本發(fā)明涉及造船
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種采用三維坐標(biāo)計(jì)算肋位、半寬和高度進(jìn)行船舶合攏的方法。
背景技術(shù)：
：船舶設(shè)計(jì)模型為三維模型，在制造過程中將整體三維模型分成若干個(gè)小分段進(jìn)行建造，小分段造成后通過總組將小分段總組成大分段，再將大分段吊至船塢/船臺(tái)進(jìn)行船舶的整體合攏。隨著市場(chǎng)的變革，船舶越來越大，而且造船精度要求越來越高，對(duì)船舶的建造周期要求越來越短，所以為提高船舶在船塢或船臺(tái)的總裝時(shí)間將會(huì)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)有測(cè)量方法如下：1、在船塢/船臺(tái)里通過儀器畫成5m*5m格子線，縱向格子線相互平行，橫向也相互平行，格子線采用儀器從塢首劃分至塢門，誤差累積大，以致導(dǎo)致錯(cuò)誤。2、以格子線為基準(zhǔn)放入基準(zhǔn)分段；3、定位分段與基準(zhǔn)分段在合攏時(shí)以基準(zhǔn)分段和定位分段的相鄰格子線為基準(zhǔn)進(jìn)行合攏；4、高度方向基本上以基準(zhǔn)段高度為基準(zhǔn)；5、用二維方法控制三維坐標(biāo)?，F(xiàn)有的測(cè)量方法精度低、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、誤差累積大，所測(cè)量額數(shù)據(jù)不能充分反映船舶建造的姿態(tài)，從而影響船體的主尺度和船體的直線度。因此研發(fā)一種用于船舶建造的三維控制方法已成為必要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的測(cè)量方法精度低、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、誤差累積大的問題，提供一種采用三維坐標(biāo)計(jì)算肋位、半寬和高度進(jìn)行船舶合攏的方法。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種采用三維坐標(biāo)計(jì)算肋位、半寬和高度進(jìn)行合攏的方法，具體步驟如下：1）坐標(biāo)系統(tǒng)建立；根據(jù)船塢/船臺(tái)建立船舶艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)，通過船塢/船臺(tái)兩邊每隔30m布設(shè)一對(duì)控制點(diǎn)，采用檢定合格全站儀進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，測(cè)量數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙連接全站儀自動(dòng)記錄在船塢/船臺(tái)艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)建立軟件中。2）儀器自由設(shè)站；在未知點(diǎn)設(shè)站，要對(duì)全站儀自由測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)與數(shù)字化船塢坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，首先對(duì)兩個(gè)或者兩個(gè)以上船塢控制點(diǎn)測(cè)量其全站儀自由三維坐標(biāo)，根據(jù)點(diǎn)號(hào)自動(dòng)匹配計(jì)算未知點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，所需求的轉(zhuǎn)換參數(shù)求出后，即可求解任意點(diǎn)的數(shù)字化船塢坐標(biāo)系統(tǒng)下的三維坐標(biāo)。3）分段合攏；a）肋位和半寬計(jì)算坐標(biāo)；b）肋位反算；c）船舶分段合攏；將船舶分段主要點(diǎn)位采用三維設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)出，如CAD等常用三維設(shè)計(jì)軟件均可，導(dǎo)出的三維坐標(biāo)直接導(dǎo)入至數(shù)字化船塢/船臺(tái)中；儀器架設(shè)于船塢/船臺(tái)中任意位置，采用第2步的“儀器自由設(shè)站”模塊，將儀器置身于數(shù)字化船塢/船臺(tái)中；根據(jù)分段的肋位和半寬可計(jì)算相應(yīng)的三維坐標(biāo)，通過對(duì)分段上主要點(diǎn)位的測(cè)量，分析出設(shè)計(jì)肋位與實(shí)測(cè)肋位之差、設(shè)計(jì)半寬與實(shí)測(cè)半寬之差以及點(diǎn)位的三維坐標(biāo)之差，依據(jù)這些信息對(duì)分段進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到位后即可封焊，分段合攏結(jié)束；將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)保存后通過數(shù)字化船塢/船臺(tái)軟件中的船體分析測(cè)量點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)的三維偏差值，根據(jù)偏差值可分析出船體的建造質(zhì)量。