台16的第二地点之间的差值，第二参照系偏移第一参照系。使用所获取的坐标位置数据来生成变换矩阵，变换矩阵表示本地定位***38的第一参照系和第二参照系之间的位置差和取向差(即，当进行第一测量和第二测量的时刻的悬索平台16的第一地点和第二地点之间的差值)。
图17中示出的矢量图示出前一段中描述的配置。与相应顶点相交的两对相互正交箭头用图形描绘了相应的参照系(未示出每个参照系相应的第三相互正交轴，以免在附图中混乱)。左手的一对箭头表示第一地点处的悬索平台16的参照系A，而右手的一对箭头表示第二地点处的悬索平台16的参照系B。在图17中，用变换矩阵来表示参考帧B相对于参考帧A的地点偏移，变换矩阵是描述了相对于参照系{A}的参照系{B}的4×4齐次变换矩阵。在这种情形下，可用使用先前描述的线缆长度位置测量处理获取的数据来确定参考帧{B}相对于参考帧{A}的位置和取向。
用从参照系{A}的原点延伸的矢量AP1的长度来表示当悬索平台16处于第一地点时的从激光测距仪138到目标对象102的表面上的第一点P1的距离。
用从参照系{B}的原点延伸到第二点P2的矢量BP2的长度来表示当悬索平台16处于第二地点时的从激光测距仪138到目标对象102的表面上的第二点P2的距离。然后，将矢量BP2乘以变换矩阵
Figure BDA0001808411900000281
将其转换成参照系A中定义的矢量。所得的乘积是：
Figure BDA0001808411900000282
矢量AP2的大小(即，长度)表示当悬索平台16处于第一地点时从激光测距仪138到第二点P2的距离。根据这两个矢量之间的差值来确定距离d，可如下地表示该运算：
d＝│AP2-AP1│
以等同的方式，点P1和P2之间的距离d是连接这两个点的三维矢量的大小(即，欧几里得范数(Euclidean norm))。它被计算为所测得的点坐标(即，x、y和z值)的个体分量差值的平方和的平方根。该式的总体形式是：
Figure BDA0001808411900000291
将所得的距离值连同目标对象102的表面的包括点P1和P2的一部分的相机图像显示在显示监视器152的屏幕上。可选地，可绘制这两个点之间的线，以表示背景。
进行非破坏性检查操作期间悬索平台16的移动可受到各种运动约束，这些约束被设计成使得用户更容易针对特定类型的任务来控制悬索平台16。术语“运动约束”应该被赋予普通的运动学定义。通常，运动约束从对象的运动中去除一个或更多个自由度(DoF)。例如，自由空间中的单个刚体对象具有六个自由度(即，x、y、z、侧倾、俯仰和偏航)，但是当刚体对象受到约束时，例如，通过将其放置在桌子上(在具有重力的地点)，自由度的数目减少到三个(即，x、y和偏航)。在这个示例中，桌子的平面表面引入了从***中去除了三个自由度的运动约束。在另一个示例中，如果在6-DoF对象和另一个固定地点对象之间附接有旋转(回转)关节，则旋转关节通过从***中去除五个自由度，将对象的运动约束为一个自由度(即，围绕回转关节轴的旋转)。这些示例是物理运动约束，但是运动约束也可应用在软件中，以从受控制运动中去除一个或更多个自由度。
对于涉及在标准操作中可控制自由空间中的六个自由度的悬索平台及其操作者的***，使用距离测量信息来约束悬索平台的运动，使得悬索平台的自由度中的一个或更多个不能***作者用于进行控制。例如，如果运动约束被应用于与目标对象的距离(使用来自激光测距仪的实时测量数据)，则***将试图把悬索平台保持在该指定距离。这并不意味着，低级别控制器仍然不能控制六个自由度。替代地，这意味着从操作者的观点来看，有一个(或更多个)不被他们直接控制的轴。如果阵风试图在运动约束的方向上推动悬索平台，则低级别控制器在不需要用户输入的情况下，将提供运动控制来补偿这一点。这在期望维持与目标对象的特定偏移的条件下是可用的。这在提供虚拟边界或避免冲突方面也很可用的。
一旦已经获取了测量数据，就可向用户显示测量数据或者将其用于附加能力，诸如，提供可用于控制交通工具的运动约束。该扩展使得能够有基于来自传感器的数据和推导出的测量数据的反馈对悬索平台16进行运动控制的能力。这样得到了为***提供半自动化控制以及更直观手动控制的能力。
对于采用激光指示器的实施方式，可添加到控制***中的唯一类型的运动约束是那些与位置关联的运动约束，因为这些实施方式没有测量取向。除了确定距离之外，具有两个或更多个激光测距仪的实施方式具有测量悬索平台16相对于目标对象102的取向的能力。这样允许具有不止一个激光测距仪的实施方式来控制悬索平台16相对于目标对象102的位置和取向二者。
图18是根据一个实施方式的用于显示基于由平台88的机载设备获取的测量数据来控制平台88的运动的反馈控制过程80的步骤的框图。首先，用户或代理人输入关于平台88的目标距离和取向的命令(步骤82)，这些输入被求和点84接收。求和点84还从距离和取向计算软件模块接收距离和取向数据，距离和取向计算软件模块被配置成计算距离和取向(步骤94)。求和点84从命令的距离中减去计算出的距离，并且从命令的取向中减去计算出的取向。所得的偏差被输出到控制信号计算软件模块，控制信号计算软件模块被配置成计算控制信号，控制信号是为了减少偏差而计算出的(步骤86)。基于来自求和点84的输出，控制信号计算软件模块向运动致动器90(例如，电机控制器114)输出控制信号。在平台88移动期间，传感器获取传感器数据(步骤92)，使用传感器数据来计算距离和取向(步骤94)。
根据一些实施方式，计算机***162使用机载对准方法来确定摄像机130相对于目标对象102的相对地点(位置和取向)偏移。该过程使用来自三个激光测距仪138的距离信息来实时地计算相对地点。然后，计算机***162使用该数据来产生偏航俯仰机构120所期望的基于反馈的运动。
