本发明属于船上设备安装
技术领域：
，涉及一种无需调查船上坞的调查设备安装测量方法和安装测量系统。
背景技术：
：大型科考船船底安装大型的精密测量设备，对安装的测量精度要求比较高。现有技术的做法是：通过上坞，采用传统的测量方式，先做控制网，然后进行碎步测量，得到测量设备及其室内附属设备与船舶的位置和角度关系；但是大型科考船一旦下坞以后，如果增加或者更换侧挂设备和甲板设备，其与船舶的相对位置一般是结合船舶的结构图通过拉皮尺测量实现的，无法通过传统测量方式实现，因为船舶在靠泊的时候是动态的；而这种拉皮尺的测量方式比较粗略，准确性和可靠性不高，对于相对位置不敏感的设备来说尚可以接受。但是，如果遇到对于相对位置敏感的设备，比如多波束测深系统的姿态传感器，该测量方式则不适宜，传统的解决办法是利用船舶上坞的时候，增加或更换设备，并进行安装测量。中小型的科考船如果船底安装设备，与大型科考船一样，通过上坞来解决设备安装和测量的问题。然而很多时候，中小型的科考船测量设备都是侧挂安装。对于中型船舶来说，与大型船舶一样，通过船舶的结构图和拉皮尺测量侧挂设备及其附属甲板设备与船舶的相对位置关系。对于小型船舶来说，直接拉皮尺测量设备与船舶的相对位置关系。这种测量方式适用于侧挂设备是临时的或者安装精度要求不高的时候，也是目前海洋调查设备安装测量的主要方法。如果侧挂设备是长期的或者安装精度要求高的时候，这种方法则不适合，因为其安装精度不高，造成了测量数据的质量不高，导致了自身数据的符合性较差，中误差较大，进而影响成果数据的整体质量。综上，目前在船舶不上坞或在码头靠泊的情况下，获取海洋调查设备相对于船舶的位置关系的主要方法是结合船舶的结构图以拉皮尺方式进行测量，如果想要获得更好的测量精度，船舶必须上坞，通过传统的测量方式来获取。但是结合船舶的结构图以拉皮尺方式进行测量，精度不高，测量结果不理想，如果想要获得更好的测量精度，船舶必须上坞，通过传统的测量方式来获取，但是又会导致成本高，受到现实条件的限制。为此，需要一种安装测量方法，可以在船舶不上坞或在码头靠泊的情况下，高精度地获取海洋调查设备相对于船舶的位置关系。技术实现要素：本发明提供一种无需调查船上坞的调查设备安装测量方法和安装测量系统，以解决在调查船不上坞或在码头靠泊的情况下，如需增加或者更换对于相对位置精度要求较高的侧挂调查设备和甲板调查设备，则拉皮尺的测量方式准确性和可靠性较差，导致调查设备安装精度低的问题。为实现上述目的，本发明采用如下所述的技术方案：本发明的一种无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，包括以下步骤：第一步，在调查船上设置至少两个全站仪站位；第二步，将相邻所述全站仪站位的通视位置作为全站仪站位公共点，在所述全站仪站位公共点布置反光件；第三步，在所述全站仪站位上架设全站仪，对所述全站仪站位公共点的所有所述反光件进行测量；其中，所述反光件，可以包括相邻站位的公共点、船舶关键点以及调查设备的位置；第四步，以任一所述全站仪站位的坐标系统为基准坐标系统，将其余所述全站仪站位的测量数据坐标转换成所述基准坐标系统下的坐标；第五步，将所述全站仪站位与所述调查船的关键位置作为调查船测量点，测量所述调查船关键点，将所述调查船置于所述基准坐标系统下；第六步，建立船舶坐标系统，获得各待测的所述调查设备在所述船舶坐标系统的位置。其中，可以以船舶关键点建立船舶坐标系统，获得各待测的所述调查设备在所述船舶坐标系统的位置。优选地，第一步中，实地踏勘所述调查船上待测量的所述调查设备，结合所述调查船的总布置图，设置所述全站仪站位。优选地，第一步中，所述全站仪站位便于架设所述全站仪，其视野应开阔。优选地，第二步中，在所述调查船上所述全站仪站位可视位置设置观测点，所述观测点包括所述全站仪站位公共点、所述调查船公共点和所述调查设备安装位置观测点。优选地，第二步中，所述全站仪站位公共点的数量为至少三个。优选地，第二步中，所述全站仪站位公共点均匀分布，避免过于集中某一个方向。优选地，第三步中，在所述全站仪站位上架设全站仪时，不需要进行对中。优选地，第三步中，对所有所述观测点进行测量之前，对所述全站仪进行整平。优选地，第三步中，对能通视的所有所述反光件进行测量，绘制草图，将测量的数据保存在所述全站仪的存储件中；且逐个对所述通视位置进行测量，至所有所述通视位置全部测量完成。优选地，第四步中，将其余所述全站仪站位的测量数据坐标转换成所述基准坐标系统下的坐标；通过计算相邻所述全站仪站位坐标系统的转换参数，然后利用所述转换参数将各所述全站仪站位的测量数据坐标均转换至所述基准坐标系统下，统一所有所述观测点的坐标系统。优选地，第四步中，测量数据为观测点的坐标数据。