4）漂浮定位；首先在整船或半船的中心部位貼上標(biāo)志靶，在數(shù)字化船塢/船臺(tái)軟件中改變艉軸參數(shù)，采用第2步中的“儀器自由設(shè)站”模塊在船塢/船臺(tái)上建立測(cè)站，然后用全站儀瞄準(zhǔn)船體上貼的反射片或棱鏡，通過數(shù)字化船塢/船臺(tái)系統(tǒng)測(cè)量其坐標(biāo)即可；根據(jù)坐標(biāo)偏差值就可定位船體位置。5）船舶主尺度測(cè)量，采用數(shù)字化船塢/船臺(tái)系統(tǒng)“儀器自由設(shè)站”建立測(cè)站后，直接測(cè)量點(diǎn)位即可。全站儀觀測(cè)按照以下技術(shù)指標(biāo)觀測(cè)：全站儀應(yīng)具有自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)觀測(cè)、自動(dòng)記錄功能，其標(biāo)稱精度應(yīng)滿足：方向測(cè)量100米不大于1mm，測(cè)距中誤差不大于±1mm+1ppm；配套的干濕溫度計(jì)量測(cè)精度不低于±0.5℃，氣壓計(jì)量測(cè)精度不低于±5hpa；豎盤指標(biāo)差的檢驗(yàn)小于等于8″；測(cè)回?cái)?shù)為5個(gè)測(cè)回，半測(cè)回歸零差小于6″，測(cè)回間同一方向2C互差小于9″，同一方向值較差小于6″。船舶艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)得三維控制網(wǎng)精度要求遵照以下精度指標(biāo)：方向觀測(cè)中誤差距離觀測(cè)中誤差相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)方向中誤差同精度復(fù)測(cè)坐標(biāo)較差±1.8″±1.0mm±1mm±2mm平差后的船塢控制網(wǎng)測(cè)距相對(duì)中誤差小于1/80000，方位角閉合差小于5，（n為測(cè)站數(shù)），整網(wǎng)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差不超過1/35000。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的測(cè)量方法精度高、省時(shí)、省力、沒有誤差累計(jì)，所測(cè)量的數(shù)據(jù)可以充分直觀的反映船舶建造的姿態(tài)，從而嚴(yán)格測(cè)量控制船體的主尺度和船體的直線度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明造船精度高，省時(shí)，省力，誤差累積小，船舶的建造周期短，所以降低了船舶在船塢或船臺(tái)的總裝時(shí)間，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。附圖說明圖1是塢/船臺(tái)建立船舶艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖。具體實(shí)施方式一種采用三維坐標(biāo)計(jì)算肋位、半寬和高度進(jìn)行船舶合攏的方法，包括以下步驟：（1）坐標(biāo)系統(tǒng)建立：根據(jù)船塢/船臺(tái)建立船舶艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)，如圖1所示。通過船塢/船臺(tái)兩邊每隔30m布設(shè)一對(duì)控制點(diǎn)，采用檢定合格全站儀（測(cè)角精度±0.5″，測(cè)距精度±0.6mm+1ppm）進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，測(cè)量數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙連接全站儀自動(dòng)記錄在船塢/船臺(tái)艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)建立軟件中，觀測(cè)按照以下技術(shù)指標(biāo)觀測(cè)：?全站儀應(yīng)具有自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)觀測(cè)、自動(dòng)記錄功能，其標(biāo)稱精度應(yīng)滿足：方向測(cè)量100米不大于1mm，測(cè)距中誤差不大于±（1mm+1ppm）。?