4.2 开展研究情况的简单介绍
通过与多所大学和研究所相关专业的科研人员研究讨论，最后由郑州解放军测绘学院和西北工业大学共同进行可行性研究。课题于1995年9月开始，研究历近五年时间，已于5年前完成。因电力体制改革等原因，后续研究工作没有再进行下去。现将一些可行性研究的结果作一简单介绍。
水轮机转轮叶片现场测量造型系统应由两大部分组成。
4.2.1 数据采集系统
第一个分系统是数据采集系统，主要功能是获得叶片形面数据，该系统又由两个子系统组成：一个是全站仪测量子系统；另一个是数字近景摄影测量子系统。
（1）全站仪测量子系统主要由一台能自动测距、测角和数据存储的全站仪和一台便携式计算机组成，用它来测定各叶片在统一测量坐标系中的坐标，提供每个叶片摄影测量控制点。
全站仪是全站型电子速测仪的简称，它是目前测量领域快速测定目标点三维坐标（x，y，z）的主要测量仪器之一。其基本原理是通过测定目标方向的水平角、垂直角和边长，按以下公式确定目标点的坐标：
式中：s为测站点至目标点间的斜距；α为测站点至目标点的垂直角；θ为测站点至目标点的方向与X轴之间的水平角。
全站仪是具有电子测角、电子测距、自动数据存储功能的野外测量仪器。
（2）数字近景摄影测量子系统是后续快速叶面数据采集的手段。通过数码相机的灵活性和多角度性实现狭窄空间范围内叶片的形状摄影测量，数码相机的数字相片可直接通过联机电缆输入到便携机。整个系统实现了小型化，便于携带和安装。
摄影测量是利用摄影机或其他光谱传感器获取被测对象的图像信息，经过加工处理与分析，提取被测对象的空间位置、大小形状等几何数据和目标的性质、类别、特性等辐射信息的理论、技术和方法。摄影测量学的创立与发展已经经历了百余年的历史。从19世纪中叶至今，从模拟摄影测量开始，经过解析摄影测量的发展阶段目前正在快速实现向数字摄影测量转变。
数字摄影测量是以数字影像为基础，用电子计算机进行分析和处理，确定被摄物体的形状、大小、空间位置及性质的技术。它具有全数字的特点，对于图像可描述为一个二维的灰度矩阵，每个矩阵元素的行列序号代表它在图像上的位置，元素的值则是它的灰度。
摄影测量的基本理论依据是摄影构像的数学模型。这个数学模型是基于摄影时物点、物镜中心（投影中心）、像点这三点位于同一直线上。由此建立的方程则是共线方程或构像方程。对于一个立体像对（由不同的摄影站摄取的、具有一定影像重叠的两张相片）则可引申出能够表明内部和外部几何关系的数学模型。
设投影中心在物方空间坐标系中的坐标为S（Xs、Ys、Xs），由像空间坐标系（S—xfz）的坐标（x、f、z）转换到平行于物方空间坐标系的坐标（X、Y、Z）为：
式中：λ为尺度比例因子；M为旋转矩阵，其中：
式中：φ、κ、ω为旋转矩阵的3个独立旋转角。
将式（2）进行适当变换，可得出以下公式：
式（4）就是地面摄影的构象方程式，或称共线方程式。
从上式可以看出，欲确定某物方目标的像点坐标，除图像主距f必须已知之外，还需要已知摄站坐标（Xs、Ys、Xs）以及旋转矩阵的9个元素。旋转矩阵可由三个独立旋转角（φ、κ、ω）决定，所以当给出物方点坐标（X、Y、Z），欲确定其对应的像点坐标（x、z）时，需要6个独立参数，既摄站点坐标（Xs、Ys、Xs）和旋转矩阵的3个独立旋转角（φ、κ、ω）。
4.2.2 数据处理系统
第二个分系统是数据处理系统，该系统的主要功能是对原始的测量数据进行处理，建立叶片的数学模型进行误差分析，为自动补焊机和自动磨削机提供有关信息。数据处理系统由三个子系统组成：
（1）第一个子系统是计算机控制系统，是整个系统的信息控制中心，对系统中的所有信息进行处理分析，使整个系统能够进行有序的工作。其主要功能是：①对光学系统中有关信号进行处理；②控制机械伺服系统中各种运动机构；③建立叶片及整个转轮的几何模型；④图形的输入输出处理。
（2）第二个子系统是几何造型子系统，主要在计算机内部建立叶片的数学模型，从而可以对叶片进行分析比较。
根据几何造型原理，任何空间曲面均可用下面的双参数矢量函数来描述：
叶片上的曲线可由固定一个变量u或v来表示。例如P（u，vj）和P（ui，v）分别表示一组u向曲线和一组v向曲线。而P（ui，vj）则表示曲面上的任意一点。如果已知叶片上的一组参数曲线，就可以根据几何造型方法确定出叶片曲面的形状。
叶片造型系统的坐标应尽可能与叶片木模图的设计基准及测绘基准保持一致，这样不但可减少换算时所产生的误差，也便于将叶形与原设计叶片木模图进行比较。
叶片测绘只能给出各个水平截面上一系列离散点，因此很难用常规的解析式来表示叶片的复杂型面。如何准确地描述出叶片曲面是叶片几何造型系统的关键。
三次Bézier曲线、曲面和三次样条曲线、曲面都具有二阶连续性，可以使曲线、曲面满足工程需求。Bézier方法是整体逼近方案，它具有良好的凸包性，保形性及光滑性好，形状易于控制。样条方法是一种局部逼近方案，它的最大特点是具有局部修改性质，它除了具有Bézier方法的优点外，还能够处理直线段、重结点等问题，逼近精度高。在叶片的曲面造型中，先采用三次样条进行逼近，然后可再转换为Bézier表示，以便更好地利用Bézier方法的一些几何性质。
叶片曲面造型系统包括叶片的光顺性处理、型值点加密计算、叶片截面加密计算、叶片厚度计算等。
该系统可实现叶型曲线、叶片曲面及旋转曲面的几何造型、局部光顺、离散处理等多种功能。
几何造型子系统能保证作到处理手段丰富，处理过程细致，处理数据全面，其特点表现在以下几个方面：
1）采用先将数据根据其特征、形态进行分块，然后对每一分块数据进行匀化、延拓、光顺等一系列处理后生成曲面数据。最后再将每一曲面拼接起来，得到最终的曲面数据。其优点是：①可将复杂的数据处理问题简单化，尤其是对一些不规则的特殊数据可以进行特殊处理；②对数据的处理非常细致；③可对整个数据进行局部修改，以便最大限度地满足用户要求；④可以进行误差控制。
2）采用一种新的散乱数据处理方法，将散乱数据转变成规则数据从而极大到提高了系统的处理能力。因此，本系统可以处理非常复杂散乱的数据，具有很好的应用前景。
3）曲面光顺是一个难度较大的问题，系统采用的方法运行稳定、效果显著。
4）系统的曲面拟合功能实用稳定，可以拟合非常复杂的曲面。
5）系统可根据需要获得叶片上任意一点，或任意截面的数据并与标准叶片比较。
（3）第三个子系统是图形显示系统，为整个系统提供统一人机交互环境、图形管理及输入输出。