CN105588540A - 一种驾驶员视角及视界测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驾驶员视角及视界测量方法，其特征在于：使用激光跟踪仪20、T-Prob探测器28，对飞机23上水平测量点24、29及全机上的其它水平测量点进行测量，由水平测量点做基准点，拟合飞机坐标系；在飞机坐标系下，由激光跟踪仪放样测量，将定位测量工具22上的眼位测点25确定在设计眼位处；驾驶员端坐于座椅21上，两眼中心抵靠已确定的眼位测点25，以实际目力观测前风挡27、仪表屏26上特征点P1～Pn上的T-Probe探头，发出可视测量指令；通过眼位测点25的坐标和P1～Pn点实测坐标建立直线(视线)，计算视线与飞机水平构造面、轴对称面及轴切面的夹角，由极限视角得到视界。

Description

一种驾驶员视角及视界测量方法

技术领域

本发明属于工程测量技术领域，涉及一种驾驶员视角及视界测量方法。

背景技术

与发明最接近的现有技术中，驾驶员视角及视界测量过程，是拆除驾驶员座椅，将一台经纬仪放入座舱内，将经纬仪的回转中心复现在驾驶员设计眼位处，测量者通过转动经纬仪镜管，瞄准座舱前风挡边界或侧窗边界，再通过经纬仪上的读数装置直接读出水平角俯仰角。

不足在于：人眼不是在设计眼位处真实观测，而是通过望远镜的光管观测，与真实人眼观测存在差异。此方法仅能测量水平角和俯仰角，并且没有建立起与全机坐标系的关系。

本发明与现有技术的不同点：1.测量设备不同。现有技术采用的是经纬仪、量角器等角度测量设备，本方法采用的是激光跟踪仪。2.测量原理不同。现有技术是模拟量直接测量，本方法是数字量间接测量。3.测量精度不同，现有方法测量准确度最高至±2′，本方法测角误差不大于±1′。4.测量范围不同，现有方法只能测量水平视角或俯仰视角，本方法可以计算得到全方位空间角度。

其它接近领域的测量方法有：视角测量仪和多功能测量仪。

方法一：视角测量仪属医学领域测量仪器，包括标有量角器刻度的面板，标有下颌定位点的桌面，面板与桌面之间的剪刀机构，量角器的原点位于下颌定位点的上方，剪刀机构由铰链连接的两个直杆构成，剪刀机构的直杆铰链连接点位于下颌定位点的正前方，剪刀机构的直杆末端所设置的双色球体，直杆中间位置有向下的手柄，桌面在与手柄对应位置开有圆弧形开槽，手柄穿过开槽并且可以在开槽内滑动。用此机构和方法能准确的测量出人双眼的视角极限值。

所述视角测量仪的不足之处在于：1.体积大，不便放入驾驶舱内。2.测量精度低。3.仅能测量水平视角和视界。

方法二：多功能测量仪适用于影剧院座椅前后排高差，座位视角，地面坡度等指标的监测。它是实现了具有测量仰视角、俯视角度、地面坡度等功能的测量仪。该多功能测量仪是由挂有重锤的重锤线和固定在直尺上的直角量角器及固定在直尺另一端的直角边手柄构成。

所述多功能测量仪的不足之处在于：1.测量精度低。2.仅能测量俯仰视角和视界。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种驾驶员的视角及视界测量方法，它既能简化操作步骤，降低劳动强度，提高测量效率；又能减少人工读数对测量结果的影响，提高测量准确度；并且能更真实地反映全方位视角及视界。

本发明的技术方案是：一种测量方法；其特征在于：使用激光跟踪仪20、T-Prob探测器28，对飞机23上水平测量点24、29及全机上的其它水平测量点进行测量，由水平测量点做基准点，拟合飞机坐标系；在飞机坐标系下，由激光跟踪仪放样测量，将定位测量工具22上的眼位测点25确定在设计眼位处；驾驶员端坐于座椅21上，两眼中心抵靠已确定的眼位测点25，以实际目力观测前风挡27、仪表屏26上特征点P1～Pn上的T-Probe探头，发出可视测量指令；通过眼位测点25的坐标和P1～Pn点实测坐标建立直线视线，计算视线与飞机水平构造面、轴对称面及轴切面的夹角视角，由极限视角得到视界；实现测量方法的步骤如下：