优选地，第四步中，导出所述全站仪各所述通视位置测站的数据，可以以所述全站仪站位的第一测站t1的t1坐标系统为所述基准坐标系统，将其余所述全站仪测站的坐标转成所述t1坐标系统下的坐标。优选地，第四步中，先计算相邻所述全站仪测站坐标系统转换的九参数，然后利用转换参数将各所述全站仪测站的测点坐标均转换至所述t1坐标系统，实现所有所述全站仪测站的坐标系统统一。优选地，第四步中，利用opencoord坐标转换软件的任意旋转角转换功能，计算相邻所述全站仪测站坐标系统转换的九参数。优选地，第五步中，在所述第一测站t1测量时，测量相邻所述全站仪站位均通视位置的所述公共点，同时测量所述全站仪站位与所述调查船的通视位置的所述公共点，将所述调查船也置于所述t1坐标系统下。优选地，第六步中，根据所述调查船的总布置图，建立船舶坐标系统，直接在所述调查船总布置图的cad图上，量出各待测所述调查设备在所述船舶坐标系统的位置。优选地，第二步中，所述反光件为反光贴。优选地，第三步中，所述存储件为存储卡。一种无需调查船上坞的调查设备安装测量系统，用于实现上述安装测量方法，所述系统包括全站仪和反光件，所述全站仪架设在全站仪站位上；所述反光件布置在全站仪站位公共点上。优选地，所述全站仪站位公共点的数量为至少三个。优选地，所述系统设置有观测点，所述观测点包括所述全站仪站位公共点、所述调查船公共点和所述调查设备安装位置观测点，所述观测点位于所述调查船上所述全站仪站位可视位置。优选地，其特征在于，所述观测点上布置有反光件。优选地，所述全站仪包括存储件，所述存储件可以为sd卡。优选地，所述全站仪包括安装支架，所述支架可以为三脚架。优选地，所述系统还包括电脑，所述电脑安装有opencoord坐标转换软件。本发明的有益效果是：本发明的一种无需调查船上坞的调查设备安装测量方法和安装测量系统，解决了现有技术中调查船不上坞或在码头靠泊的情况下，增加或者更换对于相对位置精度要求较高的侧挂调查设备和甲板调查设备，拉皮尺的测量方式准确性和可靠性差，导致调查设备安装精度低的问题；该无需调查船上坞的调查设备安装测量方法和安装测量系统，通过至少两个全站仪站位，结合全站仪站位公共点和调查船公共点，完成坐标系的统一，获得各待测的所述调查设备在所述船舶坐标系统的位置，提高了所述调查设备安装测量精度。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明的无需调查船上坞的调查设备安装测量系统布局示意图。图2为本发明的船舶坐标系统下mru和多波束安装杆的安装位置俯视示意图。图3为本发明的船舶坐标系统下mru和多波束安装杆的安装位置主视示意图。图中，黑色三角形代表全站仪站位，例如第一测站t1、第二测站t2或第三测站t3；黑色圆点代表观测点，例如l1、l2、l3、l4、l5、l6，m1、m2、m3和m4、r1、r2、r3、r4、r5和r6、c1和c2、s1、s2、s3、s4、a和b、g1、g2和o1、o2、o3。黑色三角形和黑色圆点之间的连线代表全站仪站位与观测点的视线。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。实施例1科考船等调查船不上坞(靠泊码头)时，调查设备多波束换能器的安装杆采用侧挂安装于左弦后甲板，调查设备姿态传感器(mru)安装在船舶中部的地面固定架内。其调查设备可以是海洋调查设备。安装测量的主要任务为测量姿态传感器和多波束安装杆在船舶坐标系统中的相对位置关系，采用本实施例的一种无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，如图1所示，所述调查船长约40m，具体可以包括以下步骤：第一步，建立测站测量全部测点；实地踏勘所述调查船上待测量的所述调查设备，结合所述调查船的总布置图，在所述调查船上设置三个全站仪站位，所述三个全站仪站位分别为第一测站t1、第二测站t2和第三测站t3；第一测站t1布置于后甲板，第二测站t2布置于前甲板，第三测站t2布置于所述姿态传感器(mru)所在房间内。根据全站仪站位的位置，在所述全站仪站位可视位置设置观测点，所述观测点包括所述全站仪站位公共点、所述调查船公共点和所述调查设备安装位置观测点，在所述观测点上布置反光件；全站仪站位公共点包括l1、l2、l3、l4、l5和l6，m1、m2、m3和m4，r1、r2、r3、r4、r5和r6，c1和c2，所述全站仪站位公共点布置在两个相邻全站仪站位可通视的位置；所述调查船公共点包括s1、s2、s3、s4、a和b，其中s1、s3、s4为布置在船舶外轮廓上，s2布置在甲板上，a和b布置在船舶中轴线上；调查设备安装位置观测点包括g1、g2和o1、o2、o3，g1和g2布置在多波束换能器的安装杆的安装位置；o1、o2和o3布置在姿态传感器(mru)的安装位置，o1和o3代表姿态传感器(mru)航向，o2代表姿态传感器(mru)的中心。