阅读说明：本技术 一种基于船体分段结构的三维测量数据精度评价方法 (Three-dimensional measurement data precision evaluation method based on hull segmented structure ) 是由 甄希金 周清 孔宁 续爱民 喻天祥 吕建军 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：一种基于船体分段结构的三维测量数据精度评价方法,包括步骤：S100、选取船体分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中的3个拟合点；S200、将3个实测点与3个理论点按次序拟合；S300、计算其余实测点与其余理论点的三维偏差值；S400、调整船体分段三维测量数据的偏差；S500、计算调整偏差后其余实测点与其余理论点的三维偏差值；S600、汇总三维偏差状况,制定船体分段的修整方案。本发明采用“三点拟合”方法,按次序拟合,可最大程度地满足分析的主次需求,保证了重要部位的偏差分布,减少了后续调整量,并且使拟合状态存在调整余地；部分偏差可通过调整消除,使拟合状态更合理,更接近分段建造状态。(A three-dimensional measurement data precision evaluation method based on a ship body segmented structure comprises the following steps: s100, selecting 3 fitting points in three-dimensional measurement data of the ship body segments and theoretical model data of the ship body segments; s200, fitting the 3 actual measurement points and the 3 theoretical points in sequence; s300, calculating three-dimensional deviation values of the rest actual measurement points and the rest theoretical points; s400, adjusting the deviation of three-dimensional measurement data of the ship body segments; s500, calculating three-dimensional deviation values of the rest actual measurement points and the rest theoretical points after the deviation is adjusted; s600, summarizing three-dimensional deviation conditions and making a hull section trimming scheme. The method adopts a three-point fitting method, and the three-point fitting method is adopted to fit in order, so that the primary and secondary requirements of analysis can be met to the greatest extent, the deviation distribution of important parts is ensured, the subsequent adjustment amount is reduced, and the fitting state has an adjustment room; and partial deviation can be eliminated by adjustment, so that the fitting state is more reasonable and is closer to the segmented building state.)

一种基于船体分段结构的三维测量数据精度评价方法

技术领域

本发明属于船体测量技术领域，具体地说是一种基于船体分段结构的三维测量数据精度评价方法。

背景技术

船体分段结构的测量数据需经过精度评价才能掌握其状态，即运用精度评价方法对船体分段结构的测量数据与设计数据进行拟合匹配与偏差比对，对问题点做出判断，进而确定合理的修整方案。而船体分段结构的三维测量数据抛开单个结构数据的表达方式，是使用分段结构上点的三维坐标来构建实际分段形状。基于这种特点，应通过将各测量数据构建的实际分段形状与理论分段形状进行数据精度拟合的方法来实现三维分析。这种分析方法既能充分地从总体上把握分段状态，又能从主到次地分析各个具体结构问题点，分析结果较为全面、完善。

三维测量数据精度拟合，是将全站仪采集的船体分段结构点的三维坐标与分段理论模型点的三维坐标进行对应匹配的过程。通过定义少数点的匹配关系将两者进行匹配，得到拟合状态后再在拟合状态下计算非定义点之间的偏差。拟合中所定义的点必然是一些关键点，这些点反映分段的主要状态、重要结构或建造基准，对应于船体分段结构的特征分别是：上胎板、强结构、基准线，根据结构特征，传统方式可通过面拟合、结构拟合、基准线拟合的拟合方法来实现。

上述三种拟合方法的计算原理相同，区别在于所定义的点构成不同的结构。但由于各定义点的重要性有所差异，单纯地将所有定义点的偏差计算到整体最小的状态并不能满足实际分析需求，故按定义点的重要性决定拟合顺序，即“三点拟合”方法更为合理。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于船体分段结构的三维测量数据精度评价方法。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种基于船体分段结构的三维测量数据精度评价方法，采用现有船舶设计软件，包括以下步骤：

S100、根据要评价的船体分段，选取船体分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中的3个拟合点，其中，船体分段三维测量数据中的3个点为实测点，船体分段理论模型数据中的3个点为理论点；

S200、将船体分段三维测量数据中的3个实测点与船体分段理论模型数据中的3个理论点按次序拟合：将第1实测点与第1理论点完全重合，再将第1、2实测点构成的直线与第1、2理论点的直线重合，最后将第1、2、3实测点构成的平面与1、2、3理论点构成的平面重合；

S300、计算船体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值；

S400、根据S300中的三维偏差值，调整船体分段三维测量数据的偏差；

S500、计算调整偏差后的船体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S600、汇总S300至S500中的船体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差状况，制定船体分段的修整方案。

(1)所述船体分段为底部分段。

所述S100中，以外底板为基面正造时，选取外底板的艏端中心点为第1拟合点、艉端中心点为第2拟合点，或者，以内底板为基面反造时，选取内底板的艏端中心点为第1拟合点、艉端中心点为第2拟合点；选取内底板与外板的交点、或上口外板肋检线点为第3拟合点。