该过程实现的一种控制形式是在对准的每个方面(诸如，摄像机130的取向)辅助操作者进行半自动化控制，以确保摄像机130的聚焦轴一直与目标对象102的表面垂直或者确保其一直与表面有特定距离。
更具体地，计算机***162被配置(例如，编程)为，基于从激光测距仪138接收短距离信号来确定需要进行什么移动来将摄像机130的聚焦轴与垂直于目标对象102的表面的矢量对准。计算机***162将命令信号发送到选定的电机控制器168，以根据需要启用偏航电机122和俯仰电机124来将摄像机130定向，使得其聚焦轴与表面法线对准。
除了使用三个激光测距仪138来确定与目标对象102的距离之外，还可使用它们来确定偏航和俯仰取向角(下文中“偏航角”和“俯仰角”)。为了例示的目的，假定三个激光测距仪138设置在等腰三角形的顶点处，使得设置在等腰三角形底边顶点处的两个激光测距仪的分开距离是a并且第三激光测距仪和等腰三角形的底边中点的分开距离(即，等腰三角形的高度)是b。假定d1、d2和d3是相应测得的相应激光测距仪到目标对象表面的距离。
可使用公式(2)和(3)来计算俯俯仰和偏航角：
PitchAngle＝atan2(d1-(d2+d3)/2,b)  (2)
YawAngle＝atan2(d2-d3,a)  (3)
其中，PitchAngle和YawAngle是当前计算出的相对于目标对象102的表面的取向角，并且是atan2是两个反正切反三角函数。相对于当前地点处的垂直表面测得的这些角度的目标是等于零；以下描述用于实现目标角度的过程。
在计算当前的偏航角和俯仰角的情况下，***运动控制器可针对受控制运动(偏航、俯仰和距离)使用速率控制方法。可使用诸如比例-积分-微分(PID)控制器的反馈控制器来驱动成当前角度和所期望角度之间的误差归零。可使用公式(4)和(5)来计算俯仰和偏航运动控制：
PitchRate＝Kppitch*(PitchAngle-PitchAnglegoal)  (4)
YawRate＝Kpyaw*(YawAngle-YawAnglegoal)  (5)
其中，PitchRate和YawRate分别描述了关于对准设备的俯仰轴和基座的偏航轴的角度旋转速率；Kppitch和Kpyaw分别是与俯仰轴和偏航轴关联的比例反馈增益；PitchAngle和YawAngle是分别用公式(2)和(3)计算出的角度；PitchAnglegoal和YawAnglegoal是控制器正将***朝向其驱动的所期望的目标角度(如之前提到的，对于该示例，它们都是零)。还可使用积分和微分反馈，但是在这里并未示出。
可将图3、图6、图8、图12和图15中部分描绘的各种实施方式与图1中描绘的示例悬索***不同的悬索***结合使用。例如，图19示出根据替代实施方式的使用配备相机的悬索平台18来检查和测量目标对象102的***。
根据图19中描绘的测量***，悬索平台18从固定长度的线缆28悬挂下来，线缆28的端部附接于相应的锚固点10a和10b。在这种情况下，悬索平台18包括刚性支撑结构4b。根据一个实施方式，刚性支撑结构4b包括固定连接于触轮32并且从触轮32悬挂下来的设备支撑构件36。触轮32包括一对辊34a和34b，辊34a和34b在固定长度的线缆28上沿着该线缆28滚动。线缆6a和6b的端部附接于触轮32。线缆6a和6b被相应的电机驱动卷轴8a和8d松开或卷起，线缆的松开部分通过相应的滑轮12a和12b经过。滑轮12a和12d进而可旋转地联接于与相应锚固点10a和10b刚性连接的相应轭14a和14b。锚固点10a和10b可附接于墙壁或天花机载以便进行室内应用，或者安装在杆或起重机上以便进行室外应用。只要卷轴8a和8b的地点和线缆6a和6b的松开部分的长度是已知的，控制触轮32的移动的计算机***(图19中未示出)可被配置成跟踪触轮32的中心在锚固点的参照系中的地点。
根据图19中描绘的***，悬索平台18还包括附接于设备支撑构件36的底端的本地定位***38。如前所述，本地定位***38包括安装于设备支撑构件36的底端的偏航俯仰机构120、安装于偏航俯仰机构120的相机20和激光测距仪138。无线收发器和机载天线(图19中未示出)能够实现与类似于如前所述的控制站150的控制站进行双向无线电磁波通信。在替代方式中，通信可以经由电线进行的。可按先前参照图2B以及在图2B中描绘的方式来控制卷轴8a和8b中的卷轴的旋转。例如，通过配置绞车单元控制计算机112以通过对与每个卷轴8a和8b关联的相应旋转编码器所输出的脉冲进行计数来计算线缆6a和6b的松开部分的相应长度，从而可跟踪触轮32的中心的精确位置。
根据一个替代实施方式，可提供使用三根线缆而非四根线缆来支撑平台的与图1中描绘的***类似的测量***。根据另一个替代实施方式，可提供其中不再用固定长度线缆28使得平台只由线缆6a和6b支撑的与图19中描绘的***类似的测量***。
另外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种用于使用悬索平台来计算目标对象的关注点在参照系中的位置的方法，所述悬索平台包括设备支撑构件、安装于所述设备支撑构件的偏航俯仰机构、安装于所述偏航俯仰机构的相机和附着于所述相机的激光测距仪，该方法包括：(a)将所述悬索平台从多根线缆悬挂下来，所述线缆与所述设备支撑构件连接并且被支撑于多个锚固点中的相应锚固点；(b)相对于所述参照系来校准所述偏航俯仰机构；(c)控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述设备支撑构件移动，使得所述相机在目标对象的范围内；(d)部分基于所述多根线缆的所述松开部分的长度来测量所述设备支撑构件的中心点与相应锚固点的相应距离；(e)控制所述偏航俯仰机构以致使所述激光测距仪瞄准所述目标对象上的关注点；(f)在所述激光测距仪瞄准所述关注点的同时，测量所述偏航俯仰机构的偏航角和俯仰角；(g)测量所述激光测距仪与所述关注点分开的距离；以及(h)将距离和角度测量值转换成表示所述关注点在所述参照系中的位置的笛卡尔坐标矢量。
