CN108573117B - 一种船体形变监控计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船体形变监控计算方法，通过对所述监测板以同一基准高度进行标记，在船舶建造与系泊试验过程中，使用其他所述监测板上的标记线与所述基准标记线之间的高度差，利用最小二乘法进行平面方程的拟合，计算各个监测板的理论高度，进而通过分析各所述监测点的实际高度以及理论高度之间的误差，得出船体的状态，克服了常规监控方法只能对船体的纵向或者横向进行监控的缺陷，从而提高了船舶的建造精度，有效降低了主动力系统轴系的振动，具有良好的实际应用价值。此外，本发明还提供一种船体形变监控计算装置。

Description

一种船体形变监控计算方法及装置

技术领域

本发明涉及船舶建造检测技术领域，尤其涉及一种船体形变监控计算方法及装置。

背景技术

舰船在建造过程中对船体状态的常规监控方法是通过测量船底龙骨或主甲板中线挠度，分析测量数据与理论值之间的偏差值来掌握船体纵向状态，测量船体同一肋位左右舷主甲板边高度差，得到船体横向状态。此方法只能单一监控纵向或横向的船体形变状态，无法真实反应船整体形变状态。舰船在建造过程中的形变是随意性的，三维空间内的X、Y、Z方向都有可以发生形变，再加以舰船船型众多，有常规的单体船、双体船、三体船、气垫船等等，只监控船底或主甲板中心线挠度，主甲板边高度差等不能完全反应船体状态，无法满足建造要求。

某些采用铝合金材料焊接成型的船型在建造过程容易产生变形，变形的过程时间较长。在建造与试验过程中，需要更变多种布墩态度与上下排吊装等操作，因此船体状态容易受外界因素影响产生形变。某些船型的主动力系统轴系属于高转速、柔性、长轴系，船体的微小变形反馈的轴系上变形都会倍增，使其产生振动，影响整船性能。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种可在平面上监控船体状态的船体形变监控计算方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船体形变监控计算方法，包括：

S1、获取设于船体上的若干个监测板的数据；

S2、以同一基准面在各所述监测板上作取高度标记线；

S3、选取其中一个所述监测板的标记线作为基准标记线建立XYZ坐标；

S4、获取其他所述标记线与所述基准标记线之间的高度差，并换算为其他所述标记线与所述基准标记线之间的实测z轴坐标值；

S5、对各所述标记线使用最小二乘法拟合生成平面，计算各所述标记线的理论z轴坐标值；

S6、分析出所述实测z轴坐标值与所述理论z轴坐标值之间的误差，输出所述船体的状态。

作为优选方案，所述步骤S1中包括：

获取位于所述船体的船艏、船舯与船艉的左右两侧的监测板的数据。

作为优选方案，所述步骤S2中包括：

选取所述船体上的一处水平面作为基准面，设定所述监测板与所述基准面之间的基准高度值，根据所述基准高度值对各所述监测板求取高度标记线。

作为优选方案，所述步骤S5中包括：

构造平面公式形式：Ax+By+Cz+D＝0，(C≠0)；

可得

定义：

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

使用获取的各所述监测板的坐标值，通过最小二乘法求出A、B、C的值，计算得出各所述标记线的所述理论z轴坐标值。

本发明还提供了一种船体形变监控计算装置，包括：

数据获取模块，用于获取设于船体上的若干个监测板的数据；

高度标记模块，用于以同一基准面在各所述监测板上作取高度标记线；

坐标系建立模块，用于选取其中一个所述监测板的标记线作为基准标记线建立XYZ坐标；

实测高度获取模块，用于获取其他所述标记线与所述基准标记线之间的高度差，并换算为其他所述标记线与所述基准标记线之间的实测z轴坐标值；

理论高度计算模块，对各所述标记线使用最小二乘法拟合生成平面，计算各所述标记线的理论z轴坐标值；

输出模块，用于分析出所述实测z轴坐标值与所述理论z轴坐标值之间的误差，输出所述船体的状态。

作为优选方案，所述数据获取模块具体包括：

监测板位置确定单元，用于获取位于所述船体的船艏、船舯与船艉的左右两侧的监测板的数据。

作为优选方案，所述高度标记模块具体包括：

基准高度确定单元，用于选取所述船体上的一处水平面作为基准面，设定所述监测板与所述基准面之间的基准高度值，根据所述基准高度值对各所述监测板求取高度标记线。

作为优选方案，所述理论高度计算模块具体包括：

理论坐标值计算单元，用于构造平面公式形式：Ax+By+Cz+D＝0，(C≠0)；

可得

定义：

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

使用获取的各所述监测板的坐标值，通过最小二乘法求出A、B、C的值，计算得出各所述标记线的所述理论z轴坐标值。

本发明实施例所提供的船体形变监控计算方法及装置，与现有技术相比，其有益效果是：本发明的通过对所述监测板以同一基准高度进行标记，在船舶建造与系泊试验过程中，使用其他所述监测板上的标记线与所述基准标记线之间的高度差，利用最小二乘法进行平面方程的拟合，计算各个监测板的理论高度，进而通过分析各所述监测点的实际高度以及理论高度之间的误差，得出船体的状态，克服了常规监控方法只能对船体的纵向或者横向进行监控的缺陷，从而提高了船舶的建造精度，有效降低了主动力系统轴系的振动，具有良好的实际应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优先实施例的船体形变监控计算方法的流程框图。