所述S400中，调整底部分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、将内底板和外底板水平调平；

S402、调整艏艉端中纵桁的半宽偏差；

S403、调整上口肋板和肋骨的纵向偏差、以及底部分段艏艉端的端差偏差。

(2)所述船体分段为舷侧分段。

所述S100中，选取艏端甲板与外板的交点为第1拟合点，选取艉端甲板与外板的交点为第2拟合点，选取基准水线点、舷侧纵桁与外板的交点、下口肋检线点、或下口强结构点为第3拟合点。

所述S400中，调整舷侧分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、调整舷侧外板水平；

S402、调整下口结构的纵向偏差和舷侧分段艏艉端的端差偏差。

(3)所述船体分段为半立体分段。

所述S100中，选取平台板的艏端中心点为第1拟合点、艉端中心点为第2拟合点，选取平台板与外板的交点、或外板下口肋检线点为第3拟合点。

所述S400中，调整半立体分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、调整平台板水平；

S402、调整下口外板的半宽偏差；

S403、调整下口骨材的纵向偏差和半立体分段艏艉端的端差偏差。

(4)所述船体分段为艏艉立体分段。

所述S100中，选取平台板的艏端中心点为第1拟合点、艉端中心点为第2拟合点，选取平台板与外板的交点、龙骨底的中心点、或舷侧外板肋检线点为第3拟合点。

所述S400中，调整艏艉立体分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、调整平台板水平；

S402、调整合拢口结构的偏差；

S403、调整外板的线形偏差和艏艉立体分段艏艉端的端差偏差。

本发明对船体分段采用“三点拟合”方法，先从船体分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中选取3个拟合点，按次序将其一一拟合，再计算出其余点的三维偏差值，调整船体分段三维测量数据的偏差，再次计算三维偏差值，最后汇总各结构偏差状况，制定修整方案。该“三点拟合”方法可最大程度地满足分析的主次需求，使拟合状态更接近分段建造状态，次序保证了重要部位的偏差分布，减少了后续调整量。而且本发明与传统数据的分段分析情况类似，以初步拟合状态作为分析状态并不可取，故本发明将部分偏差通过调整消除，使拟合状态存在调整余地；另一方面，受船体分段结构特点与建造环境的影响，部分结构偏差实际修整困难较大，需要将偏差转换至其他部位，因此只有经过调整，充分考虑各方面因素后，才能得到合理的拟合状态。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明一典型的底部分段的拟合点选取示意图。

图3为本发明一典型的舷侧分段的拟合点选取示意图。

图4为本发明一典型的半立体分段的拟合点选取示意图。

图5为本发明一典型的艏艉部分段的拟合点选取示意图。

图6为本发明一点对点偏差的示意图。

图7为本发明一点根据型线作偏差的示意图。

图中部件标号如下：

a第1拟合点

b第2拟合点

c第3拟合点。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

如图1所示，一种基于船体分段结构的三维测量数据精度评价方法，采用现有船舶设计软件，包括以下步骤：

S100、根据要评价的船体分段，选取船体分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中的3个拟合点，其中，船体分段三维测量数据中的3个点为实测点，船体分段理论模型数据中的3个点为理论点。

S200、将船体分段三维测量数据中的3个实测点与船体分段理论模型数据中的3个理论点按次序拟合，具体为：将第1实测点与第1理论点完全重合，再将第1、2实测点构成的直线与第1、2理论点的直线重合，最后将第1、2、3实测点构成的平面与1、2、3理论点构成的平面重合，此为船体分段的拟合状态。

S300、计算船体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S400、根据S300中的三维偏差值，调整船体分段三维测量数据的偏差。

S500、计算调整偏差后的船体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S600、汇总S300至S500中的船体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差状况，制定船体分段的修整方案。

典型的船体分段结构分为4个船体分段，分别为底部分段、舷侧分段、半立体分段、艏艉立体分段。

底部分段：双层底结构，主要位于主船体底部，不包括艏艉立体分段，其由内底板、外底板、以及双层底内部的纵横骨架组成，部分分段中口带肋骨。

舷侧分段：单壳或双壳结构，主要位于主船体舷侧，其由舷侧外板、内壳板、甲板、下口肋骨组成。

半立体分段：半立体结构，主要位于主船体上部、上建，其由一块平台板和舷侧外板组成，常带有横纵舱壁。

艏艉立体分段：盒状半封闭结构，主要位于艏艉部，其由平台板、外板、横舱壁或艉封板组成。

针对上述典型的4个船体分段的三维测量数据精度评价方法，请见下文。

(一)底部分段。

典型的底部分段主要包括内底板、外底板、中纵桁。建造方式有以外底板为基面正造和以内底板为基面反造两种形式。建造时，优先保证外底板或内底板水平即为建造基面水平，再保证中纵桁处艏艉口中心线，最后调整其他结构。其中，以外底板为基面正造时，优先保证外底板水平；以内底板为基面反造时，优先保证内底板水平。