条款2.根据条款1所述的方法，其中，所述参照系是所述目标对象的参照系，并且步骤(b)包括：在所述设备支撑构件固定不动时，在不同时间将所述激光测距仪瞄准所述目标对象上的三个或更多个校准点；以及计算表示从所述偏航俯仰机构的参照系到所述目标对象的参照系的变换的校准矩阵。
条款3.根据条款2所述的方法，其中，步骤(b)还包括：在所述激光测距仪瞄准每个校准点时，测量所述偏航俯仰机构的所述偏航角和所述俯仰角；以及在所述激光测距仪瞄准每个校准点时，测量所述激光测距仪与每个校准点分开的距离。
条款4.根据条款1所述的方法，其中，所述参照系是支撑所述多根线缆中的相应线缆的至少三个锚固点中的多个锚固点的参照系，并且步骤(b)包括：在所述设备支撑构件固定不动时，在不同时间将所述激光测距仪瞄准所述多个锚固点中的三个或更多个锚固点；以及计算表示从所述偏航俯仰机构的参照系到所述多个锚固点的参照系的变换的校准矩阵。
条款5.根据条款4所述的方法，其中，所述步骤(b)还包括：在所述激光测距仪瞄准每个锚固点时，测量所述偏航俯仰机构的所述偏航角和所述俯仰角；以及在所述激光测距仪瞄准每个锚固点时，测量所述激光测距仪与每个锚固点分开的距离。
条款6.一种用于检查和测量结构的方法，该方法包括以下步骤：(a)将悬索平台从结构附近的线缆悬挂下来；(b)控制所述悬索平台朝向所述结构移动；(c)使用所述悬索平台自带的第一激光测距仪和第二激光测距仪，以在所述悬索平台正在移动的同时，反复测量所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪分别与所述结构的表面上的第一点和第二点分别分开的第一距离和第二距离；(d)至少基于所述第一距离和所述第二距离来计算所述悬索平台与所述结构分开的第一分开距离；(e)确定所述第一分开距离是否等于目标偏移；(f)响应于在步骤(e)中确定所述第一分开距离等于所述目标偏移，控制所述悬索平台停留在与所述结构分开所述第一分开距离的第一地点处；(g)使用所述悬索平台自带的相机，以在所述悬索平台处于所述第一地点时捕获所述结构的第一图像；以及(h)在显示屏上显示所述第一图像。
条款7.根据条款6所述的方法，其中，所述第一距离和第二距离等于所述目标偏移，该方法还包括：至少部分基于所述分开距离和所述相机的视场来计算所述第一图像在所述显示屏上显示时的比例因子；以及显示覆在所述显示屏上显示的所述第一图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
条款8.根据条款6所述的方法，该方法还包括：从所述悬索平台发送包含表示所述第一图像的图像数据的消息；在控制站处接收所述消息；以及从所述消息中提取表示所述第一图像的图像数据，其中，在所述显示屏上显示所述第一图像包括按照所述图像数据来控制所述显示屏的像素状态。
条款9.根据条款6所述的方法，该方法还包括：在保持所述分开距离的同时，控制所述悬索平台偏航到第二地点；在所述悬索平台处于所述第二地点时，使用所述相机捕获所述结构的第二图像；以及在所述显示屏上显示所述第二图像。
条款10.根据条款9所述的方法，其中，所述第一图像和所述第二图像分别包括第一组图像数据和第二组图像数据，所述第一组图像数据和所述第二组图像数据表示所述结构的表面上的部分重叠或连续的区域。
条款11.根据条款6所述的方法，该方法还包括：基于所述第一距离和第二距离，计算所述相机的聚焦轴相对于连接所述结构的表面上的所述第一点和所述第二点的直线的取向角；至少部分基于所述分开距离和所述取向角来计算所述第一图像在所述显示屏上显示时的比例因子；以及显示覆在所述第一图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
条款12.根据条款6所述的方法，该方法还包括：使用所述悬索平台自带的第三激光测距仪，以在所述悬索平台正在移动的同时，反复测量所述第三激光测距仪与所述结构的表面上的第三点分开的第三距离，其中，基于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离来计算所述分开距离。
条款13.根据条款12所述的方法，该方法还包括：基于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离，计算所述相机的聚焦轴相对于由所述结构的表面上的所述第一点、所述第二点和所述第三点限定的平面的第一取向角和第二取向角；基于所述分开距离、所述第一取向角和所述第二取向角来计算所述第一图像在所述显示屏上显示时的比例因子；以及显示覆在所述第一图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
条款14.根据条款6所述的方法，该方法还包括：在所述悬索平台已经从所述第5一地点移动到所述第二地点之后，检测所述分开距离与所述目标偏移的偏差；以及控制所述悬索平台移动到所述分开距离等于所述目标偏移时所处的第三地点，由此将所述偏差减小至零。
条款15.根据条款14所述的方法，该方法还包括：基于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离，计算所述相机的聚焦轴相对于所述结构的表面的取向角；在0所述悬索平台处于所述第一地点时，检测所述取向角偏离所期望取向角的偏差；以及控制所述相机的取向，使得所述取向角等于所期望取向角。