A、停放飞机；将空机状态飞机停于机库内，用千斤顶在指定点稳固撑起；开启活动舱盖；

B、建立基础站位；将激光跟踪仪组装、自校准后，架设于飞机正前方8m左右位置，该位置定为基础站位；

C、建立公共点文件；在室内立体空间上粘贴若干目标靶球定位支撑座定位ERS1、ERS2、ERS3……ERSn公共点，布局大范围包容被测体且不共线，公共点在激光跟踪仪基础站位应全部可测，在后续站位可观测4～6个点；在跟踪仪基础站位的测量坐标系下，使用目标靶球完成机体外全部公共点采集，建立公共点文件备用；

D、定位工具/驾驶员入舱；定位工具随驾驶员进入舱内，驾驶员坐于座椅21上，使用定位测量工具22上的底脚螺钉初步调平眼位定位工具；

E、飞机姿态的调整；利用飞机上的水平测量点将飞机调整至水平状态，水平测量纵、横向尺寸偏差≤±0.5mm；

F、水平点的测量；使用T-Prob探测器，配合公共点转站，在跟踪仪测量坐标系下，测量全机水平测量点，建立“.txt”格式水平测量点文件备用；

G、飞机坐标系的建立；在CATIA数模上获取飞机水平测量点理论坐标；使用SA测量软件，将全机水平测量点实测值与理论坐标值进行最佳拟合，建立飞机坐标系；

H、设计眼位的确定；使用T-Prob探测器放样测量眼位测点25，根据激光跟踪仪测得的偏差值调整定位测量工具22上的各调整机构，直到眼位测点25的坐标与设计眼位理论坐标偏差Δx、Δy、Δz均小于±0.10mm；测试前找正定位测量工具22；

I、特征点测量；驾驶员端坐座椅21上，双眼中心抵靠眼位测点25，下颌托架支撑头部，进行观测前挡风、侧窗边界、仪表板、中心及边界的实际可视的T-Prob探测器测头，测量者根据驾驶员的可视观测指令，触发手持式T-Prob探测器采集键，完成被测点空间坐标采集；需要偏摆脖颈测量时，使用定位测量工具22设置或读取转动角度；

J、计算视角及视界；眼位坐标O(x0,y0,z0)、边界点坐标P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)～Pn(xn,yn,zn)，当求OP1视线与飞机水平构造面夹角α、轴对称面夹角β及轴切面的夹角γ时，计算公式如下：

α＝arcsin[(z₁-z₀)/d]

β＝arcsin[(y₁-y₀)/d]

γ＝arcsin[(x₁-x₀)/d]

$d=\sqrt{{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2+{(z_1-z_0)}^2}$

经计算得到极限视角即为视界。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比具有的优点：由于采用了数字化激光跟踪测量技术，测量速度和准确度明显高；可得到驾驶员全方位空间视角；当选取多组驾驶员进行试验，可得到更加真实的目力观测结果。

积极效果：本方法可使客户清楚地了解和掌握了驾驶员面对综合显示屏(仪表盘)及座舱窗的实际视角和视界，直接提供准确的技术参数。对促进装备的发展，改善装备的性能具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的检测方法示意图，其中，激光跟踪仪20、T-Prob探测器28，飞机23，水平测量点24、29，定位测量工具22，眼位测点25，座椅21，前风挡27，仪表屏26。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

某飞机交付前，客户提出对驾驶员相对于座舱窗和仪表板的实际视角、视界进行测量要求。遵循右手法则，设航向为X轴，翼展方向为Y轴，高度方向为Z轴。

见图1，该方法的主要器具有：激光跟踪仪20、T-Prob探测器28、定位测量工具22以及激光跟踪仪的应用处理机。以激光跟踪仪为主要测量元件。

(1)解决方案及具体步骤:

a).停放飞机。放尽飞机燃油，将飞机停于机库室内，用千斤顶在指定点稳固撑起。开启活动舱盖。

b).布设公共点。在室内立体空间(坚固的墙面、地面)上粘贴18个目标靶球定位支撑座(专利号：ZL200920158215.0)ERS1、ERS2、ERS3、……ERS18作为公共转站点，布局尽可能大范围包容被测飞机且不共线，公共点在激光跟踪仪基础站位应全部可测，在后续站位可观测4～6个点。公共点用于飞机水平点、边界点测量时的转站。

