核安全壳高分辨率影像采集系统

摘要

本发明提供一种核安全壳高分辨率影像采集系统，包括移动平台、采集平台和控制中心，所述移动平台包括框架，用于控制采集平台竖直位置并担负配重的电机总成，用于控制采集平台距离安全壳壳壁距离的推拉杆装置，安装于框架底部用于控制采集平台及移动平台水平位置的轨道轮，控制箱，无线网桥，以及用于采集平台上下移动限制控制的轨道绳；所述采集平台包括框架，固定在框架两侧用于沿着安全壳壁采集照片的相机，固定在框架中间位置的集控箱，固定在框架上沿的光控照明灯，以及固定在框架下沿的用于控制框架姿态位置的距离传感器。本发明可提高外业观测效率，避免室外人工观察，确保作业人员安全的同时，减少室外作业时间，降低了作业强度。

权利要求

1.一种核安全壳高分辨率影像采集系统，其特征在于：包括移动平台、采集平台和控制中心，移动平台设置在核安全壳的穹顶上，所述控制中心包括无线网桥a和工作站，

所述移动平台包括框架，用于控制采集平台竖直位置并担负配重的电机总成，用于控制采集平台距离安全壳壳壁距离的推拉杆装置，安装于框架底部用于控制采集平台及移动平台水平位置的轨道轮，用于控制整个移动平台各个组件的控制箱，安置于安全壳顶和控制中心通视的无线网桥b，安置于移动平台框架上和采集平台通视的无线网桥c，以及用于采集平台上下移动限制控制的轨道绳；

所述采集平台包括框架，固定在框架两侧用于沿着安全壳壁采集照片的相机，固定在框架中间位置的集控箱，固定在框架上沿的光控照明灯，以及固定在框架下沿的用于控制框架姿态位置的距离传感器，所述集控箱包括计算机、单片机、和移动平台框架上无线网桥通视的无线路由器d，以及设于集控箱底部用于防止采集平台坠地风险的距离传感器；

其中，无线网桥a、b、c和无线路由器d构成无线网络；

设置依赖于无线网络的一套IP网络电话系统，包括安置于控制中心的网络电话一部，位于安全壳穹顶的IP网络电话一部，以及位于采集平台工作人员位置的IP网路电话一部，其中位于控制中心和安全壳穹顶的IP网络电话采取交流电源供电，而位于采集平台工作人员位置的IP网路电话采取移动电源供电。

2.根据权利要求1所述核安全壳高分辨率影像采集系统，其特征在于：所述移动平台的电机总成包括直流电机、主动力钢丝绳、钢丝绕线轮轴、双螺纹绕线器和旋转位移编码器。

3.根据权利要求1所述核安全壳高分辨率影像采集系统，其特征在于：所述移动平台的推拉杆装置包括电动推拉杆和滑轨套架。

4.根据权利要求1或2或3所述核安全壳高分辨率影像采集系统，其特征在于：所述距离传感器采用超声波距离传感器。

5.根据权利要求1或2或3所述核安全壳高分辨率影像采集系统，其特征在于：无线网桥a、b、c都选用自带POE功能的无线网桥，其中位于安全壳穹顶的两台无线网桥b、c通过超五类网线采取有线的方式联通。

说明书

核安全壳高分辨率影像采集系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种影像采集装置，尤其是涉及一种核安全壳高分辨率影像采集系统。

背景技术

[0002] 安全壳是核反应堆的最后一道保障，可防止放射性物质进入环境，在核电站安全防护中起着重要保障作用。因此，在安全壳进行打压试验期间，安全壳外观缺陷检测是安全壳结构安全性检测的一块重要内容。而最初的外观检测方法，主要采取最直接的目视检查，搭设安全吊篮和脚手架，用油漆标注缺陷位置，用塞尺确定裂缝宽度。这样的方法存在着检测不全面、主观性太强、作业时间受限等等缺点。随着我国核电站数量的增加，这样的检测方法，效率低下，耗时费力，而且主要依靠检测人员主观判断的方法，无法满足核反应堆安全壳检测的快速性、准确性和安全性的要求。

发明内容

[0003] 本发明主要是解决现有人工目视检查所存在的技术问题；提供了一种实现了核反应堆安全壳高分辨率影像采集的系统装置，可实现获取连续清晰的影像，提高了外业观测效率，避免了室外人工观察，确保作业人员安全的同时，减少了室外作业时间，降低了作业强度。

