基于全站仪的造船精度控制测量算法研究7080（可编辑）.doc

基于全站仪的造船精度控制测量算法研究7080 第 期 矿 山 测 量 年 月Ⅵ : . /. . ?.. . 基于全站仪的造船精度控制测量算法研究木 王永明,李明峰,朱振宇,卢 扣 南京工业大学土木工程学院,江苏南京 摘要:造船精度控制是船舶制造过程中一项重要的内容,应用高精度全站仪的测量系统可为精度控 制提供坐标数据采集及辅助计算与分析功能,以达到提高造船质量与效率的目的。文中详细探讨了 全站仪测量系统的测量原理,包括坐标系建立、坐标求解、隐蔽点测量及测站迁移。此外,通过对坐 标系转换方法的研究,提供了船体实测数据与设计数据比对分析的途径。 关键词:精度控制;全站仪;坐标测量;坐标系转换 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ?? ?造船精度控制是船舶制造过程中一项十分重要 面度等 ,在与设计参数对比分析后,达到检核建造 的工作,其贯穿于船舶制造的整个过程 。造船精 质量的目的。对于不合精度要求的产品,以测量数 度控制的主要任务是以造船精度标准为基本准则,。 据为参考,可制定出合理的修整方案,实现各阶段产 运用科学的管理方式及先进的技术手段,对造船的 品的精度控制。 全过程进行尺寸精度控制 。通过精度控制,可提 传统造船测量中,被普遍使用的测量设备主要 高船舶建造质量与效率,降低生产成本 。目前,日 有钢尺、角尺、光学水平仪、经纬仪等,其具有操作简 韩等造船强国已拥有一套完整的造船精度管理体 单、成本低等特点,但精度较低。随着测绘及精密仪 制,在船体分段建造与船台搭载等阶段,以先进的三 器科学的发展,国外及国内部分大型船厂已逐步采 维坐标测量与数据分析系统作为精度控制的工具, 用先进的高精度测量设备:激光经纬仪、全站仪、摄 实现分段无余量上船台,提高船舶大合拢的成功 影测量仪。此外,国外研制的系统,将测量、分析、检 率 。与国外先进水平相比较,我国造船精度控制 核等工作合为一体,提高了精度控制的质量与效率。 技术存在较大的差距,部分大型船厂所使用的精度 在高精度仪器中,全站仪是一种集测角、测距于 一 控制测量系统均来自国外,而很多中小型船厂仍采 体的测量仪器,其测量范围大、智能程度高。在实 用传统的方法,质量与效率相对偏低。 际外业操作中,仅需一台全站仪即可进行精度控制 本文在对精度控制测量方法进行概述的基础 测量,且可根据现场环境自由选择设站位置。测量 上,针对全站仪精度高,及其只需单台即可测量,设 时,将反射片置于被测点处,经瞄准测定后,可采集 站灵活等特点,着重探讨了全站仪在船体三维坐标 斜距、天顶距竖直角 、水平角等数据。若将全站仪 采集中的测量原理及坐标系转换方法,为造船精度 与便携式数据处理设备组合,组成精度控制测量系 控制测量系统的研究提供依据。 统,获取测点在特定坐标系下的三维坐标,应用坐标 值可计算出实际尺寸参数,达到即时进行精度检核 造船精度控制测量技术 的目的。 精度控制是造船技术中的一门综合性技术,从 三维坐标采集测量原理 下料阶段,直到船台合拢阶段,均需实施精度控制, 将每一阶段的误差控制在标准允许范围内,避免误 . 坐标系建立 差累计,最终成功实现船舶的合拢。在精度控制技 在造船精度控制测量系统中,可存在多种不同 术中,测量方法的研究是关键问题之一。通过精度 的坐标系,如测站坐标系、物方坐标系、设计坐标 控制测量,获取船体的实际尺寸参数 长度、角度、平 系引。 基金项目:精密工程与工业测量国家测绘局重点实验室开放基金 . . 测站坐标系 项目资助?在选定点安置仪器后,以全站仪中心为原点,水 期 王永明等:基于全站仪的造船精度控制测量簋 塞年 月 平度盘零度方向为 轴方向, 轴方向与全站仪铅 直方向一致, 轴以左手系法则 测量坐标系 确定。 参见图 。? 雌 鞋滩翔 图 测站坐标系及观测参数 . . 物方坐标系 在造船精度控制测量过程中,测量人员可根据 现场实物摆放的姿态,建立符合生产需求的物方坐 标系。如图 所示,典型的物方坐标系建立方法为: ,以测量的第 点为原点,第 点至第 点连线为 轴,第 点至第 点连线确定 轴方向 平 面 , 轴以右手系法则 数学坐标系 确定。图 物方坐标系建立 . . 设计坐标系 设计坐标系为船舶设计所采用的坐标系,一般 以船体中心线与尾垂线的交点为原点,中心线确定 轴 朝船首方向为正 ,尾垂线确定 轴 向上为 ≥ 正 , 轴以右手系法则确定。 . 坐标解算?. . 测站坐标■ 一 如图 所示,全站仪中心位于点 ,观测点 ,获 得下列实测数据:斜距 ,天顶距 ,水平角 。则点 在测站坐标系下的三维坐标为: . √ 一 一,一 【 : . 取,将三点测站坐标与物方坐标代人公式 式中, 为垂直角