在所述三个全站仪站位上架设全站仪，对所述全站仪进行整平，所述全站仪对所有所述全站仪站位公共点、所述调查船公共点和所述调查设备安装位置观测点进行测量，测量的数据自动保存在所述全站仪的存储件中。测量完成以后，导出各测站数据，如表1至表3所示，测站的部分观测点坐标位置如图1所示。表1为第一测站t1下所述观测点的坐标表2为第二测站t2下所述观测点的坐标表3为第三测站t3下所述观测点的坐标序号编码x(m)y(m)z(m)备注1o3-t31.9869-2.21070.0822mru航向2o2-t32.1476-2.34290.0812mru中心3o1-t31.9439-2.17540.0823mru航向4r5-t31.66971.09751.11625l4-t30.85770.71780.19976l3-t30.57980.94160.20437c2-t31.06741.26992.10598c1-t31.10571.49862.10989r6-t30.82431.80431.130310r2-t31.13761.56371.942111r1-t31.38791.35561.937612r3-t31.4161.37510.2191第二步，将所有观测点置于第一测站t1坐标系统；首先，计算从t3和t2至t1的转换九参数；具体地，将存储件中的数据导入到opencoord软件，利用opencoord坐标转换软件的任意旋转角转换功能，计算相邻所述全站仪测站坐标系统转换的九参数，九参数转换法是一种适合于任意旋转角坐标转换的简便方法,该方法的原理是首先对两套坐标系下各点的坐标进行重心化,而后求得转换矩阵。假设n个点在坐标系o-xyz和o-xyz中的重心坐标为(xg，yg，zg)和(xg，yg，zg)，其计算公式为：重心化后的坐标分别记为(x′i，y′i，z′i)和(x′i，y′i，z′i),其计算公式为：认为存在如下的关系：(x′i，y′i，z′i)t＝r×(x′i，y′i，z′i)t式中，即九参数。其次，利用九参数，将t2和t3测点转换至t1坐标系统，得到了在t1坐标系统下的全部测站坐标；具体地，利用九参数将各所述全站仪测站的测点坐标均转换至所述t1坐标系统，实现所有所述全站仪测站的坐标系统统一；以全站仪站位第一测站t1的t1坐标系统作为所述基准坐标系统，将第二测站t2和第三测站t3全站仪站位的坐标转换成所述t1坐标系统下的坐标，得到了在t1坐标系统下的全部测站坐标，如表4。opencoord软件还支持地理坐标投影转换和不同椭球之间的小角度转换(布尔莎七参数法)。表4为统一在t1坐标系统下所有观测点的坐标第三步，计算船舶坐标系统下各设备的位置和角度关系；在所述第一测站t1测量时，测量相邻所述全站仪站位均通视位置的所述公共点，同时测量所述全站仪站位与所述调查船的通视位置的所述公共点，将所述调查船也置于所述t1坐标系统下；根据所述调查船的总布置图，建立船舶坐标系统，如图2和图3所示，以船舶轴线为x轴，x轴向前为正，船尾中心垂线与水线的交点为原点，船尾边线为y轴，y轴向右为正，垂直于xy平面为z轴，z轴向上为正，建立船舶坐标系统，如表5，获取姿态传感器(mru)和多波束安装杆的位置以及船舶轴线与姿态传感器的航向的夹角。表5为船舶坐标系统下姿态传感器(mru)和多波束安装杆的位置坐标第四步，精度评估；具体的，评估坐标转换精度及点位精度，如表6，t2-t1坐标系的转换精度达到dx＝1.9mm、dy＝0.6mm、dz＝0.3mm，观测点测量精度为2mm；t3-t1坐标系的转换精度达到dx＝0.5mm、dy＝0.5mm、dz＝0.2mm，观测点测量精度为0.7mm；所述观测点的位置和精度的计算可以通过excel软件手动处理；本实施的调查设备安装测量方法，可在船舶不上坞时实现船载设备的高精度安装测量，不仅能测出各安装设备相对于船舶重心的相对位置关系，而且还可以进行精度评估，相对拉皮尺的方式安装测量精度高、优势明显。表6为t2-t1和t3-t1坐标转换及观测点点位精度名称dx(mm)dy(mm)dz(mm)点位精度(mm)t2-t11.90.60.32.0t3-t10.50.50.20.7实施例2一种无需调查船上坞的调查设备安装测量系统，用于实现上述实施例安装测量方法，所述系统包括全站仪和反光件，所述全站仪架设在全站仪站位上；所述反光件布置在全站仪站位公共点上；所述全站仪可以为ts50全站仪，且可以通过ts50全站仪的无棱镜模式实现观测点测量，所述全站仪站位公共点的数量为至少三个；所述系统设置有观测点，所述观测点包括所述全站仪站位公共点、所述调查船公共点和所述调查设备安装位置观测点，所述观测点位于所述调查船上所述全站仪站位可视位置；所述观测点上布置有反光件；所述全站仪包括存储件，所述存储件可以为sd卡；所述全站仪包括安装支架，所述支架可以为三脚架；所述系统还包括电脑，所述电脑安装有opencoord坐标转换软件。全站仪的主要技术参数可以为：测角精度为0.5秒；测距精度为2mm 2ppm。以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在调查船上设置至少两个全站仪站位；