[0004] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

[0005] 一种核安全壳高分辨率影像采集系统，包括移动平台、采集平台和控制中心，移动平台设置在核安全壳的穹顶上，

[0006] 所述控制中心包括无线网桥a和工作站，

[0007] 所述移动平台包括框架，用于控制采集平台竖直位置并担负配重的电机总成，用于控制采集平台距离安全壳壳壁距离的推拉杆装置，安装于框架底部用于控制采集平台及移动平台水平位置的轨道轮，用于控制整个移动平台各个组件的控制箱，安置于安全壳顶和控制中心通视的无线网桥b，安置于移动平台框架上和采集平台通视的无线网桥c，以及用于采集平台上下移动限制控制的轨道绳；

[0008] 所述采集平台包括框架，固定在框架两侧用于沿着安全壳壁采集照片的相机，固定在框架中间位置的集控箱，固定在框架上沿的光控照明灯，以及固定在框架下沿的用于控制框架姿态位置的距离传感器，所述集控箱包括计算机、单片机、和移动平台框架上无线网桥通视的无线路由器d，以及设于集控箱底部用于防止采集平台坠地风险的距离传感器；

[0009] 其中，无线网桥a、b、c和无线路由器d构成无线网络。

[0010] 而且，所述移动平台的电机总成包括直流电机、主动力钢丝绳、钢丝绕线轮轴、双螺纹绕线器和旋转位移编码器。

[0011] 而且，所述移动平台的推拉杆装置包括电动推拉杆和滑轨套架。

[0012] 而且，所述距离传感器采用超声波距离传感器。

[0013] 而且，无线网桥a、b、c都选用自带POE功能的无线网桥，其中位于安全壳穹顶的两台无线网桥b、c通过超五类网线采取有线的方式联通。

[0014] 而且，设置依赖于无线网络的一套IP网络电话系统，包括安置于控制中心的网络电话一部，位于安全壳穹顶的IP网络电话一部，以及位于采集平台工作人员位置的IP网路电话一部，其中位于控制中心和安全壳穹顶的IP网络电话采取交流电源供电，而位于采集平台工作人员位置的IP网路电话采取移动电源供电。

[0015] 因此，本发明具有如下优点：1. 可替代人工作业，效果好，效率高，成本低；2.系统装置集成度高，便于安装使用；3.可获取连续清晰的安全壳壳壁的高分辨率影像，一个像素点相应实际距离能够达到0.13mm，便于后期处理，能识别出0.1mm宽度的裂缝，随着硬件（镜头和相机）的升级，分辨率会更高；4.适应性强，充分考虑了作业现场情况的复杂性和差异性。

附图说明

[0016] 图1为本发明实施例的机械与动力设计总图。

[0017] 图2为本发明实施例的移动平台侧视图。

[0018] 图3为本发明实施例的移动平台俯视图。

[0019] 图4为本发明实施例的采集平台框架图。

[0020] 图5为本发明实施例的系统整体设计图。

[0021] 图6为本发明实施例的穹顶移动平台设备连接示意图。

[0022] 图7为本发明实施例的控制中心设备连接示意图。

[0023] 图8为本发明实施例的采集平台线路示意图。

[0024] 图9为本发明实施例的穹顶移动平台控制箱面板图。

具体实施方式

[0025] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0026] 本发明提出一种核安全壳高分辨率影像采集系统，包括移动平台、采集平台和控制中心，移动平台设置在核安全壳的穹顶上，

[0027] 所述控制中心包括无线网桥a和工作站，

[0028] 所述移动平台包括框架，用于控制采集平台竖直位置并担负配重的电机总成，用于控制采集平台距离安全壳壳壁距离的推拉杆装置，安装于框架底部用于控制采集平台及移动平台水平位置的轨道轮，用于控制整个移动平台各个组件的控制箱，安置于安全壳顶和控制中心通视的无线网桥b，安置于移动平台框架上和采集平台通视的无线网桥c，以及用于采集平台上下移动限制控制的轨道绳；

[0029] 所述采集平台包括框架，固定在框架两侧用于沿着安全壳壁采集照片的相机，固定在框架中间位置的集控箱，固定在框架上沿的光控照明灯，以及固定在框架下沿的用于控制框架姿态位置的距离传感器，所述集控箱包括计算机、单片机、和移动平台框架上无线网桥通视的无线路由器d，以及设于集控箱底部用于防止采集平台坠地风险的距离传感器；

