全站儀在船體分段合攏中的應用

黃 斐, 厲文耀

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

全站儀在船體分段合攏中的應用

黃 斐, 厲文耀

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

隨著造船精度要求的不斷提高，全站儀取代了傳統造船測量工具，廣泛運用于船體分段建造，船體合攏以及主機安裝等方面的精確定位和數據測量，成為造船測量的一種重要設備，在現代船舶建造中扮演著重要的角色。該文基于全站儀的工作原理，結合物探船典型分段建造和合攏現場，研究了全站儀在船體分段合攏中的應用。

全站儀 船體建造 精度測量

1 前言

傳統造船測量中，被普遍使用的測量設備主要包括鋼尺、角尺、光學水平儀、經緯儀等，上述傳統工具具有操作簡單、成本低等優點，但其精度和效率較低[1]。隨著船體建造精度要求的不斷提高，國外先進造船企業及國內骨干船廠，已逐步開始使用如激光經緯儀、全站儀、攝像測量儀等先進高精度測量設備來代替傳統測量設備。

全站儀集測角、測距于一體，測量范圍較大，通過利用標靶瞄準測定，可采集斜距、天頂距(豎直角、水平角)等數據[2]，同時與PDA及數據測量軟件相結合，組成精度測量系統，快速獲取測點在特定坐標系下的三維坐標，從而得到物體的實際尺寸。

2 全站儀基本組成及測量原理

全站儀基本組成包括中央處理單元、存儲單元及輸入輸出單元等[3]，如圖1所示。其主要功能是測量水平角、豎直角及傾斜距離等數據。

全站儀運行原理是通過輸入測站點坐標、起始方位角等基礎數據到輸入單元，然后利用設定的基準點，計算、顯示和輸出所需要的測量點與基準點之間的方位角、水平距離、高差以及測量點的三維坐標等。

同時全站儀利用其與計算機之間的接口，可以將測量結果輸出到計算機中進行計算和編輯等進一步的加工處理。所以電子全站儀配合計算機測圖能夠實現測量的高度自動化。

圖1 全站儀的基本構成

全站儀實現電子測距的功能，其主要原理是利用電磁波測定電磁波在被測距離上往返傳播的時間來求得距離值，實際操作過程中主要有兩種方法[4]。一種是脈沖法，即利用全站儀光源發射一束極窄的光脈沖射向目標，同時輸出一電脈沖信號，打開電子門讓標準頻率發生器產生的時標脈沖通過并對其進行計數，光脈沖被目標反射后回到發射器，同樣產生一電脈沖，關閉電子門終止時標脈沖通過；另一種是相位法，即由儀器連續發射的電磁波正弦信號在被測距離上往返傳播所產生的相位差，根據相位差來得到距離。

全站儀實現電子測角的功能，其實質是用一套角碼轉換系統來代替傳統的光學讀數系統。目前，這套轉換系統有兩類：一類是采用光柵度盤的所謂“增量法”測角；一類是采用編碼度盤的所謂“絕對法”測角。

3 全站儀測量工作程序

根據船舶船體建造的特點，利用全站儀對船體建造進行測量主要有以下幾步工作流程。

(1) 選取所需測量點。通過在船舶設計模型上選取所需測量點，提取對應位置坐標的理論值，同時生成測量檢查表格，供現場測量時對照使用。

(2) 現場數據采集。根據所選測量點的理論數據，根據船體特點，選取適當的基準點(一般選取固定物，如船塢壁等)，設定測量方案，獲取所需測量點的實際值。

(3) 實測值精度分析。通過現場采集的實測數據，與船舶模型選取的理論值進行對比分析，獲得三維誤差，同時生成船舶精度測量報表。根據報表，對結構進行重新劃線，并修整。

(4) 模擬搭載。利用船舶設計模型，按照測量點的實際數據，重新進行模擬搭載試驗，分析船舶搭載過程中產生的段差、高差以及重疊的現象，并讀取誤差，生成模擬搭載報表，指導現場搭載定位。