第二步，将相邻所述全站仪站位的通视位置作为全站仪站位公共点，在所述全站仪站位公共点布置反光件；
第三步，在所述全站仪站位上架设全站仪，对所述全站仪站位公共点的所有所述反光件进行测量；
第四步，以任一所述全站仪站位的坐标系统为基准坐标系统，将其余所述全站仪站位的测量数据坐标转换成所述基准坐标系统下的坐标；
第五步，将所述全站仪站位与所述调查船的通视位置作为调查船公共点，测量所述调查船公共点，将所述调查船置于所述基准坐标系统下；
第六步，建立船舶坐标系统，获得各待测的所述调查设备在所述船舶坐标系统的位置。
2.如权利要求1所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，其特征在于，第二步中，所述全站仪站位公共点的数量为至少三个。
3.如权利要求1所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，其特征在于，第二步中，在所述调查船上所述全站仪站位可视位置设置观测点，所述观测点包括所述全站仪站位公共点、所述调查船公共点和所述调查设备安装位置观测点。
4.如权利要求1所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，其特征在于，第三步中，对能通视的所有所述反光件进行测量，绘制草图，将测量的数据保存在所述全站仪的存储件中；且逐个对所述通视位置进行测量，至所有所述通视位置全部测量完成。
5.如权利要求1所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，其特征在于，第四步中，将其余所述全站仪站位的测量数据坐标转换成所述基准坐标系统下的坐标；通过计算相邻所述全站仪站位坐标系统的转换参数，然后利用所述转换参数将各所述全站仪站位的测量数据坐标均转换至所述基准坐标系统下。
6.如权利要求1所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，其特征在于，第六步中，根据所述调查船的总布置图，建立船舶坐标系统，直接在所述调查船总布置图的cad图上，量出各待测所述调查设备在所述船舶坐标系统的位置。
7.一种无需调查船上坞的调查设备安装测量系统，用于实现权利要求1-6任一项所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量方法，所述系统包括全站仪和反光件，其特征在于，所述全站仪架设在全站仪站位上；所述反光件布置在全站仪站位公共点上。
8.如权利要求7所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量系统，其特征在于，所述全站仪站位公共点的数量为至少三个。
9.如权利要求7所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量系统，其特征在于，所述系统设置有观测点，所述观测点包括所述全站仪站位公共点、所述调查船公共点和所述调查设备安装位置观测点，所述观测点位于所述调查船上所述全站仪站位可视位置。
10.如权利要求7所述的无需调查船上坞的调查设备安装测量系统，其特征在于，所述观测点上布置有反光件。
技术总结本发明公开了一种无需调查船上坞的调查设备安装测量方法和安装测量系统，所述方法包括：在调查船上设置至少两个全站仪站位；将相邻所述全站仪站位的通视位置作为全站仪站位公共点，在所述全站仪站位公共点布置反光件；在所述全站仪站位上架设全站仪，对所述全站仪站位公共点的所有反光件进行测量；以任一所述全站仪站位的坐标系统为基准坐标系统，将其余所述全站仪站位的测量数据坐标转换成所述基准坐标系统下的坐标；将所述全站仪站位与所述调查船的通视位置作为调查船公共点，测量调查船公共点，将调查船置于所述基准坐标系统下；建立船舶坐标系统，获得各待测的调查设备在所述船舶坐标系统的位置，提高了所述调查设备安装测量精度。
技术研发人员：肖春桥;吕志伟;王鹏磊;邵春丽;毕崇昊
受保护的技术使用者：青岛环海海洋工程勘察研究院
技术研发日：2021.05.12
技术公布日：2021.08.03