[0030] 其中，无线网桥a、b、c和无线路由器d构成无线网络。

[0031] 本发明实施例所提供的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，包括在安全壳处通过设置在采集平台上的相机沿着安全壳壁采集照片，以及利用设置在安全壳穹顶的移动平台上的电机和轨道轮来控制采集平台的竖直和水平位置，同时利用设置在安全壳周边的控制中心通过无线网络以及无线网络电话对整套设备和操作人员进行控制。

[0032] 在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述采集平台包括结构铝型材框架一副（可记为第一框架），固定在框架两侧的两台相机可由本领域技术人员自行选择型号，例如高分辨率的尼康D800单反相机，实施例采用配以尼康 AF 尼克尔28mm F/2.8D定焦镜头两台尼康D800全画幅相机，固定在框架中间位置的集控箱，固定在框架上沿的光控照明灯（可采用LED灯管条），以及固定在框架下沿的用于精确控制框架姿态位置的距离传感器，可包括超声波距离传感器2个，在两侧分别监控框架到安全壳壁的距离。

[0033] 在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述采集平台集控箱（工具箱）包括计算机（平板电脑即可满足使用）一台，集控单片机一台，无线路由器一台（即d）， 以及集控箱底部用于防止采集平台坠地风险的距离传感器一台，也可采用超声波距离传感器。 具体实施时，还可设置用于给灯管、路由等设备供电的移动电源2块。在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述移动平台包括结构铝材框架一副（可记为第二框架），用于控制采集平台竖直位置并担负配重电机总成一套，用于控制采集平台距离安全壳壁距离的推拉杆装置一套，安装于框架底部用于控制采集平台及移动平台水平位置的轨道轮（实施例设置了4个），用于控制整个移动平台的控制箱一个，用于通信功能的AP两个（b、c），以及用于采集平台上下移动控制的轨道绳两根（可采用钢丝绳，下面可设置防坠器）。

[0034] 在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述移动平台电机总成包括直流电机一部，主动力钢丝绳、钢丝绕线轮轴一根，可做水平往返运动的双螺纹绕线器一套，及用于传动的齿轮组若干，用于控制采集平台上下运动距离和方向的旋转位移编码器一套。直流电机带动钢丝绕线轮轴，主动力钢丝绳绕在钢丝绕线轮轴上，穿过双螺纹绕线器。电机带动钢丝绳在绕线轮轴上往复运动，带动编码器旋转。齿轮组的作用主要就是钢丝绳绕线轮轴转动时，通过齿轮同时带动双螺纹绕线器的往复运动，实现自动理线。

[0035] 在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述移动平台推拉杆装置包括推程60cm的电动推拉杆一根，以及安置于移动平台框架上的滑轨套架两根。

[0036] 具体实施时，可以采用外接的220v电源，然后整流后分给直流电机和电动推杆。

[0037] 在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述控制中心包括用于通信功能的AP一台（a），用于控制整套系统的高性能DELL工作站一套。

[0038] 在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述无线网络包括安置于控制中心的无线网桥（AP）一台（a），安置于安全壳顶和控制中心通视的无线网桥（AP）一台（b），安置于移动平台框架上和采集平台通视的无线网桥（AP）一台（c），以及位于采集平台集控箱内和移动平台框架上无线网桥（AP）通视的无线路由器一台（d），所有的AP（a、b、c）都选用自带POE功能的无线网桥，其中位于安全壳穹顶的两台AP（b、c）通过超五类网线采取有线的方式联通。

[0039] 在上述的一种核安全壳高分辨率影像采集系统装置，所述无线网络电话（IP网络电话）是指依赖于上述无线网络的一套网络电话系统，包括安置于控制中心的网络电话一部，位于安全壳穹顶的网络电话一部，以及位于采集平台工作人员位置的网路电话一部，其中位于控制中心和安全壳穹顶的网络电话采取交流电源供电，而位于采集平台工作人员位置的IP网路电话为方便移动采取移动电源供电。

[0040] 所述结构铝型材是指400x800mm的工业结构铝型材。

[0041] 如图1所示，左右两边的钢丝绳A、C对吊篮上下移动起导向作用，在一个航带的拍摄过程中，钢丝绳B控制吊篮的上下移动，吊篮移动到规定的位置停下。钢丝绳B的运动是由步进电机控制的。