c).定位工具/人员入舱。将定位工具22随驾驶员进入舱内，驾驶员坐于座椅上，使用底脚螺钉初步调平眼位定位工具。

d).飞机姿态的调整。使用激光跟踪仪20，通过全机水平测量点将飞机调平(专利号：ZL200910121422.3),水平测量纵、横向尺寸偏差均在±0.5mm范围内。

e).公共点的测量。在机头正前方架设激光跟踪仪，此站位为跟踪仪基础站位。在跟踪仪基础站位的测量坐标系下，使用目标靶球完成机体外全部公共ERS点采集，建立ERS文件备用,公共点坐标为“.txt”格式，ERS文件格式如下：

f).水平点的测量。使用T-Prob探测器，借助公共点转站，在跟踪仪测量坐标系下，实测全机水平测量点，建立水平测量点文件备用。

g).飞机坐标系的建立。使用激光跟踪仪自带SA软件，将全机水平测量点实测值与数模上取得的理论坐标值进行最佳拟合，构建出飞机坐标系。

h).设计眼位的复现。测量者使用T-Prob探测器放样眼位测点，坐在舱内座椅上的驾驶员与测量者相配合，使用升降手轮、平移手轮等调整定位工具，当眼位点坐标与设计眼位理论坐标偏差Δx、Δy、Δz小于±0.10mm时冻结状态。

i).边界点元素测量。驾驶员双眼中心抵靠眼位测点，旋转升降手轮使下颌托架支撑头部，位置确定后锁紧升降，进行平视和左右转颈平视观测前挡风、侧窗边界、仪表板中心及边界的实际可视的T-Prob探测器测头，测量者根据驾驶员的可视观测指令，触发手持式T-Prob探测器采集键，完成被测点空间坐标采集测量。

j).计算视角及视界。实测眼位坐标O(-580.001，0.003，1350.000)；前风挡P₁点坐标P₁(-1762.215，153.145，1052.151)。由下式计算：

α＝arcsin[(z₁-z₀)/d]

β＝arcsin[(y₁-y₀)/d]

γ＝arcsin[(x₁-x₀)/d]

$d=\sqrt{{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2+{(z_1-z_0)}^2}$

得到：直视P₁点时视线与飞机水平构造面夹角α为14°02′；与飞机轴对称面夹角β＝7°09′；与飞机轴切面的夹角γ＝74°11′。

同理，测量并求得某左右边界在水平直视时左极限视角为11°40′；右极限视角为11°42′，则左右水平视界为23°22′。

依据上述方法，对一组驾驶员3人进行视角、视界测量，取三人测量结果的平均值定为飞机固有几何参数。

例2.汽车车内下视角、视野检测

a).停放汽车。将汽车停于宽阔车库内，检查四轮胎压相同后，用轮挡定位卡死。

b).布设公共点。在室内立体空间(坚固的墙面、地面)上粘贴数量在10个左右的目标靶球定位支撑座ERS1、ERS2、ERS3、……ERS10作为公共转站点，布局尽可能大范围包容被测汽车且不共线，公共点在激光跟踪仪基础站位应全部可测，在后续站位可观测4～6个点。公共点是用于汽车轮轴中心点、边界点测量时的转站。

c).公共点的测量。在车头正前方架设激光跟踪仪，此站位为跟踪仪基础站位。在跟踪仪基础站位的测量坐标系下，使用目标靶球完成机体外全部公共ERS点采集，建立ERS文件备用,公共点坐标为“.txt”格式，ERS文件格式同例1。

d).汽车坐标系的构建。使用T-Probe测量汽车的四个轮毂，每个轮毂边界最少测量3点，即可解算轮轴中心坐标。用四个轮轴中心坐标建立汽车坐标系。经过坐标转换，将坐标原点平移至对称中心面上。

e).设计眼位的复现。以理论数模查取理论眼位与四轮中心的相对位置坐标。运用公共点转站，在构建的汽车坐标系下放样测量驾驶员双眼中心点，施加辅助支撑保持驾驶员姿态不变，设计眼位固定。

f).车内下视角测量。将T-Prob探测器测头置于待观测的仪表板中心，驾驶员保持设计眼位不动，实际可视时驾驶员向测量者发出测量指令，测量者触发手持式T-Prob探测器采集键，完成被测点空间坐标采集测量。

g).视野测量。将激光跟踪仪的目标靶球引导至汽车前方5m、10m、20m不同距离的开阔空间，驾驶员保持设计眼位固定，目力跟踪目标靶球。当被汽车立柱、车窗边框遮挡时，驾驶员立即发出指令，测量者采集该空间点坐标，如此测量，30分钟内完成汽车前方大量空间点坐标的测量。

h).计算下视角。实测眼位坐标O(1780.203，0.005，960.175)；仪表板中心Q点坐标Q(1100.663，-300.014，548.112)。由下式计算：

