一種雙體船片體龍骨線測量數(shù)據(jù)的處理方法

李雙俊

(4801工廠 汕頭修船廠，廣東 汕頭 515011)

一種雙體船片體龍骨線測量數(shù)據(jù)的處理方法

李雙俊

(4801工廠 汕頭修船廠，廣東 汕頭 515011)

文章針對小型雙體船，提出一種片體龍骨線測量數(shù)據(jù)的處理方法。在基于等精度測量的基礎(chǔ)上，利用線性最小二乘法和測量誤差處理原則，通過對任意2次龍骨線數(shù)據(jù)相對差的直線擬合，得到片體龍骨線相對變形量、相對平移和相對扭曲角度。該方法可用于船舶完工階段和修理過程船體龍骨線測量數(shù)據(jù)的處理。

雙體船；龍骨線；測量；數(shù)據(jù)處理

船舶在中修過程中，應(yīng)建立船體監(jiān)督線和船體基準(zhǔn)線，對修理各階段船體變形情況進(jìn)行監(jiān)測。常見的船體監(jiān)督線包括甲板監(jiān)督線、船體舷側(cè)監(jiān)督線(一般設(shè)置在船體舷側(cè)水線上下區(qū)域強(qiáng)結(jié)構(gòu)所在的外板位置上)，船體基準(zhǔn)線主要是船底龍骨中心線(簡稱龍骨線)。船底龍骨線測量的實質(zhì)就是對船體中縱剖面內(nèi)相對于船體基線的直線度的測量。由于雙體船結(jié)構(gòu)的特殊性，對其龍骨線的測量和數(shù)據(jù)處理，除直線度外，還涉及片體龍骨線之間的相對平移和扭曲角度。

1 測量方式和要求

船底龍骨中心線測量屬于大、中幾何尺寸的測量，按照直線度測量基準(zhǔn)的不同，常用的測量方法有：①實物測量基準(zhǔn)測量，如拉鋼絲測量等；②重力水平基準(zhǔn)測量，如液面法；③光線基準(zhǔn)測量，如準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡法、激光準(zhǔn)直法等[1]。

由于本文中目標(biāo)小型雙體船采用2列片體龍骨墩布墩上排，受墩位設(shè)置影響，對其龍骨線的測量采用液面法進(jìn)行。測量時，在船臺選取一固定物設(shè)置測量基準(zhǔn)，在雙體船2個片體龍骨中心線上按一定的間隔選取若干個肋位進(jìn)行測量。

測量過程按照等精度測量的原則[2]，對測量人員、量具和測量環(huán)境提出一致性要求。測量時，采用相同的水平管和直尺，由固定的測量人員對準(zhǔn)測量基準(zhǔn)，固定的測量人員讀取數(shù)據(jù)；在基本一致的時間和溫度條件下進(jìn)行；避開日照以及一切影響測量的施工作業(yè)。為確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，要求每一位置測量3次，對測量數(shù)據(jù)存在明顯偏差的位置進(jìn)行復(fù)測。測量數(shù)據(jù)按表1記錄。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

測量數(shù)據(jù)處理時，采用右手直角坐標(biāo)系統(tǒng)，基線為X軸，基線與尾垂線交點為坐標(biāo)系原點。X軸向船首為正、Y軸向左舷為正、Z軸向上為正；角度和平移的方向與右手坐標(biāo)系統(tǒng)的規(guī)定一致。

表1 片體龍骨中心線實測數(shù)據(jù)表 mm

注：龍骨高為測點位置測量基準(zhǔn)距龍骨中心線位置的高度，等于3次測量平均值減去該處龍骨板厚度。

2.2 數(shù)據(jù)基本分析步驟

本文所指的相對量，是指在任意2次測量數(shù)據(jù)中，以某次測量的1組數(shù)據(jù)為相對基準(zhǔn)，通過2組數(shù)據(jù)的對比分析，得到的這2次測量期間1個片體龍骨線的相對變形量、片體間相對平移和扭曲角度。通常采用時間靠前的1組測量數(shù)據(jù)作為相對基準(zhǔn)，如以上排或進(jìn)塢后測量的第1組數(shù)據(jù)作為相對基準(zhǔn)，通過隨后各次測量數(shù)據(jù)與第1組數(shù)據(jù)的對比分析，可以掌握船體在一段時間內(nèi)片體龍骨線的動態(tài)變化。

1)同一肋位高度相對差。假定片體同一肋位前后2次測量龍骨高度相對差為zi，則：

zi=后1次測量龍骨高度-前1次測量龍骨高度。

(1)

2)龍骨高度相對差直線擬合。采用最小二乘法[3]按表2進(jìn)行片體相對差直線度擬合。

表2 片體相對變形量直線擬合計算表 mm

由最小二乘法計算公式可得：

(2)

(3)

