李甲兵

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司，江蘇揚州 225211)

利用全站儀進行吃水與載重線標志安裝

李甲兵

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司，江蘇揚州 225211)

吃水與載重線標志的安裝是船舶建造過程中的重要環(huán)節(jié)，這不僅因為其定位安裝時精度要求較高，誤差標準范圍為±1.0mm，而且其定位的精確度直接影響到對船舶空船重量與重心位置的核定。傳統(tǒng)的安裝方法是通過樹立標桿利用水平管逐點水平測量核對來實現(xiàn)的，操作過程中不可避免的存在人為讀數(shù)誤差、標桿垂直度誤差、安裝與復核時溫度變化等因素的影響。采用新方法，一方面降低了工作量，另一方面提高了吃水與載重線標志安裝的精確度，從而縮短了船塢周期，提高了船塢利用率。

水尺標志;載重線;全站儀

吃水與載重線標志是船舶航行運輸時保證其經(jīng)濟性與安全性的重要量度之一。其作用主要有:船舶做傾斜試驗確定空船重量與船舶重心位置;核算船舶的裝載量或排水量;檢測船體變形量;評估船舶設計與建造水平等。本文提出的新方法主要是利用全站儀三維坐標測量功能簡捷精確地實現(xiàn)對船舶吃水與載重線標志的定位安裝。

1 全站儀功能介紹

全站儀是一種集光、機、電為一體的新型測量儀器，將光學度盤換為光電掃描度盤，人工光學測微讀數(shù)代之以自動記錄和顯示讀數(shù)，使測角操作簡單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動記錄、儲存、計算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進一步提高了測量作業(yè)的自動化程度。全站儀適用于專業(yè)測量、工程測量、教學培訓、精密工業(yè)安裝等方面，可自動記錄各種測量數(shù)據(jù)(角度數(shù)據(jù)、距離數(shù)據(jù)、坐標數(shù)據(jù)、測站數(shù)據(jù))，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)，可直接與計算機進行實時雙向數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)存雙向數(shù)據(jù)傳輸。實測時，還可輸入現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓值，全站儀會自動計算大氣修正值(也可直接輸入大氣改正值)對測距結(jié)果進行修正。

2 全站儀三維坐標測量原理

全站儀調(diào)好水平后即可確定測站點的三維坐標為(X0，Y0，Z0)。當測站與后視方位角設置完成后即可測定目標點的三維坐標(X1，Y1，Z1)，其三維坐標計算公式為:

式中:Y0為測站點Y坐標;S為斜距(儀器站距被測目標的直線距離);Z為天頂距(測線與垂直方向的夾角);Az為坐標方位角;X0為測站點X坐標;Z0為測站點Z坐標;ih為儀器高度;fh為目標點高度。

全站儀三維坐標測量原理圖如圖1所示。

圖1 全站儀三維坐標測量原理圖

根據(jù)測站點與目標點坐標的測量與對比計算，可以將吃水標志高度值變化簡化為Z方向上的公差為100 mm的等差數(shù)列變化。

3 吃水與載重線標志測量安裝

在做吃水與載重線標志前最關鍵的一步，就是測量全船基線和相應的撓度變化，并確認船舶型深是否符合CSQS造船質(zhì)量規(guī)范。載重線的勘劃起自平板龍骨上緣，而水尺起自平板龍骨下緣，相差一個平板龍骨的板厚，所以吃水標志測量是以船舯龍骨板的下緣為基準點并將船舯此處的撓度計算在內(nèi)。先將所測基線返到船臺標桿或船塢的塢墻上，并向下移動一個龍骨板厚與此處撓度的和即為水尺的零點。由零點開始沿Z方向向上選擇好目標點后，敲洋沖點并用直角尺隨全站儀激光做2條直角邊以保證水尺的正確定位安裝。

為保證吃水標志在同一條垂直線上同時簡化計算程序，可將全站儀正對于吃水標志安裝時所對應的肋位上。由于吃水標志的字母高度與上下間隔均為100 mm，而測站點與目標點的X方向的坐標值不變，僅關心Z方向的值是否按公差為100 mm的等差數(shù)列變化即可。另外，在船臺進行安裝時需將傾斜度考慮進去。其艏舯艉3處的吃水標志安裝示意圖分別如圖2～圖4所示，圖中尺寸單位為mm。

圖2 船艏吃水標志安裝示意圖

圖3 船舯吃水標志安裝示意圖

吃水標志安裝時先利用全站儀找到基線點Z1，將此處的撓度考慮進去得到目標點Z2=Z1+△h。由于吃水標志的堪畫點起于龍骨板下緣，故將龍骨板厚度d減去得目標點Z3=Z2-d，也就是圖中所示目標點1。以Z3所在方向上的值為0點，向上按等差數(shù)列進行取值找點即可。載重線的安裝原理與吃水標志相同，只是不用計算龍骨板厚，而是從基線點處算起。載重線標志安裝示意圖如圖5所示。

圖4 船艉吃水標志安裝示意圖

圖5 載重線標志安裝示意圖

4 新方法與傳統(tǒng)方法的比較

傳統(tǒng)方法需要樹立標桿并測量前后左右的垂直度，以保證標桿筆直。將經(jīng)過校準后的大尺綁于標桿上時，由于高度過大會導致部分彎曲從而產(chǎn)生誤差;用水平管將吃水標志與大尺上的相應值一一測量核對工作量大，且人為讀數(shù)誤差無法避免。全船基線交驗時要求船體與周圍環(huán)境溫度差要小，以減少艏艉翹變引起的誤差。傳統(tǒng)安裝方法往往在夜間安裝，白天檢查，溫度差導致的誤差不可避免。

采用全站儀測量安裝只需將目標點敲上洋沖點，并用直角尺隨激光點做直角邊，白天按晚上所畫坐標安裝即可，不用擔心人為讀數(shù)和溫度變化引起的誤差，大大降低了工作量。此外全站儀還可以對溫度和大氣壓值進行修正，進一步提高了精確度。

［1］ 岳德仲，衡錦柏.水尺標志堪劃與吃水量計［J］.中國船檢，2010，(7):88-89.

［2］ 陸俊岫.船舶建造質(zhì)量檢驗［M］.黑龍江:哈爾濱工程大學出版社，1996.

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2011-04-28

李甲兵(1983-)，男，助理工程師，主要從事質(zhì)量檢驗與控制工作。