条款16.一种用于检查和测量结构的方法，该方法包括：(a)将悬索平台从结构附近的线缆悬挂下来；(b)控制所述悬索平台移动到与所述结构分开的地点并随后停留在所述地点处；(c)将可枢转安装在所述悬索平台上的第一激光指示器和第二激光5指示器朝向所述结构的表面平行引导，所述第一激光指示器和所述第二激光指示器的相应枢转轴分开固定距离；(d)在所述悬索平台处于所述地点时，使用相互平行的所述第一激光指示器和所述第二激光指示器将平行激光束分别发射到所述第一点和所述第二点上；(e)在第一时间使用所述悬索平台上的相机来捕获所述结构的表面的包括所述第一点和所述第二点的一部分的第一图像；(f)在所述悬索平台处于所述地点0时，将所述第一激光指示器和所述第二激光指示器枢转预定角度，使得所述第一激光指示器和所述第二激光指示器不再平行；(g)在所述悬索平台处于所述地点时，使用枢转后的所述第一激光指示器和所述第二激光指示器将非平行激光束发射到所述结构的表面上的相应第一点和第二点；(h)在第二时间使用所述相机来捕获所述结构的表面中的包括所述第三点和所述第四点的一部分的第二图像；以及(i)基于所述第5三点和所述第四点在所述图像中的位置、所述预定角度以及所述激光指示器的枢转轴分开的所述固定距离来处理所述第一图像和所述第二图像，以计算所述悬索平台与所述结构分开的第一分开距离。
条款17.根据条款16所述的方法，其中，步骤(i)还包括计算所述第三点和所述第四点的相应中心分开的第二分开距离，所述方法还包括基于所述第二分开距离来计算所述第一图像和所述第二图像在显示屏上显示时的比例因子。
条款18.根据条款17所述的方法，该方法还包括：(j)从所述悬索平台发送包括表示所述第一图像和所述第二图像的图像数据的消息；(k)在控制站处接收所述消息；以及(l)从所述消息中提取表示所述第一图像的图像数据，其中，在所述控制站处执行所述步骤(l)。
条款19.根据条款17所述的方法，该方法还包括：使用所述相机来捕获所述结构的所述表面的一部分的第三图像；以及在所述显示屏上显示覆在所述第三图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
条款20.一种用于使用悬索平台来确定结构的特征的大小的方法，所述悬索平台包括支撑相机和激光测距仪的偏航俯仰机构，该方法包括：(a)将所述悬索平台从多根线缆悬挂下来，所述线缆被多个锚固点中的相应锚固点支撑；(b)控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述悬索平台移动到第一地点；(c)当所述悬索平台处于所述第一地点时，部分基于所述多根线缆的松开部分的长度来测量所述悬索平台的中心点与相应的所述锚固点的相应距离；(d)在所述悬索平台处于所述第一地点并且获取第一距离测量值时，将所述激光测距仪瞄准所述结构的表面上的与第一可见特征对应的第一点；(e)当所述激光测距仪瞄准所述第一点时，使用所述偏航俯仰机构来测量所述激光测距仪的相应的偏航角和俯仰角；(f)将步骤(d)和(e)中获取的距离测量值和角度测量值转换成第一矢量，所述第一矢量表示所述第一点在所述悬索平台的参照系中的地点；(g)控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述悬索平台从所述第一地点移动到第二地点；(h)当所述悬索平台处于所述第二地点时，部分基于所述多根线缆的松开部分的长度来测量所述悬索平台的中心点与相应的锚固点的相应距离；(i)在所述悬索平台处于所述第二地点时，将所述激光测距仪瞄准所述结构的表面上的与第二可见特征对应的第二点；(j)当将所述激光测距仪瞄准所述第二点时，使用所述偏航俯仰机构来测量所述激光测距仪的相应的偏航角和俯仰角；(k)将步骤(i)和(j)中获取的距离测量值和角度测量值转换成表示所述第二点在所述悬索平台的参照系中的地点的第二矢量；(l)基于步骤(c)和(h)中获取的信息，生成变换矩阵，所述变换矩阵表示所述悬索平台的所述第一地点和所述第二地点之间的位置差和取向差；(m)将所述第二矢量乘以所述变换矩阵，以形成第三矢量，所述第三矢量表示所述第二点在所述第一地点处的所述悬索平台的参照系中的地点；以及(n)使用所述第一矢量和所述第三矢量来计算所述第一点和所述第二点之间的距离(d)。
条款21.根据条款20所述的方法，该方法还包括(o)从所述悬索平台发送包含测量数据的一个或更多个消息；(p)在控制站处接收所述一个或更多个消息；以及(q)从所述消息中提取所述测量数据，其中，由所述控制站处的计算机***来执行步骤(f)和(k)。
条款22.根据条款21所述的方法，该方法还包括：在所述悬索平台处于所述第一地点时，使用所述相机捕获所述结构的表面中的包括第一可见特征和第二可见特征的一部分的图像；以及在所述控制站处的显示屏上显示所述图像和符号，所述符号表示覆在所述图像上的步骤(n)中计算出的所述距离的值。
条款23.根据条款20所述的方法，其中，所述第一可见特征和所述第二可见特征是所述结构中的异常的相应端点。
条款24.一种用于检测和测量结构的***，该***包括：至少两个锚固点；至少两个滑轮，每个滑轮被相应的锚固点支撑；至少两个卷轴；至少两个卷轴电机，每个卷轴电机***作性联接以驱动相应卷轴进行旋转；至少两个旋转编码器，每个旋转编码器***作性联接以检测相应卷轴的递增角移动；平台，该平台包括刚性支撑结构、安装于所述刚性支撑结构的偏航俯仰机构、安装于所述偏航俯仰机构的相机以及安装于所述相机的激光测距仪；至少两根线缆，所述线缆连接于所述刚性支撑结构，每根线缆具有缠绕相应卷轴的第一部分以及与相应滑轮接触的第二部分；计算机***，该计算机***被配置成控制所述偏航俯仰机构和所述卷轴电机的操作并且选择性启用所述相机和所述激光测距仪；以及收发器，该收发器被配置成使得所述计算机***和控制站之间能够进行通信，其中，所述计算机***被进一步配置成：接收来自所述相机的图像数据、来自所述偏航俯仰机构的偏航角数据和俯仰角数据、来自所述激光测距仪的距离数据和来自所述旋转编码器的旋转数据；确定所述平台相对于结构的第一地点；以及当所述相机与所述结构的表面分开目标偏移时，发送用于控制所述卷轴电机以致使所述平台从所述第一地点移动到第二地点的命令。
