一种船舶型值测量方案及精度研究

刘建全

（武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050）

对船舶设计而言，出于成本和效率的原因，目前多采用母型船改造的设计方法，母型船法设计需要翔实的母型船数据以供参考，但有时没有现成的母型船型线数据时就需要通过测量得到。同样在船舶建造阶段，无论是船舶构件加工或分段装配等工序，都需要进行实时的船舶测量以有效控制加工、装配精度和工程质量，因此对于船舶测量方案的研究是很有意义的。

本文介绍一种船舶型线测量方案，给出测量原理，探讨测量方案的精度设计方法，提出保证测量精度的措施，可用于船舶设计中母船的测量或船舶建造中的精度控制。

1 测量方案的设计

确定船舶的型线特征，只要测得船舶各站站线上特征点的三维坐标，经后期的数据处理就可以得到光顺的船舶型线，并得到船舶型值。测量方案需要结合测量对象、仪器设备、精度要求等实际情况进行专门设计。本文介绍的船舶测量方案使用光学经纬仪及其配套设备，并采用测角法原理。

对实船进行实施测量时需要作一些准备工作，标记船体各站线上的特征点，这些特征点须能够反映船体的型线特征。

如图1所示，图中D 点为船体站线上的待测点，在船体外围水平地面上选定两点A、B作为放置测量仪器的置镜点，以直线AB 的方向为X 轴向建立三维直角坐标系，其中A 点作为坐标系原点，AB水平距离作为三角测量的基线，该水平距离需要保证一定的精度。

将仪器放置于A点，测出水平角夹α、竖直角γ，再将仪器放置于B点，测出水平夹角β、竖直角θ，

所以

则待测点D 的三个坐标分别为

图1 测量原理示意图

2 测量方案的精度分析

为估计测量误差，以误差传播理论为依据对该测量方案进行精度评估。

2.1 误差传播定律

测量精度可以用中误差来衡量。

设存在函数关系Y=f（x1，x2，……，xn），其中x1，x2，……，xn可以通过测量得到，中误差分别为m1，m2，……，mn，由误差传播定律，利用函数关系求间接量Y时的中误差M 满足一下关系式

2.2 型值测量结果的精度评估

测量出的船体型值实为测量点D 的三维坐标，但应注意测量结果包含船壳板的厚度。船体型值的测量精度与量距精度及各种角度的测量精度都有关系。

设AB 的测距中误差为m1，水平角α、β及竖直角γ、θ的测角中误差为m2，这些中误差都可以用提高仪器精度和增加测量次数等方法来提高。按误差传播理论，考虑各量之间的几何关系，间接测量距离AC的中误差应为

同理，按公式（1）～（6）间接测量D 点的坐标时，经过简单的数学推导，坐标XD 的中误差为

坐标YD 的中误差为

坐标ZD 的中误差为

3 提高测量精度的措施

提高测角精度。使用精度足够的经纬仪，采取盘左、盘右读数取中数等方法，尽量消除仪器误差的影响。尽量减小观测误差，仪器应严格对中、整平，并按照精度要求确定测回数。

必须考虑船身不正的影响。在标记测点时应保证测点的位置合理、规范；应测出船舶的倾斜数据，在数据后处理时先进行坐标系转换以消除船身不正的影响，然后才可以用AutoCAD 进行船体横剖线及光顺处理。

4 结 语

采用光学经纬仪可以对船舶进行一定精度的测量，并根据精度要求设计测量方案，确定测回次数。由于测距的不方便，采用光学经纬仪测量大型船舶型值时更适合采用测角法。型线变化剧烈处，局部细节的测点需要加密，否则精度不易保证，可以考虑辅助其他测量方法提高精度。光学经纬仪的型值测量数据必须进行后处理，从整体上能保证型线的光顺性为原则，剔除测得不好的坏点，这样的测量结果在计算船舶排水量时精度是足够的。后处理可以用autocad绘制样条曲线的功能，绘制出船舶的三维图形后，通过插值得到标准的型值。

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