配套的干濕溫度計(jì)量測(cè)精度不低于±0.5℃，氣壓計(jì)量測(cè)精度不低于±5hpa。?豎盤指標(biāo)差的檢驗(yàn)，不應(yīng)超8″。?測(cè)回?cái)?shù)應(yīng)大約5個(gè)測(cè)回，半測(cè)回歸零差小于6″，測(cè)回間同一方向2C互差小于9″，同一方向值較差小于6″。為此我們也開發(fā)了關(guān)于船塢/船臺(tái)艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)的三維控制網(wǎng)平差軟件，三維控制網(wǎng)精度要求遵照以下精度指標(biāo)：方向觀測(cè)中誤差距離觀測(cè)中誤差相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)方向中誤差同精度復(fù)測(cè)坐標(biāo)較差±1.8″±1.0mm±1mm±2mm平差后的船塢控制網(wǎng)測(cè)距相對(duì)中誤差小于1/80000，方位角閉合差小于5，（n為測(cè)站數(shù)），整網(wǎng)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差不超過1/35000。根據(jù)平差結(jié)果固定中心兩點(diǎn)作為X方向，采用右手坐標(biāo)系統(tǒng)建立艉軸坐標(biāo)系統(tǒng)。（2）儀器自由設(shè)站：采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理自由設(shè)站是指在未知點(diǎn)設(shè)站，對(duì)兩個(gè)或者兩個(gè)以上已知點(diǎn)測(cè)量其自由三維坐標(biāo)，根據(jù)點(diǎn)號(hào)自動(dòng)匹配計(jì)算其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，三個(gè)平移一個(gè)旋轉(zhuǎn),算法模型如式（1-1所示）：（式1-1）令=，=（式1-1）可化為下式（1-2）（式1-2）即可得出式（1-3），如下所示z：（式1-3）將式（1-3）化成誤差方程V=BX+L（1-4）（式1-4）式（1-4）中：=B，=X，=L。根據(jù)最小二乘法原理，列立法方程如下：其中，。當(dāng)采用兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可直接計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，三個(gè)或三個(gè)以上點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，根據(jù)平差原理，多余觀測(cè)按照最小二乘法進(jìn)行平差計(jì)算出三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。所需求的轉(zhuǎn)換參數(shù)求出后，根據(jù)公式（1-3）即可求解任意點(diǎn)三維坐標(biāo)，綜上所述，根據(jù)以上公式我們開發(fā)出了基于最小二乘法原理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理為基本理論的自由設(shè)站模塊。（3）分段合攏：關(guān)于分段合攏，分為根據(jù)肋位和半寬計(jì)算坐標(biāo)和根據(jù)坐標(biāo)反算肋位和半寬：a)肋位和半寬計(jì)算坐標(biāo)：船舶肋位肋位是指船在縱向長(zhǎng)度肋骨所在的位置，多數(shù)是在設(shè)計(jì)時(shí)用來確定沿船長(zhǎng)方向的位置。軍船和民船的肋位號(hào)排序不同，軍船是從艏開始排序，艏柱為0號(hào)肋位，肋骨間距比如說是800，那么在距艏8400的地方，我們就把它稱為FR10+400或10號(hào)半肋位。民船的肋位號(hào)是從艉開始算起，和軍船相反。需要注意的是，所謂多少號(hào)肋位上不一定就有肋骨存在，有可能有艙壁，有可能有加強(qiáng)筋，或者有可能什么都沒有，它只是一個(gè)造船上比較方便的長(zhǎng)度單位。該模塊計(jì)算采用高斯-勒讓德算法模型進(jìn)行計(jì)算，如下：設(shè)曲線元起點(diǎn)A的曲率為，終點(diǎn)B的曲率為，則位于A、B間的且距A弧長(zhǎng)為l的任意點(diǎn)i的曲率K可由下式唯一確定：（式1）式中為曲線元的弧長(zhǎng)，當(dāng)給出A、B的里程與時(shí):。顯然，當(dāng)式中：=0，K=0，表示曲線元為直線時(shí)，其上各點(diǎn)曲率均為0；因?yàn)榇w為直線，所以我們采用K=0。令,因此對(duì)（式1）關(guān)于弧長(zhǎng)l求定積分不難得出：（式2）考慮到曲線元有左偏、右偏兩種情況，則任意點(diǎn)i在艉軸坐標(biāo)系中的切線方位角計(jì)算通式為：（式3）式中：為曲線元起點(diǎn)A在線路坐標(biāo)系中的切線方位角；曲線左偏時(shí)取“-”號(hào)，右偏時(shí)取“+”號(hào)。