条款25.根据权利要求24所述的***，其中，所述刚性支撑结构包括设备支撑构件以及附着于所述设备支撑构件或者与所述设备支撑构件一体形成的线缆附接环，并且与所述线缆附接环附接的线缆的数目是至少三根。
条款26.根据权利要求24所述的***，其中，所述刚性支撑结构包括设备支撑构件和触轮，所述触轮附着于所述设备支撑构件或者与所述设备支撑构件一体地形成，附接于所述触轮的线缆的数目是两根，并且所述锚固点的数目是两个，还包括将两个锚固点连接的第三线缆，并且其中，所述触轮包括在所述第三线缆上滚动的第一辊和第二辊。
虽然已经参照各种实施方式描述了在对结构进行非破坏性检查期间控制悬索平台的操作的方法，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本文中的教导的范围的情况下，可进行各种改变并且其要素可被等同物取代。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多修改，以使本文中的教导适于特定情况。因此，权利要求旨在不限于本文中公开的特定实施方式。
以上公开的实施方式使用一个或更多个计算机***。如在权利要求书中使用的，术语“计算机***”包括经由有线或无线连接进行通信的单个处理或计算装置或多个处理或计算装置。这种处理或计算装置通常包括以下中的一个或更多个：处理器、控制器、中央处理单元、微控制器、精简指令集计算机处理器、专用集成电路、可编程逻辑电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器和/或能够执行本文中描述的功能的任何其他电路或处理装置。以上示例仅仅是示例性的，因此并不意图以任何方式限制术语“计算机***”的定义和/或含义。
本文中描述的方法可被编码为在非暂态有形计算机可读存储介质中的可执行指令，非暂态有形计算机可读存储介质包括而不限于存储装置和/或内存装置。这些指令在由处理或计算***执行时致使***装置执行本文中描述的方法的至少一部分。
如权利要求书中所使用的，术语“地点”包括三维坐标系中的位置和相对于该坐标系的取向。
此后阐述的过程权利要求书不应该被理解为需要本文中阐述的步骤按字母顺序(权利要求书中的任何字母排序仅仅是出于应用先前阐述的步骤的目的而使用的)或者按阐述它们的顺序来执行，除非权利要求的语言明确地指明或阐述了指示这些步骤中的一些或全部的特定执行顺序的条件。过程权利要求也不应该被解释为排除了同时或交替执行的两个或更多个步骤的任何部分，除非权利要求的语言明确规定排除了此解释的条件。
附录
图20示出了从仪器坐标系{A}的原点基本上沿着仪器的目标点轴延伸到关注点P的位置矢量AP，并且示出了从目标对象坐标系{B}的原点到关注点P的位置矢量BP。
参照图20，当仪器坐标系622中的点P的坐标是球形坐标：偏航(pan)(即，矢量AP与点P所夹的图20中的偏航角634)、俯仰(tilt)(矢量AP与点P所夹的图20中的俯仰角636)和范围(range)(图20中的沿着矢量AP到点P的距离)，用针对仪器618的正向动力学的下式，将被表示为仪器坐标系中的球形坐标的点P的位置与仪器坐标系622中的X、Y、Z笛卡尔坐标系中的点P的位置相关：
X＝Range*cos(pan)*cos(tilt)
Y＝Range*sin(pan)*cos(tilt)
Z＝Range*sin(tilt)
其中，偏航(方位角)是围绕Z轴的旋转，俯仰(俯仰)是围绕仪器坐标系622中的Y轴的旋转。
要注意，用针对仪器618的反向动力学的下式，将仪器坐标系622中的表示为笛卡尔坐标(X，Y，Z)的点P的位置与仪器坐标系622中的表示为球形坐标(偏航、俯仰、范围)的点P的位置相关：
pan＝tan(Y,X)-1
Figure BDA0001808411900000391
Figure BDA0001808411900000392
在一个实现方式中，用下式根据仪器坐标系622中的位置AP(同样，形式的[X,Y,Z,1]T的列矢量)来计算目标对象坐标系616中的位置BP(被表示为形式[X,Y,Z,1]T的列矢量))：
Figure BDA0001808411900000393
其中，T是校准矩阵。在一个示例中，校准矩阵是具有以下形式的4×4齐次变换矩阵：
Figure BDA0001808411900000401
要注意，用下式使用校准矩阵的逆，根据目标对象坐标系616中的位置BP来计算仪器坐标系622中的位置AP：
Figure BDA0001808411900000402
一个示例中，三个校准点是非共线性的，并且如下地计算校准矩阵：
Figure BDA0001808411900000403
Figure BDA0001808411900000404
Figure BDA0001808411900000405
Figure BDA0001808411900000406
Figure BDA0001808411900000407
Figure BDA0001808411900000408
Figure BDA0001808411900000409
Figure BDA00018084119000004010
R12＝R1R2
Figure BDA00018084119000004011
Figure BDA00018084119000004012
其中，参照图21至图23：
Figure BDA00018084119000004013
是从点PA1延伸到PA2的坐标系A中的矢量；