[0042] 如图2、3所示，安全壳的女儿墙上设有两圈轨道，移动平台分上下两层，下层（即第二框架）由4车轮与女儿墙上的内外两圈轨道相连（每圈轨道上两个滑轮），下层上平面含导轨（也可称为上层导轨，具体实施时可采用安置于移动平台框架上的滑轨套架两根），上层平台在导轨上可沿径向垂直于女儿墙轨道上滑动，滑动范围不小于600mm；上层平台的滑动由电动推杆提供动力。如此，通过穹顶移动平台的水平移动和电机的带动下，采集平台便能到达核安全壳壳壁表面的各个位置。

[0043] 如图4所示，采集平台上安装有左右两台尼康D800+26mm定焦镜头数码单反相机，并分别连接工具箱中的平板电脑，平板电脑上的相机采集控制软件能够控制相机曝光拍摄相片并通过通信系统传输到控制中心的工作站上。具体实施时，本领域技术人员可自行选择具体使用的相机镜头型号，相机采集控制软件根据具体型号设置。

[0044] 采集平台面向核安全壳壳壁的方向以及工具箱内的底部合计有三个超声波距离传感器，其中位于底部的传感器控制采集平台到地面的距离，防止采集平台的跌落；位于相机下侧的左右两个传感器处理控制采集平台到壳壁的距离外，还同时肩负着控制采集平台姿态的作用，使拍照的瞬间左右相机的物距之差在可接受的范围之内，保持相邻相片的航向重叠和旁向重叠。

[0045] 此外，在采集平台朝向核安全壳壳壁的框架上还安装有具有自动光控功能的照明系统，在自然光照不足的情况下，自动开启辅助照明并自动调节光照强度，保障在夜晚或光照不足的情况下系统的正常作业。

[0046] 如图5所示，即为整个核安全壳高分辨率影像采集系统的各个平台的空间位置分布情况，采集平台的作用是携带相机并控制相机拍照，再将照片通过通讯链路传回存储与控制中心（简称控制中心）。移动平台的作用是控制采集平台的移动，将其停留在预定的位置上，再向其发送拍照指令，并且反馈照片的坐标。存储与控制中心负责整个系统的运行调度，并将采集平台传输返回的照片存储在控制中心的工作站上。通信部分在移动平台、采集平台和存储与控制中心之间建立高速可靠的通讯链路，保证各部分之间的数据传输，同时利用搭载在通信链路上的网络电话实现各平台工作人员的联络。安置于安全壳顶和控制中心通视的无线网桥b设于图5中通视点处。

[0047] 以下内容是一次完整的核安全壳高分辨率影像数据采集工作的流程说明。

[0048] 首先是硬件设备连接，按照图6、图7、图8所示的线路图将采集平台、移动平台、控制中心的各个部件连接起来，接通各自的电源，将整个系统组装起来。

[0049] 图6、图7、图8中的英文符号说明：

[0050] AP：Access Point，即无线网桥；

[0051] Main：主网络接口；

[0052] secondary：副网络接口；

[0053] AP/BRADGE:AP网络供电接口；

[0054] Network：POE供电器网络接口；

[0055] DC：POE电源接口/SIP网络电话电源接口/无线路由电源接口；

[0056] PC：SIP网络电话信号输入网线接口；

[0057] WAN：SIP网络电话信号输出网线接口；

[0058] DCOUT：移动电源DC供电接口；

[0059] USB（移动电源）：移动电源USB供电接口；

[0060] USB（平板电脑）：通用串行总线，数据接口；

[0061] USB（相机）：相机USB数据输出接口；

[0062] MINIUSB：小型USB数据接口；

[0063] LAN：无线路由器局域网网线接口。

[0064] 如图6，移动平台的控制箱分别连接电机总成、推拉杆装置、移动平台的位移传感器（即旋转位移编码器）、经WAN接口连接SIP网络电话的PC接口，SIP网络电话的WAN接口经一个POE供电器连接朝向采集平台的AP的Main接口，采集平台的AP的secondary接口经另一个POE供电器连接朝向控制中心的AP的Main接口。

[0065] 如图7，控制中心DELL工作站的WAN接口连接SIP网络电话的PC接口，SIP网络电话的WAN接口经一个POE供电器连接朝向壳顶移动平台的AP的Main接口。

[0066] 如图8，一个移动电源连接平板电脑经USB HUB1转4分别连接2个相机的USB口、无线路由的一个LAN口，另一个移动电源分别连接单片机和照明灯条、无线路由的DC接口，单片机分别连接两个相机的10针接口以便控制相机曝光拍摄、无线路由的另一个LAN口。具体实施时，可由单片机控制两台相机距离墙面的距离，符号要求后就把信息发给电脑，电脑发送拍摄命令。

