一種船舶型值測量方案及精度研究

劉建全

（武漢船舶職業技術學院，湖北武漢 430050）

對船舶設計而言，出于成本和效率的原因，目前多采用母型船改造的設計方法，母型船法設計需要翔實的母型船數據以供參考，但有時沒有現成的母型船型線數據時就需要通過測量得到。同樣在船舶建造階段，無論是船舶構件加工或分段裝配等工序，都需要進行實時的船舶測量以有效控制加工、裝配精度和工程質量，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計方法，提出保證測量精度的措施，可用于船舶設計中母船的測量或船舶建造中的精度控制。

1 測量方案的設計

確定船舶的型線特征，只要測得船舶各站站線上特征點的三維坐標，經后期的數據處理就可以得到光順的船舶型線，并得到船舶型值。測量方案需要結合測量對象、儀器設備、精度要求等實際情況進行專門設計。本文介紹的船舶測量方案使用光學經緯儀及其配套設備，并采用測角法原理。

對實船進行實施測量時需要作一些準備工作，標記船體各站線上的特征點，這些特征點須能夠反映船體的型線特征。

如圖1所示，圖中D 點為船體站線上的待測點，在船體外圍水平地面上選定兩點A、B作為放置測量儀器的置鏡點，以直線AB 的方向為X 軸向建立三維直角坐標系，其中A 點作為坐標系原點，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，測出水平角夾α、豎直角γ，再將儀器放置于B點，測出水平夾角β、豎直角θ，

所以

則待測點D 的三個坐標分別為

圖1 測量原理示意圖

2 測量方案的精度分析

為估計測量誤差，以誤差傳播理論為依據對該測量方案進行精度評估。

2.1 誤差傳播定律

測量精度可以用中誤差來衡量。

設存在函數關系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，利用函數關系求間接量Y時的中誤差M 滿足一下關系式

2.2 型值測量結果的精度評估

測量出的船體型值實為測量點D 的三維坐標，但應注意測量結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系。

設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等方法來提高。按誤差傳播理論，考慮各量之間的幾何關系，間接測量距離AC的中誤差應為

同理，按公式（1）～（6）間接測量D 點的坐標時，經過簡單的數學推導，坐標XD 的中誤差為

坐標YD 的中誤差為

坐標ZD 的中誤差為

3 提高測量精度的措施

提高測角精度。使用精度足夠的經緯儀，采取盤左、盤右讀數取中數等方法，盡量消除儀器誤差的影響。盡量減小觀測誤差，儀器應嚴格對中、整平，并按照精度要求確定測回數。

必須考慮船身不正的影響。在標記測點時應保證測點的位置合理、規范；應測出船舶的傾斜數據，在數據后處理時先進行坐標系轉換以消除船身不正的影響，然后才可以用AutoCAD 進行船體橫剖線及光順處理。

4 結 語

采用光學經緯儀可以對船舶進行一定精度的測量，并根據精度要求設計測量方案，確定測回次數。由于測距的不方便，采用光學經緯儀測量大型船舶型值時更適合采用測角法。型線變化劇烈處，局部細節的測點需要加密，否則精度不易保證，可以考慮輔助其他測量方法提高精度。光學經緯儀的型值測量數據必須進行后處理，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，這樣的測量結果在計算船舶排水量時精度是足夠的。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，通過插值得到標準的型值。

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