Figure BDA00018084119000004014
是从点PA1延伸到PA3的坐标系A中的矢量；
Figure BDA00018084119000004015
是从点PB1延伸到PB2的坐标系A中的矢量；
Figure BDA00018084119000004016
是从点PB1延伸到PB3的坐标系A中的矢量；
Figure BDA00018084119000004017
和
Figure BDA00018084119000004018
是用矢量交叉乘积创建的法线；
Figure BDA00018084119000004019
和
Figure BDA00018084119000004020
是旋转轴；
θ1和θ2分别是围绕轴
Figure BDA00018084119000004021
和
Figure BDA00018084119000004022
的旋转角；
R1、R2和R12是3×3对称旋转矩阵；以及
f1()是函数(本领域的技术人员已知并且例如在“Introduction to Robotics：Mechanics and Control",第三版，作者John J.Craig，Prentice Hall ProfessionalTechnical Reference在2004年7月发表)中描述的，该函数用下述的角度-轴定义来生成3×3旋转矩阵：
Figure BDA0001808411900000411
其中，cθ＝cos(θ),sθ＝sin(θ),vθ＝1–cos(θ)并且
Figure BDA0001808411900000412
要注意，针对指示仪器相对于目标对象的任何位置，只计算一次4×4齐次校准矩阵，然后，可使用将来自坐标系A(仪器坐标系622)的任何数目的矢量转换成坐标系B(目标对象坐标系616)。还要注意，可通过计算校准矩阵
Figure BDA0001808411900000413
的逆来计算逆校准矩阵
Figure BDA0001808411900000414
或者通过切换先前段落的第一式中的矢量顺序来直接计算逆校准矩阵。

Claims (26)

1.一种用于使用悬索平台（16、18）来计算目标对象（102）上的关注点在参照系中的位置的方法，所述悬索平台（16、18）包括设备支撑构件（36）、安装于所述设备支撑构件的偏航俯仰机构（120）、安装于所述偏航俯仰机构的相机（130）和附着于所述相机的激光测距仪（138），该方法包括：
（a）将所述悬索平台从多根线缆（6a-d）悬挂下来，所述线缆（6a-d）与所述设备支撑构件连接并且被支撑于多个锚固点（10a-d）中的相应锚固点；
（b）相对于所述参照系来校准所述偏航俯仰机构；
（c）控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述设备支撑构件移动，使得所述相机在目标对象的范围内；
（d）部分基于所述多根线缆的所述松开部分的所述长度来测量所述设备支撑构件的中心点与相应锚固点的相应距离；
（e）控制所述偏航俯仰机构以致使所述激光测距仪瞄准所述目标对象上的关注点；
（f）在所述激光测距仪瞄准所述关注点的同时，测量所述偏航俯仰机构的偏航角和俯仰角；
（g）测量所述激光测距仪与所述关注点分开的距离；以及
（h）将距离和角度测量值转换成表示所述关注点在所述参照系中的位置的笛卡尔坐标矢量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参照系是所述目标对象的参照系，并且步骤（b）包括：
在所述设备支撑构件固定不动时，在不同时间将所述激光测距仪瞄准所述目标对象上的三个或更多个校准点（5a-c）；以及
计算表示从所述偏航俯仰机构的参照系到所述目标对象的参照系的变换的校准矩阵（）。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤（b）还包括：
在所述激光测距仪瞄准每个校准点时，测量所述偏航俯仰机构的所述偏航角和所述俯仰角；以及
在所述激光测距仪瞄准每个校准点时，测量所述激光测距仪与每个校准点分开的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参照系是支撑所述多根线缆中的相应线缆的至少三个锚固点中的多个锚固点的参照系，并且步骤（b）包括：
在所述设备支撑构件固定不动时，在不同时间将所述激光测距仪瞄准所述多个锚固点中的三个或更多个锚固点；以及
计算表示从所述偏航俯仰机构的参照系到所述多个锚固点的参照系的变换的校准矩阵（）。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤（b）还包括：
在所述激光测距仪瞄准每个锚固点时，测量所述偏航俯仰机构的所述偏航角和所述俯仰角；以及
在所述激光测距仪瞄准每个锚固点时，测量所述激光测距仪与每个锚固点分开的距离。
6.一种用于检查和测量结构（102）的方法，该方法包括：
（a）将悬索平台（16,18）从所述结构附近的线缆（6a-d）悬挂下来；
（b）控制所述悬索平台朝向所述结构移动；
（c）使用所述悬索平台自带的第一激光测距仪（138a）和第二激光测距仪（138b），以在所述悬索平台正在移动的同时，反复测量所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪分别与所述结构的表面上的第一点（106）和第二点（108）分开的第一距离和第二距离；
（d）至少基于所述第一距离和所述第二距离来计算所述悬索平台与所述结构分开的分开距离；
（e）确定所述分开距离是否等于目标偏移；
（f）响应于在步骤（e）中确定所述分开距离等于所述目标偏移，控制所述悬索平台停留在与所述结构分开所述分开距离的第一地点处；