[0067] 控制箱面板见附图9，包括 “开关I”和“开关II”，开关 I负责控制推杆，开关II开关直流电机。具体实施时，可采用双色显示屏，本发明采集结果可以用于后续处理，实现裂缝自动检测，例如“核反应堆安全壳裂缝自动检测系统NASSCADS”。

[0068] 为便于实施参考起见，提供数据采集操作的具体步骤如下：

[0069] 当各个平台的连接准备工作和三方通信搭建好之后便可以开始数据采集工作了。数据采集是一个不断重复的操作，即在24m平台、0m平台或者其它位置操作都是一样的，具体实施时，核安全壳表面需要检测的外露部分的高度可能是不一样的，24m平台是指从高度
24m往上可以检测，而24m以下的位置则有附着建筑物，处于看不到的位置。此处即以24m平台为例讲述一个航带的采集以及一次切换航带的具体操作步骤。

[0070] 1）将两头带安全扣的60m尼龙绳一端固定在穹顶，另一端缓速放到24m平台，将安全扣挂到防坠器钢丝绳（图1的A和C）一端的挂钩圆孔上，在得知采集平台锁好安全扣后，匀速提拉尼龙绳，当把防坠器钢丝绳的挂钩拉到穹顶的时候，把防坠器挂钩扣紧在移动平台底部的安全扣上，确认挂号后方可松开尼龙绳安全扣，重复此步骤将另一个防坠器安置到位。

[0071] 2）在防坠器悬挂完毕后，将尼龙绳的一端安全扣扣紧在发动机总成的主动力钢丝绳（图1 的B）上，将另一端缓慢放至24m平台，尼龙绳拉紧后，穹顶打开控制箱并将“开关II”拨到“-”位置，然后穹顶给控制中心发送“放绳”指令，控制中心点击“放绳”按钮，将主钢丝绳（图1 的B）牵引至24m平台，采集平台注意及时将钢丝绳高度汇报给控制中心，及时喊停止，以免过度放绳。穹顶移动平台控制箱面板见图2所示。

[0072] 3）将采集平台上的安全扣扣入主动力钢丝绳（图1 中的B）的安全挂钩上，并将采集平台两侧的弹性搭扣打开将防坠器钢丝绳分别扣入，压紧弹性搭扣，挂好防坠器固定杆，然后进行采集平台的准备工作。

[0073] 4）在三方确定准备就绪后，控制中心点击“收绳”按钮，开始收绳，同时将穹顶控制箱的“开关I”调整到“=”位置推出推杆。当钢丝绳（图1中的B）上的白色标记到达金属轮编码器的时候，穹顶通知控制中心点击“停止”，使白色标记停到预定位置。

[0074] 5）穹顶工作人员将装置位置按照GON格式报给控制中心，控制中心据此设置正确的航带数、列号，设置核壳高度，然后点击“置零”按钮，设置好编码器比率。点击“下行”按钮，开始采集数据。

[0075] 6）穹顶工作人员注意观察控制箱显示屏，待到显示“X=0240.00”时注意观察，待相机在此位置上拍照后立马拨动“开关II”人工停止，即在X坐标在暂停之后继续跳动下行时立即停止。拨动“开关I”到“-”位置，收回推杆，控制中心此时在得知穹顶暂停的消息后点击“暂停”按钮，并将此时高度更改为“0305.00”，在推杆收回之后，“开关II”拨到“-”位置，点击“下行”，采集过程继续。

[0076] 7）下行采集过程待到设定高度时，即采集平台下降到设定高度时，本航带采集过程结束。

[0077] 8）换航带操作。在得到控制中心的换航带命令后，穹顶的工作人员按照设定的方向和设定的距离推动移动平台，顺时针逆时针皆可，推动的距离一般定为5GON即1.5M。在穹顶工作完成后，采集平台开始搬动防坠器到新的激光点位置，换航带工作完成。

[0078] 9）重复步骤4—8直至完成24m平台的采集工作。

[0079] 10）待24m平台最后一个航带完成后，卸下采集平台，将60m尼龙绳挂在主动力钢丝绳挂钩上，控制中心点击“收绳”按钮，将主动力钢丝绳收回的同时将尼龙绳带上穹顶，然后用此尼龙绳分两次将防坠器钢丝绳放回到24m平台。

[0080] 11）更换平台，重复上述步骤，直至整个核反应堆安全壳壳壁表面高分辨率影像的采集工作完成。

[0081] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。