α＝arcsin[(z₁-z₀)/d]

$d=\sqrt{{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2+{(z_1-z_0)}^2}$

计算得出下视角α为29°01′，符合设计要求。

i).分析视野覆盖。

由得到的大量点坐标，与设计眼位构建的视线网综合分析本汽车的视野覆盖为116°。

此方法为考查驾驶员的视角舒适度和视野，为汽车人性化设计与分析提供准确数据。

Claims (1)

1.一种驾驶员视角及视界测量方法，其特征在于：使用激光跟踪仪(20)、T-Prob探测器(28)，对飞机(23)上水平测量点(24)、(29)及全机上的其它水平测量点进行测量，由水平测量点做基准点，拟合飞机坐标系；在飞机坐标系下，由激光跟踪仪放样测量，将定位测量工具(22)上的眼位测点(25)确定在设计眼位处；驾驶员端坐于座椅(21)上，两眼中心抵靠已确定的眼位测点(25)，以实际目力观测前风挡(27)、仪表屏(26)上特征点P1～Pn上的T-Probe探头，发出可视测量指令；通过眼位测点(25)的坐标和P1～Pn点实测坐标建立直线(视线)，计算视线与飞机水平构造面、轴对称面及轴切面的夹角(视角)，由极限视角得到视界；实现测量方法的步骤如下：

A、停放飞机；将空机状态飞机停于机库内，用千斤顶在指定点稳固撑起；开启活动舱盖；

B、建立基础站位；将激光跟踪仪组装、自校准后，架设于飞机正前方8m左右位置，该位置定为基础站位；

C、建立公共点文件；在室内立体空间上粘贴若干目标靶球定位支撑座定位ERS1、ERS2、ERS3……ERSn公共点，布局大范围包容被测体且不共线，公共点在激光跟踪仪基础站位应全部可测，在后续站位可观测4～6个点；在跟踪仪基础站位的测量坐标系下，使用目标靶球完成机体外全部公共点采集，建立公共点文件备用；

D、定位工具/驾驶员入舱；定位工具随驾驶员进入舱内，驾驶员坐于座椅(21)上，使用定位测量工具(22)上的底脚螺钉初步调平眼位定位工具；

E、飞机姿态的调整；利用飞机上的水平测量点将飞机调整至水平状态，水平测量纵、横向尺寸偏差≤±0.5mm；

F、水平点的测量；使用T-Prob探测器，配合公共点转站，在跟踪仪测量坐标系下，测量全机水平测量点，建立“.txt”格式水平测量点文件备用；

G、飞机坐标系的建立；在CATIA数模上获取飞机水平测量点理论坐标；使用SA测量软件，将全机水平测量点实测值与理论坐标值进行最佳拟合，建立飞机坐标系；

H、设计眼位的确定；使用T-Prob探测器放样测量眼位测点(25)，根据激光跟踪仪测得的偏差值调整定位测量工具(22)上的各调整机构，直到眼位测点(25)的坐标与设计眼位理论坐标偏差Δx、Δy、Δz均小于±0.10mm；测试前找正定位测量工具(22)；

I、特征点测量；驾驶员端坐座椅(21)上，双眼中心抵靠眼位测点(25)，下颌托架支撑头部，进行观测前挡风、侧窗边界、仪表板、中心及边界的实际可视的T-Prob探测器测头，测量者根据驾驶员的可视观测指令，触发手持式T-Prob探测器采集键，完成被测点空间坐标采集；需要偏摆脖颈测量时，使用定位测量工具(22)设置或读取转动角度；

J、计算视角及视界；眼位坐标O(x0,y0,z0)、边界点坐标P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)～Pn(xn,yn,zn)，当求OP1视线与飞机水平构造面夹角α、轴对称面夹角β及轴切面的夹角γ时，计算公式如下：

α＝arcsin[(z₁-z₀)/d]

β＝arcsin[(y₁-y₀)/d]

γ＝arcsin[(x₁-x₀)/d]

$d=\sqrt{{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2+{(z_1-z_0)}^2}$

经计算得到极限视角即为视界。