當(dāng)正交多項(xiàng)式選用Legendre多項(xiàng)式時(shí)，其Gauss型積分稱為Gauss-Legendre公式，這里直接給出實(shí)用船體中線坐標(biāo)計(jì)算的通用Gauss-Legendre公式：（式4）顯然，（式4）作為船體中線坐標(biāo)計(jì)算的通用公式，具有形式規(guī)律，計(jì)算直接、適用性廣、便于計(jì)算機(jī)編程的特點(diǎn)。與經(jīng)對(duì)專用手冊(cè)變換后為：==0.1184634425,==0.2393143352,=0.2844444444,=1-=0.0469100770,=1-=0.2307653449,=0.5，Gauss-Legendre公式與其它數(shù)值積分公式相比,具有節(jié)點(diǎn)數(shù)少、形式簡(jiǎn)單、便于計(jì)算機(jī)編程等特點(diǎn),5節(jié)點(diǎn)公式能以足夠高的精度滿足各種線形的坐標(biāo)計(jì)算,從而為船體及其平行線的測(cè)設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。左弦、右弦通常由中線上的半寬LP確定，由于（式3）已經(jīng)給出其中樁的切線方位角α，因而其指向左弦和右弦方位角分別為α-90°，α+90°則相應(yīng)的弦坐標(biāo)計(jì)算式為：左右弦位于曲線元左邊時(shí)取-1，位于右邊時(shí)取+1；X,Y為肋位坐標(biāo)。b）肋位反算算法如下：(1)先由下式求得P點(diǎn)至艉軸點(diǎn)A之垂距的絕對(duì)值:（式1）；(2)以作為初值,即以作為曲線元任意肋位l，可求得曲線元上一點(diǎn)的坐標(biāo)(,);(3)求得點(diǎn)的切線方位角，再由（式1）計(jì)算P點(diǎn)至的垂距（注意用（，）代替（，）；(4)以（+）作為新曲線元任意點(diǎn)肋位長(zhǎng)度l，再求的坐標(biāo)(，);(5)求得點(diǎn)的切線方位角，再由（式1）計(jì)算P點(diǎn)至的垂距（注意用（，）代替（，）；(6)如果<0.0001,即可迭代出曲線元的任意肋位值l；(7)計(jì)算邊樁距：(8)根據(jù)正負(fù)依“左負(fù)右正”規(guī)律可判斷出地面點(diǎn)P相對(duì)于船體中線的邊向；由可方便確定P點(diǎn)的肋位：。c)船舶分段合攏?將船舶分段主要點(diǎn)位采用三維設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)出，導(dǎo)出的三維坐標(biāo)無人工干預(yù)直接導(dǎo)入至數(shù)字化船塢/船臺(tái)軟件中；?儀器架設(shè)于船塢/船臺(tái)中任意位置，采用【儀器自由設(shè)站】模塊，可將儀器置身于數(shù)字化船塢/船臺(tái)中；?根據(jù)分段的肋位和半寬可計(jì)算或/調(diào)取相應(yīng)的三維坐標(biāo)，通過對(duì)分段上主要點(diǎn)位的測(cè)量，可分析出設(shè)計(jì)肋位與實(shí)測(cè)肋位之差、設(shè)計(jì)半寬與實(shí)測(cè)半寬之差、點(diǎn)位的三維坐標(biāo)之差等信息，依據(jù)這些信息對(duì)分段進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到位后即可封焊，分段合攏結(jié)束。?將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)保存后通過數(shù)字化船塢/船臺(tái)軟件中的船體分析模塊對(duì)整船進(jìn)行分析。（4）漂浮定位：?船舶在船塢中制造時(shí)，為了增加進(jìn)度和縮短船舶總裝周期，一個(gè)船塢中經(jīng)常擺放多條半船，所以就會(huì)出現(xiàn)船舶漂浮定位；?漂浮定位時(shí)，首先在整船或半船的中心部位貼上標(biāo)志靶，采用數(shù)字化船塢系統(tǒng)時(shí)只需在數(shù)字化船塢軟件中【艉軸參數(shù)設(shè)置】中改變艉軸參數(shù)，采用【儀器自由設(shè)站】模塊在船塢上建立測(cè)站，然后瞄準(zhǔn)船體上標(biāo)靶，通過數(shù)字化船塢/船臺(tái)系統(tǒng)測(cè)量定位即可。（5）船舶主尺度測(cè)量：船舶主尺度測(cè)量包括：船長(zhǎng)、型寬、型深、吃水、兩柱間距等等一些尺寸丈量。采用數(shù)字化船塢/船臺(tái)系統(tǒng)【儀器自由設(shè)站】建立測(cè)站后，直接測(cè)量點(diǎn)位即可，船長(zhǎng)和兩柱間距根據(jù)肋位即可得出、型寬根據(jù)半寬得出、型深和吃水根據(jù)高度得出，以上這些參數(shù)測(cè)量通過數(shù)字化船塢/船臺(tái)很容易得出，簡(jiǎn)化了以前人為數(shù)格子線。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3