坏了的飞机不要着急丢！地学人有大用处!

咳咳，这里说的坏了的飞机可不是载着一大波乘客的飞机在天上坏了。

而是有这样一个神秘而专业的组织（bushi），他们的任务就是想方设法怎么样把一个好好的飞机飞坏。

这份工作就是飞机试飞，”组织”相关单位就是中国飞行试验研究院(中航工业试飞中心)简称试飞院。飞机试飞是指飞机在正式使用前进行试验性飞行，掌握飞机各个部分产生形变的程度、形变极限以及在可承受范围内的极限速度、压强等条件信息。试飞又分为工程试飞、定型试飞、武器打靶试飞三个阶段，在这里我们重点关注的是近乎破坏性的试飞，就是——把他飞坏需要什么条件？如何定量又直观的确定它“坏”到了什么程度呢？

传统的方法是根据经验丰富的试飞员设置标准，记录机翼的累计飞行时间，达到一定时长后，就需要更换机翼。

而形变测量是就是通过测量获取变形前后的点位高程、坐标等有效数据加以比对，通过测量不同时期的相关数据的变化，进而确定被观测物体的形变程度。常规的测量技术包括全站仪观测法、摄影测量法、三维激光扫描法、BIM可视化建模法等。

什么是近景摄影测量？

此摄影非彼摄影，摄影测量是指运用摄影机和胶片组合测量目标物的形状、大小和空间位置的技术。对被观测物体进行多次反复拍摄，将因为不同点位相机所拍摄的相片具有一点重叠，同一位置在不同相片上的点称之为同名点，利用同名点、同名线的相对位置关系，即可将二维影像信息转换成三维模型。

（就像这个小熊）

共线条件方程表示，在摄影瞬间,像投影中心、物点和像点位于同一条直线上：

由于飞机长得三扁四不圆，不同试飞任务下形变测量位置存在差异。我们将飞机整体分为四部分：机身部分、机翼部分、尾翼部分、动力装置部分。这样的区域划分，有助于通过影像判断获取数据位置信息以及后续影像拼接。

通过在机身上部分特征点，结合三维激光扫描技术获取三维坐标信息，得到部分特征点之间相对位置关系，从而在飞机上建立独立坐标系，将地面的三维坐标数据与飞机坐标系结合。经过一系列骚操作后，建立供控制点观测的一级控制网。而所谓特征点，就是有特征的点（feihua）,而飞机表面色调单一，缺少纹理，（就是说没啥特征），需要在机翼、机身重要组成部分张贴人工标志。长这样↓，以便影像采集过程的自动识别与测量。

球形标靶

但考虑到张贴、取下标志点较为耗时（又累人），采用投点仪进以有效地减少贴人工标志的时间，但仍需少量特征点满足后续三维激光扫描坐标采集，转换的需求。

 PRO-SPOT投点器

什么是三维激光扫描呢？

三维激光扫描，是通过扫描仪发射激光测量被测物体表面与扫描仪之间的斜距、水平角、垂直角，从而建立二者间相对位置关系获得被测点位三维数据，即得到的坐标是扫描仪与被测点的空间相对坐标。

扫描仪采集数据空间相对位置坐标系

X_P=Scosβcosα

Y_P=Scosβsinα

 Z_P=Scosβ   

而手持式三维扫描仪，在对飞机进行扫描时，配合全局摄影测量系统，消除累计误差提高精度。采用多条线束激光来获取物体表面的，点位信息通过视觉标记来确定扫描仪在扫描过程中的空间位置，完成物体表面的三维点云整体重构。由于该项目涉及到保密问题（┓( ´∀` )┏），采用小飞机模型模拟飞机表面建模过程，实现对含有点位信息的数据进行可视化操作，对比飞之前和飞坏后的三维模型，就可以直观准确的知道，在特定条件下，哪个部位更容易坏，或者在某极限速度或压强下，机身发生断裂凹陷到什么程度。

摄影测量MeshLab建模示意图

就这样，我们完整的了解了飞机试飞从测量破坏程度到可视化的过程。由于篇幅原因，不同坐标轴的转换以及误差分析的工作并未一一展开。飞机试飞工程，是确保飞机飞行安全的重要保障，是国家航空航天领域重要的一环。可见地学作为重要的基础学科，在各个的重要领域熠熠生辉、发光发热。

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