底部分段的三维测量数据精度评价方法，采用现有船舶设计软件，包括以下步骤：

S100、选取底部分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中的3个拟合点：如图2所示，以外底板为基面正造时，选取外底板的艏端中心点为第1拟合点a、艉端中心点为第2拟合点b，或者，以内底板为基面反造时，选取内底板的艏端中心点为第1拟合点a、艉端中心点为第2拟合点b；选取内底板与外板的交点、或上口外板肋检线点为第3拟合点c。

S200、将底部分段三维测量数据中的3个实测点与船体分段理论模型数据中的3个理论点按次序拟合。

S300、计算底部分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S400、底部分段的焊接量主要集中于双层底内部的纵横骨架、上口双壳结构中的肋板、肋骨的角焊缝，常见偏差为内底板和外底板的水平偏差、上口肋板的宽度偏差、底部分段艏艉端的端差偏差，故根据S300中的三维偏差值，调整底部分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、将内底板和外底板水平调平：主要通过绕船体坐标系的X轴旋转左右舷的方法来调整；若内底板和外底板水平不同步，则调至折中状态，或者，优先保证内底板水平或内底板上含主机基座的分段水平。

S402、调整艏艉端中纵桁的半宽偏差：一般情况下，中纵桁与内底板、外底板的交点含有部分拟合点，拟合后其半宽偏差常为0，但需综合考虑其它纵桁和上口肋板的半宽偏差情况；若其它纵桁和上口肋板的半宽一边偏大、一边偏小，则中纵桁的实际装配精度可能存在问题，此时需在10mm左右的范围内作适当的平移调整中纵桁，使其他纵桁和上口肋板的左右偏差互相抵消，偏差转移到中纵桁上后再调整中纵桁的半宽偏差。

S403、调整上口肋板和肋骨的纵向偏差、以及底部分段艏艉端的端差偏差：主要通过平移与绕Z轴旋转的方法来调整；先将上口肋板和肋骨的纵向偏差调小，在此基础上观察底部分段艏艉端的端差情况；若底部分段艏艉端的端差超差但小于5mm，则可牺牲少量上口肋板和肋骨的纵向偏差，使端差进入标准范围；若底部分段艏艉端的端差超差大于等于5mm，则保证上口肋板和肋骨的纵向偏差，不作调整。

至此，可将底部分段的拟合状态调整至最佳。

S500、计算调整偏差后的底部分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S600、汇总S300至S500中的底部分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差状况，制定底部分段的修整方案。

(二)舷侧分段。

典型的舷侧分段有单壳和双壳两种结构，常见为单壳结构，主要包括舷侧外板、甲板、横壁板、肋骨。建造方式一般为以外板为基面侧造。

舷侧分段的三维测量数据精度评价方法，采用现有船舶设计软件，包括以下步骤：

S100、如图3所示，选取舷侧分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中的3个拟合点：选取艏端甲板与外板的交点为第1拟合点a，选取艉端甲板与外板的交点为第2拟合点b，选取基准水线点、舷侧纵桁与外板的交点、下口肋检线点、或下口强结构点为第3拟合点c。

S200、将舷侧分段三维测量数据中的3个实测点与船体分段理论模型数据中的3个理论点按次序拟合。

S300、计算舷侧分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S400、舷侧分段的焊接量主要集中在双壳内部肋骨、肋板框、舷侧纵桁等结构角焊缝，常见偏差为下口的水平偏差、下口结构的纵向偏差(即错位)、舷侧分段艏艉端的端差偏差，故根据S300中的三维偏差值，调整舷侧分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、调整舷侧外板水平：由于拟合点通常选在外板上，故舷侧外板拟合后的水平状态一般即达到目的，但下口常出现波浪变形，需根据其他结构偏差状况，通过绕X轴旋转调整来寻求一个更好的状态，在不使甲板垂直度发生不合理偏差的基础上，使下口的更多肋位水平偏差能达到精度标准。

S402、调整下口结构的纵向偏差和舷侧分段艏艉端的端差偏差：原理和取舍要求均与底部分段中的S403类似，在下口结构的纵向偏差和舷侧分段艏艉端的端差偏差之间找到舷侧分段的最佳的拟合状态。

S500、计算调整偏差后的舷侧分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S600、汇总S300至S500中的舷侧分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差状况，制定舷侧分段的修整方案。

(三)半立体分段。

典型的半立体分段主要包括平台板、舷侧外板与甲板的交点。建造方式为以平台板为基面反造。

半立体分段的三维测量数据精度评价方法，采用现有船舶设计软件，包括以下步骤：

S100、如图4所示，选取半立体分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中的3个拟合点：选取平台板的艏端中心点为第1拟合点a、艉端中心点为第2拟合点b，选取平台板与外板的交点、或外板下口肋检线点为第3拟合点c。