（g）使用所述悬索平台自带的相机（130），以在所述悬索平台处于所述第一地点时捕获所述结构的第一图像；以及
（h）在显示屏（152）上显示所述第一图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一距离和所述第二距离等于所述目标偏移，该方法还包括：
至少部分基于所述分开距离和所述相机的视场来计算所述第一图像在所述显示屏上显示时的比例因子；以及
显示覆在所述显示屏上显示的所述第一图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
8.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括：
从所述悬索平台发送包含表示所述第一图像的图像数据的消息；
在控制站（150）处接收所述消息；以及
从所述消息中提取表示所述第一图像的所述图像数据，
其中，在所述显示屏上显示所述第一图像包括按照所述图像数据来控制所述显示屏的像素状态。
9.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括：
在保持所述分开距离的同时，控制所述悬索平台偏航到第二地点；
在所述悬索平台处于所述第二地点时，使用所述相机捕获所述结构的第二图像；以及
在所述显示屏上显示所述第二图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一图像和所述第二图像分别包括第一组图像数据和第二组图像数据，所述第一组图像数据和所述第二组图像数据表示所述结构的所述表面上的部分重叠或连续的区域。
11.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括：
基于所述第一距离和所述第二距离，计算所述相机的聚焦轴相对于连接所述结构的所述表面上的所述第一点和所述第二点的直线的取向角；
至少部分基于所述分开距离和所述取向角来计算所述第一图像在所述显示屏上显示时的比例因子；以及
显示覆在所述第一图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
12.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括：
使用所述悬索平台自带的第三激光测距仪（138），以在所述悬索平台正在移动的同时，反复测量所述第三激光测距仪与所述结构的所述表面上的第三点分开的第三距离，
其中，基于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离来计算所述分开距离。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：
基于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离，计算所述相机的聚焦轴相对于由所述结构的所述表面上的所述第一点、所述第二点和所述第三点限定的平面的第一取向角和第二取向角；
基于所述分开距离、所述第一取向角和所述第二取向角来计算所述第一图像在所述显示屏上显示时的比例因子；以及
显示覆在所述第一图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
14.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括：
在所述悬索平台已经从所述第一地点移动到第二地点之后，检测所述分开距离与所述目标偏移的偏差；以及
控制所述悬索平台移动到所述分开距离等于所述目标偏移时所处的第三地点，由此将所述偏差减小至零。
15.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：
基于所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离，计算所述相机的聚焦轴相对于所述结构的所述表面的取向角；
在所述悬索平台处于所述第一地点时，检测所述取向角偏离期望取向角的偏差；以及
控制所述相机的取向，使得所述取向角等于所述期望取向角。
16.一种用于检查和测量结构的方法，该方法包括：
（a）将悬索平台从结构附近的线缆悬挂下来；
（b）控制所述悬索平台移动到与所述结构分开的地点并随后停留在所述地点处；
（c）将可枢转安装在所述悬索平台上的第一激光指示器和第二激光指示器朝向所述结构的表面平行引导，所述第一激光指示器和所述第二激光指示器的相应枢转轴分开固定距离；
（d）在所述悬索平台处于所述地点时，使用相互平行的所述第一激光指示器和所述第二激光指示器将平行激光束分别发射到第一点和第二点上；
（e）在第一时间使用所述悬索平台上的相机来捕获所述结构的所述表面中的包括所述第一点和所述第二点的一部分的第一图像；
（f）在所述悬索平台处于所述地点时，将所述第一激光指示器和所述第二激光指示器枢转预定角度，使得所述第一激光指示器和所述第二激光指示器不再平行；
（g）在所述悬索平台处于所述地点时，使用枢转后的所述第一激光指示器和所述第二激光指示器将非平行激光束发射到所述结构的所述表面上的相应第三点和第四点；
（h）在第二时间使用所述相机来捕获所述结构的所述表面中的包括所述第三点和所述第四点的一部分的第二图像；以及
（i）基于所述第三点和所述第四点在所述图像中的位置、所述预定角度以及所述激光指示器的枢转轴分开的所述固定距离来处理所述第一图像和所述第二图像，以计算所述悬索平台与所述结构分开的第一分开距离。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，步骤（i）还包括计算所述第三点和所述第四点的相应中心分开的第二分开距离，所述方法还包括基于所述第二分开距离来计算所述第一图像和所述第二图像在显示屏上显示时的比例因子。