擬合直線方程式為：z=a+bx；

擬合直線斜率tanθ=-b，傾角θ=arctan(-b)。

按以上步驟，可求得另1個片體龍骨線擬合直線方程為z=a′+b′x，其直線斜率為tanθ′=-b′，傾角θ′=arctan(-b′)。

Δzi=zi-zi′，

(4)

根據(jù)步驟2)，2個片體之間相對扭曲角度Δθ=θ-θ′，片體間龍骨線相對平移量Δa=a-a′。

4) 數(shù)據(jù)分析正確性檢查。以上計算過程中，測量數(shù)據(jù)直線擬合是以相對差zi為數(shù)據(jù)點進(jìn)行的，因此,zi數(shù)據(jù)的正確性直接影響直線擬合和分析結(jié)果的正確性。在實際測量中，影響相對差的主要因素包括測量粗大隨機(jī)誤差和修理過程中龍骨的局部變形。相對差正確性檢查時服從幾何量測量隨機(jī)粗大誤差判定的拉依達(dá)準(zhǔn)則，即隨機(jī)誤差在±3σ(σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差)范圍內(nèi)出現(xiàn)的置信概率為99.73 %，如果某個隨機(jī)誤差超過±3σ范圍，則可判定該隨機(jī)誤差為粗大誤差。[2]

相對差正確性檢查可按以下步驟進(jìn)行。

以上步驟的分析過程如表3。

依據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則，如沒有出現(xiàn)絕對值大于3σ的殘差，則可認(rèn)為相對差數(shù)據(jù)是正確的，否則應(yīng)確認(rèn)測量數(shù)據(jù)所對應(yīng)的測量位置是否存在局部變形或數(shù)據(jù)存在粗大誤差。

表3 相對差數(shù)據(jù)正確性檢查表 mm

(3)如經(jīng)確認(rèn)測量數(shù)據(jù)所對應(yīng)的測量位置存在局部變形或數(shù)據(jù)存在粗大誤差時，應(yīng)進(jìn)行剔除或復(fù)測相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，按1)～4)的步驟重新進(jìn)行分析。

3 實際應(yīng)用

下面是某小型雙體船船底龍骨線2次測量數(shù)據(jù)相對差的處理過程。

1)片體龍骨線相對差擬合計算如表4。

左片體龍骨相對差擬合直線方程為：

z=-1.109 1+0.000 042 42x；

右片體龍骨相對差擬合直線方程為：

z=-3.018 2+0.000 118 18x；

左片體龍骨相對差擬合線相對右片體龍骨相對差擬合線平移量為：

Δa=-1.109 1-(-3.018 2)=1.91 mm；

左右片體相對扭轉(zhuǎn)角度：

Δθ=θ-θ′=arctan0.000 042 42-arctan0.000 118 18=-0.004 3°。

2)數(shù)據(jù)分析正確性檢查。相對差正確性檢查如表5。

由表5可知，相對差數(shù)據(jù)殘差均處于±3σ范圍內(nèi)，可認(rèn)為相對差數(shù)據(jù)是正確的。

表4 某船片體相對變形量直線擬合計算表 mm

表5 某船片體相對差數(shù)據(jù)正確性檢查表 mm

4 結(jié)束語

龍骨線測量是船舶建造完工階段船體主尺度偏差測量中的主要項目。對龍骨線撓度偏差精度要求，在《CB/T 4000-2005中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》《GJB 3182-1998 水面艦艇船體建造精度要求》中都有具體規(guī)定。此外，一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還要求“為了檢查和控制船體變形，艦船在中修時應(yīng)建立船體監(jiān)督線和船體基準(zhǔn)線”以監(jiān)測修理各階段中船體整體變形的情況。

本文提出的小型雙體船龍骨線測量數(shù)據(jù)處理方法，適用于船舶建造完工階段龍骨線測量和修理過程船體龍骨線監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理分析。本文中提出的相對量分析，對分析掌握修理各階段船體變形、扭轉(zhuǎn)和船底相對平移的動態(tài)變化，具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

[1]余光洲.最新船閘電氣設(shè)計規(guī)范與船舶設(shè)計制造質(zhì)量檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實施手冊[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[2] 韓進(jìn)宏，王長春.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2006.

[3]馬振華.現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)手冊 計算與數(shù)值分析卷[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.

The paper introduces a processing method for measuring data of the hull keel line on catamarans,based on the equal precision measurement,the relative distortion,relative translation and relative distortion angle of hull keel line can be gained by using the linear least square method and random error processing principle,and linear fitting the difference of keel line data in any two times.This method can be used for processing the measure-ment data of keel line in shipbuilding and ship repairing.

catamaran;keel line;measure;data processing

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.008

李雙俊(1972-)，男，廣東潮州人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶維修技術(shù)保障工作。

2013-12-05