S200、将半立体分段三维测量数据中的3个实测点与船体分段理论模型数据中的3个理论点按次序拟合。

S300、计算半立体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S400、半立体分段的主要偏差为平台板的水平偏差、下口外板的半宽偏差、下口肋骨的纵向偏差、纵横舱壁板的垂直度偏差、半立体分段艏艉端的端差偏差，故根据S300中的三维偏差值，调整半立体分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、调整平台板水平：平台板水平的主要参考点为其四角和艏艉端中心点，对下口无余量的半立体分段，还需兼顾舷侧外板下口高度的偏差情况，综合考虑调整幅度；在8mm左右范围内，需优先保证下口左右舷平齐、不出现短尺，再适当调整平台板水平使各点偏差趋小。

S402、调整下口外板的半宽偏差：对下口无余量的分段，综合考虑平台板上的骨材、纵舱壁、以及中心线的半宽情况后调整，尽可能使更多肋位的半宽偏差达到精度标准；对下口有余量且外板高度方向有线形的分段，先计算余量对半宽的影响或事先要求测在余量线上，在掌握真实半宽偏差的基础上，按无余量情况的取舍方式进行调整。

S403、调整下口骨材的纵向偏差和半立体分段艏艉端的端差偏差：原理和取舍要求均与底部分段的S403类似，在下口骨材的纵向偏差和半立体分段艏艉端的端差偏差之间找到半立体分段的最佳的拟合状态。

S500、计算调整偏差后的半立体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S600、汇总S300至S500中的半立体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差状况，制定半立体分段的修整方案。

(四)艏艉立体分段。

典型的艏部/艉部立体分段主要包括平台板、舷侧外板、横舱壁或艉封板，仅有1～2个对接合拢口，建造方式均为以平台板为基面反造。

艏艉立体分段的三维测量数据精度评价方法，采用现有船舶设计软件，包括以下步骤：

S100、选取艏艉立体分段三维测量数据和船体分段理论模型数据中的3个拟合点：如图5所示，选取平台板的艏端中心点为第1拟合点a、艉端中心点为第2拟合点b，选取平台板与外板的交点、龙骨底的中心点、或舷侧外板肋检线点为第3拟合点c。

S200、将艏艉立体分段艏艉立体分段三维测量数据中的3个实测点与船体分段理论模型数据中的3个理论点按次序拟合。

S300、计算艏艉立体分段三维测量数据中的其余实测点与船体分段理论模型数据中的其余理论点的三维偏差值。

S400、由于艏艉立体分段的非合拢口结构的测量较少，因此艏艉立体分段的主要偏差为合拢口结构的偏差、平台板的水平偏差、外板的线形偏差、艏艉立体分段艏艉端的端差偏差，故根据S300中的三维偏差值，调整艏艉立体分段三维测量数据的偏差，包括以下步骤：

S401、调整平台板水平：除平台板各点水平外，还需根据龙骨底中心线的情况来调整，在反造的状态下，一般在实际建造时将龙骨底和平台板的中心线对齐，调整需体现这种状态；若艏艉立体分段的下口不封闭，则与半立体分段的S401中的一样，需兼顾下口两舷侧外板的高度偏差，综合考虑调整幅度。

S402、调整合拢口结构的偏差：一般指艏艉立体分段艏艉端纵向结构的半宽方向偏差，包括中心线偏差，优先保证中心线，再兼顾其他结构，调整尽量使用平移手段。

S403、调整外板的线形偏差和艏艉立体分段艏艉端的端差偏差：如图5所示，对仅有纵向1个对接合拢口的分段，线形偏差主要指舭部的线形偏差；如图6和图7所示的59点三维偏差图标签，在外板线形点三维偏差的基础上，通过估算将各点的三维偏差转换为线形偏差，算出实际线形偏差值，据此调整外板的线形偏差和艏艉立体分段艏艉端的端差偏差。

S404、调整下口外板的线形偏差：对艏艉立体分段的下口有对接合拢口的分段，参照S403，在纵向对接合拢口外板线形点三维偏差的基础上，通过估算将各点的三维偏差转换为线形偏差，算出实际线形偏差值，据此调整纵向对接合拢口外板的线形偏差，再按半立体分段的S402调整下口外板线形。

经梳理，针对以上4个典型的船体分段的拟合方案如表1所示。

表1典型分段拟合分析方案

分/总段类型	拟合分析方案
		底部分段	基准线拟合、结构拟合
舷侧分段	基准线拟合、结构拟合
		半立体分段	面拟合、基准线拟合
艏艉立体分段	面拟合、基准线拟合

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。