(5) 現場搭載定位。以模擬搭載結果作為定位基準，搭載過程中，測量選取精度控制點(至少三個)，計算出其與基準段間的三向偏向量，根據偏差提示，實現搭載準確定位。

4 全站儀在物探船典型分段合攏中的應用實例

船體建造中一般艉部軸系部位、機艙部位、艏部等外板線形變化較大或定位安裝精度要求較高的分段，應進行重點檢測[5]。

下面以物探船的艉部分段為例，說明全站儀在船體合攏中的應用。

(1) 首先導入所選分段的設計模型。為選取測量點，首先需要將分段模型導入，如圖2所示。

圖2 物探船艉部分段模型圖

(2) 選取精度測量點。

主要選取設計模型中結構外輪廓線上的點或結構交錯點，如圖3所示。

(3) 室外分段精度測量。

根據選取的理論測量點，在現場分段相應位置貼上移動標靶并現場測量，如圖4所示。

(4) 結果分析。將全站儀中的實測數據讀取并導入計算機，對分段數據做三點對齊，并輸出報表，如表1所示。

圖3 選取精度測量點

圖4 測量現場圖

XX船廠船名分段編號測量單位校對測量日期測量點X理論(誤差)Y理論(誤差)Z理論(誤差)17500(-8.73)11786(-9.63)6600(-32.79)27500(0)0(0)6600(0)37500(-13.18)-11786(-3.25)6600(-0.20)47500(-4.34)-1238(15.06)3212(-5.21)57504(-14.57)0(5.34)2884(-8.26)67500(-3.20)1238(-6.89)3212(-4.01)77500(-6.95)1238(1.16)0(-4.32)87500(0)0(0)0(-12.44)97500(-6.10)-1238(1.96)0(-1.58)1016950(4.05)11998(-2.44)6600(0.16)1116950(2.99)0(0)6600(7.38)1216950(-4.05)-11998(-4.31)6600(3.56)1316950(11.91)-1238(4.99)1155(8.95)1416950(7.47)0(-4.3)972(3.08)1516950(8.08)1238(-15.90)1155(3.36)1616950(8.88)-1238(4.87)0(8.7)

(5) 指導搭載定位。當測量完成后，將全站儀上所測量的分段數據及其分段搭載環境的數據分別導入到精度管理系統以后，系統自動會就搭載對齊點做搭載偏差分析，并將偏差以標簽的方式顯示出來，以便能夠直觀看到分段搭載的偏差情況，如圖5所示。

圖5 艉部分段現場測量圖

分析模擬搭載結果，對有偏差的地方進行分析，找出原因，進行修正，以指導現場搭載，如圖6所示。

圖6 分段搭載圖

實踐證明，在船體分段合攏過程中，使用全站儀進行精度測量，不僅可以解決如脫胎測量、模擬搭載及搭載誤差分析等解決傳統測量方法難以解決的問題，而且可以顯著提高測量效率，減少勞動強度，提高搭載精度。

同時在分段精度測量的過程中也發現了一些問題，全站儀在船體建造中的使用有待在以下兩個方面進一步加強完善。

(1) 進一步簡化三維測量方法的操作和應用，以使檢測人員測量更自由、更方便，測量時間更短。

(2) 加強管系、支架等內部舾裝件的三維檢測，以提高分段的完整性和分段的合攏精度。

5 結束語

實際上，全站儀除可應用于船體分段建造及合攏時的精度測量，在船體建造現場還包括更廣泛的應用，如在船體建造中進行尺寸測量、平整度和角直面檢驗、水線標定、余量切割劃線等工作，在船體裝配中進行四角水平檢測、艙壁垂直度檢測及定位長、寬、高度檢測等。全站儀結合計算機精度管理系統或數據分析軟件，將會推動造船精度控制的進一步發展。

[1] 王永明，李明峰，朱振宇等.基于全站儀的造船精度控制測量算法研究[J].礦山測量，2010,2:72-75.

[2] 劉善德，楊成龍等.推進造船精度管理需要先進的體制與測量手段[J].中國造船工程學會學術論文集，2009.

[3] 許為民，李孝燕.全站儀快速操作方法探討[J].安徽農學通報，2007,13(19)：336-337.

[4] 鐘勇，崔文春.全站儀的基本測量原理[J] .中國勘察設計，2009,9:40-42.

[5] 施克非.船體裝配工[M].北京：國防工業出版社，2008.

The Application of Total Station in Hull Block Assembly

HUANG Fei， LI Wen-yao

(Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute, Shanghai 200032, China)

The total station replaces the traditional shipbuilding measuring tool and becomes an important equipment in modern shipbuilding measurement with the continuously improvement of shipbuilding precision requirement. The total station is widely used in accurate positioning and data measuring in hull construction, hull block assembly and main machine installation. Based on the working principle of the total station, combining with the typical section construction and block assembly in geophysical ship, the application of total station in hull block assembly is studied.

Total station Hull construction Accuracy measurement

黃 斐(1984-)，男，工程師。

U662

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