一種船舶型值測量方案及精度研究

劉建全

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050）

對船舶設(shè)計(jì)而言，出于成本和效率的原因，目前多采用母型船改造的設(shè)計(jì)方法，母型船法設(shè)計(jì)需要翔實(shí)的母型船數(shù)據(jù)以供參考，但有時(shí)沒有現(xiàn)成的母型船型線數(shù)據(jù)時(shí)就需要通過測量得到。同樣在船舶建造階段，無論是船舶構(gòu)件加工或分段裝配等工序，都需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的船舶測量以有效控制加工、裝配精度和工程質(zhì)量，因此對于船舶測量方案的研究是很有意義的。

本文介紹一種船舶型線測量方案，給出測量原理，探討測量方案的精度設(shè)計(jì)方法，提出保證測量精度的措施，可用于船舶設(shè)計(jì)中母船的測量或船舶建造中的精度控制。

1 測量方案的設(shè)計(jì)

確定船舶的型線特征，只要測得船舶各站站線上特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，經(jīng)后期的數(shù)據(jù)處理就可以得到光順的船舶型線，并得到船舶型值。測量方案需要結(jié)合測量對象、儀器設(shè)備、精度要求等實(shí)際情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。本文介紹的船舶測量方案使用光學(xué)經(jīng)緯儀及其配套設(shè)備，并采用測角法原理。

對實(shí)船進(jìn)行實(shí)施測量時(shí)需要作一些準(zhǔn)備工作，標(biāo)記船體各站線上的特征點(diǎn)，這些特征點(diǎn)須能夠反映船體的型線特征。

如圖1所示，圖中D 點(diǎn)為船體站線上的待測點(diǎn)，在船體外圍水平地面上選定兩點(diǎn)A、B作為放置測量儀器的置鏡點(diǎn)，以直線AB 的方向?yàn)閄 軸向建立三維直角坐標(biāo)系，其中A 點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)，AB水平距離作為三角測量的基線，該水平距離需要保證一定的精度。

將儀器放置于A點(diǎn)，測出水平角夾α、豎直角γ，再將儀器放置于B點(diǎn)，測出水平夾角β、豎直角θ，

所以

則待測點(diǎn)D 的三個(gè)坐標(biāo)分別為

圖1 測量原理示意圖

2 測量方案的精度分析

為估計(jì)測量誤差，以誤差傳播理論為依據(jù)對該測量方案進(jìn)行精度評估。

2.1 誤差傳播定律

測量精度可以用中誤差來衡量。

設(shè)存在函數(shù)關(guān)系Y=f（x1，x2，……，xn），其中x1，x2，……，xn可以通過測量得到，中誤差分別為m1，m2，……，mn，由誤差傳播定律，利用函數(shù)關(guān)系求間接量Y時(shí)的中誤差M 滿足一下關(guān)系式

2.2 型值測量結(jié)果的精度評估

測量出的船體型值實(shí)為測量點(diǎn)D 的三維坐標(biāo)，但應(yīng)注意測量結(jié)果包含船殼板的厚度。船體型值的測量精度與量距精度及各種角度的測量精度都有關(guān)系。

設(shè)AB 的測距中誤差為m1，水平角α、β及豎直角γ、θ的測角中誤差為m2，這些中誤差都可以用提高儀器精度和增加測量次數(shù)等方法來提高。按誤差傳播理論，考慮各量之間的幾何關(guān)系，間接測量距離AC的中誤差應(yīng)為

同理，按公式（1）～（6）間接測量D 點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，坐標(biāo)XD 的中誤差為

坐標(biāo)YD 的中誤差為

坐標(biāo)ZD 的中誤差為

3 提高測量精度的措施

提高測角精度。使用精度足夠的經(jīng)緯儀，采取盤左、盤右讀數(shù)取中數(shù)等方法，盡量消除儀器誤差的影響。盡量減小觀測誤差，儀器應(yīng)嚴(yán)格對中、整平，并按照精度要求確定測回?cái)?shù)。

必須考慮船身不正的影響。在標(biāo)記測點(diǎn)時(shí)應(yīng)保證測點(diǎn)的位置合理、規(guī)范；應(yīng)測出船舶的傾斜數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)后處理時(shí)先進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換以消除船身不正的影響，然后才可以用AutoCAD 進(jìn)行船體橫剖線及光順處理。

4 結(jié) 語

采用光學(xué)經(jīng)緯儀可以對船舶進(jìn)行一定精度的測量，并根據(jù)精度要求設(shè)計(jì)測量方案，確定測回次數(shù)。由于測距的不方便，采用光學(xué)經(jīng)緯儀測量大型船舶型值時(shí)更適合采用測角法。型線變化劇烈處，局部細(xì)節(jié)的測點(diǎn)需要加密，否則精度不易保證，可以考慮輔助其他測量方法提高精度。光學(xué)經(jīng)緯儀的型值測量數(shù)據(jù)必須進(jìn)行后處理，從整體上能保證型線的光順性為原則，剔除測得不好的壞點(diǎn)，這樣的測量結(jié)果在計(jì)算船舶排水量時(shí)精度是足夠的。后處理可以用autocad繪制樣條曲線的功能，繪制出船舶的三維圖形后，通過插值得到標(biāo)準(zhǔn)的型值。

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