18.根据权利要求17所述的方法，该方法还包括：
（j）从所述悬索平台发送包括表示所述第一图像和所述第二图像的图像数据的消息；
（k）在控制站处接收所述消息；以及
（l）从所述消息中提取表示所述第一图像的图像数据，
其中，在所述控制站处执行步骤（l）。
19.根据权利要求17所述的方法，该方法还包括：
使用所述相机来捕获所述结构的所述表面的一部分的第三图像；以及
在所述显示屏上显示覆在所述第三图像上的比例指示器，所述比例指示器的值或长度表示所述比例因子。
20.一种用于使用悬索平台来确定结构的特征的大小的方法，所述悬索平台包括支撑相机和激光测距仪的偏航俯仰机构，该方法包括：
（a）将所述悬索平台从多根线缆悬挂下来，所述线缆被支撑在多个锚固点中的相应锚固点处；
（b）控制所述多根线缆的松开部分的长度，以致使所述悬索平台移动到第一地点；
（c）当所述悬索平台处于所述第一地点时，部分基于所述多根线缆的所述松开部分的所述长度来测量所述悬索平台的中心点与所述相应锚固点的相应距离；
（d）在所述悬索平台处于所述第一地点时，将所述激光测距仪瞄准所述结构的表面上的与第一可见特征对应的第一点，并且获取第一距离测量值；
（e）当所述激光测距仪瞄准所述第一点时，使用所述偏航俯仰机构来测量所述激光测距仪的相应的偏航角和俯仰角；
（f）将步骤（d）和（e）中获取的距离测量值和角度测量值转换成第一矢量，所述第一矢量表示所述第一点在所述悬索平台的参照系中的地点；
（g）控制所述多根线缆的所述松开部分的所述长度，以致使所述悬索平台从所述第一地点移动到第二地点；
（h）当所述悬索平台处于所述第二地点时，部分基于所述多根线缆的所述松开部分的所述长度来测量所述悬索平台的中心点与所述相应锚固点的所述相应距离；
（i）在所述悬索平台处于所述第二地点时，将所述激光测距仪瞄准所述结构的所述表面上的与第二可见特征对应的第二点，并且获取第二距离测量值；
（j）当将所述激光测距仪瞄准所述第二点时，使用所述偏航俯仰机构来测量所述激光测距仪的相应的偏航角和俯仰角；
（k）将步骤（i）和（j）中获取的距离测量值和角度测量值转换成表示所述第二点在所述悬索平台的参照系中的地点的第二矢量；
（l）基于步骤（c）和（h）中获取的信息，生成变换矩阵，所述变换矩阵表示所述悬索平台的所述第一地点和所述第二地点之间的位置差和取向差；
（m）将所述第二矢量乘以所述变换矩阵，以形成第三矢量，所述第三矢量表示所述第二点在所述第一地点处的所述悬索平台的参照系中的地点；以及
（n）使用所述第一矢量和所述第三矢量来计算所述第一点和所述第二点之间的距离。
21.根据权利要求20所述的方法，该方法还包括：
（o）从所述悬索平台发送包含测量数据的一个或更多个消息；
（p）在控制站处接收所述一个或更多个消息；以及
（q）从所述消息中提取所述测量数据，
其中，由所述控制站处的计算机***来执行步骤（f）和（k）至（n）。
22.根据权利要求21所述的方法，该方法还包括：
在所述悬索平台处于所述第一地点时，使用所述相机捕获所述结构的所述表面中的包括所述第一可见特征和所述第二可见特征的一部分的图像；以及
在所述控制站处的显示屏上显示所述图像和符号，所述符号表示在步骤（n）中计算出的所述距离的值并且被覆在所述图像上。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一可见特征和所述第二可见特征是所述结构中的异常的相应端点。
24.一种用于检测和测量结构的***，该***包括：
至少两个锚固点（10a、10b）；
至少两个滑轮（12a、12b），每个滑轮被相应的锚固点支撑；
至少两个卷轴（8a、8b）；
至少两个卷轴电机（116），每个卷轴电机***作性联接以驱动相应卷轴进行旋转；
至少两个旋转编码器（118），每个旋转编码器***作性联接以检测相应卷轴的递增角移动；
平台（16、18），该平台包括刚性支撑结构（4a、4b）、安装于所述刚性支撑结构的偏航俯仰机构（120）、安装于所述偏航俯仰机构的相机（130）以及安装于所述相机的激光测距仪（138）；
至少两根线缆（6a、6b），所述线缆连接于所述刚性支撑结构，每根线缆具有缠绕相应卷轴的第一部分以及与相应滑轮接触的第二部分；
计算机***（112、150、162），该计算机***被配置成控制所述偏航俯仰机构和所述卷轴电机的操作并且选择性启用所述相机和所述激光测距仪；以及
收发器（74、160），该收发器被配置成使得所述计算机***和控制站之间能够进行通信，
其中，所述计算机***被进一步配置成：
接收来自所述相机的图像数据、来自所述偏航俯仰机构的偏航角数据和俯仰角数据、来自所述激光测距仪的距离数据和来自所述旋转编码器的旋转数据；
确定所述平台相对于结构的第一地点；以及
当所述相机与所述结构的表面分开目标偏移时，发送用于控制所述卷轴电机以使得所述平台从所述第一地点移动到第二地点的命令。
25.根据权利要求24所述的***，其中，
所述刚性支撑结构包括设备支撑构件（36）以及附着于所述设备支撑构件或者与所述设备支撑构件一体形成的线缆附接环（35），并且与所述线缆附接环附接的线缆的数目是至少三根。
26.根据权利要求24所述的***，其中，所述刚性支撑结构包括设备支撑构件（36）和触轮（32），所述触轮（32）附着于所述设备支撑构件或者与所述设备支撑构件一体地形成，附接于所述触轮的线缆的数目是两根，并且所述锚固点的数目是两个，还包括将这两个锚固点连接的第三线缆，并且其中，所述触轮包括在所述第三线缆上滚动的第一辊和第二辊。
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