图2为使用本发明优先实施例的船体形变监控计算方法的常规船上的监测板位置侧视示意图。

图3为使用本发明优先实施例的船体形变监控计算方法的常规船上的监测板位置俯视示意图。

图4为使用本发明优先实施例的船体形变监控计算方法的气垫船上的监测板位置侧视示意图。

图5为使用本发明优先实施例的船体形变监控计算方法的气垫船上的监测板位置俯视示意图。

图中：1.第一监测板；2.第二监测板；3.第三监测板；4.第四监测板；5.第五监测板；6.第六监测板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作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。

如图1所示，本发明优选的实施例提供了一种船体形变监控计算方法，包括：

S1、获取设于船体上的若干个监测板的数据；

S2、以同一基准面在各所述监测板上作取高度标记线；

S3、选取其中一个所述监测板的标记线作为基准标记线建立XYZ坐标；

S4、获取其他所述标记线与所述基准标记线之间的高度差，并换算为其他所述标记线与所述基准标记线之间的实测z轴坐标值；

S5、对各所述标记线使用最小二乘法拟合生成平面，计算各所述标记线的理论z轴坐标值；

S6、分析出所述实测z轴坐标值与所述理论z轴坐标值之间的误差，输出所述船体的状态。

基于上述技术特征的船体形变监控计算方法，通过对所述监测板以同一基准高度进行标记，在船舶建造与系泊试验过程中，使用其他所述监测板上的标记线与所述基准标记线之间的高度差，利用最小二乘法进行平面方程的拟合，计算各个监测板的理论高度，进而通过分析各所述监测点的实际高度以及理论高度之间的误差，得出船体的状态，克服了常规监控方法只能对船体的纵向或者横向进行监控的缺陷，从而提高了船舶的建造精度，有效降低了主动力系统轴系的振动，具有良好的实际应用价值。

进一步的，所述步骤S1中包括：获取位于所述船体的船艏、船舯与船艉的左右两侧的监测板的数据，使得获取的所述监测板的数据更加均匀准确，能够使计算出来的结果更加精准地反映出船体的状态。

具体地，在本实施例中，在船体搭载完成以及船体的水平面调整完成后，并通过了检验，达到合格的状态，将所述监测板贴装于船体上，如图2及图5所示，在船长方向分布于船艏、船舯与船艉上，船宽方向分布于左右舷纵壁上，分别为第一监测板1、第二监测板2、第三监测板3、第四监测板4、第五监测板5以及第六监测板6，其材质与壁板的材质相同，板厚不小于4mm，长度为210mm，宽度为105mm，在船舶建造与系泊试验过程中，可使用U型水平管或全站仪等测量工具测量并记录每块所述监测板上标记线之间的高度差值。

进一步的，所述步骤S2中包括：选取所述船体上的一处水平面作为基准面，设定所述监测板与所述基准面之间的基准高度值，根据所述基准高度值对各所述监测板求取高度标记线，确保监测过程中测量所述标记线与所述基准标记线之间的高度差的准确性，具体的，所述基准高度以所述监测板到轴系中心线的高度或者到甲板的高度为宜，保证求取的所有所述标记线的一致性。

进一步的，所述步骤S5中计算公式包括：

构造平面公式形式：Ax+By+Cz+D＝0，(C≠0)；

可得

定义：

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

使用获取的各所述监测板的坐标值，通过最小二乘法求出A、B、C的值，计算得出各所述标记线的所述理论z轴坐标值。

具体的平面方程拟合的推导过程：

对于一系列的n个点(n≥3)；

(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1

要用点(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1拟合计算上述平面方程，则使：

最小；

要使得S最小，应满足：

k＝0,1,2

即：

有：

或：

解上述线形方程组，得：a₀,a₁,a₂

即：z＝a₀x+a₁y+a₂

根据上述推导过程对设于船体上的6个所述监测板进行测量数据的计算，如图2至图5所示，以所述第四监测板4上的标记线作为基准标记线，建立相对的XYZ坐标系，通过U型水平管或全站仪等测量工具测量并记录每块所述监测板上标记线之间的高度差值，并换算为相对坐标值，并使用上述最小二乘法拟合平面方程对理论坐标值进行计算，并计算出实测高度与理论高度之间的误差，结果如表1所示。

表1实施例中船体形变监控过程的测量数据以及计算数据

序号	x	y	z1(实测)	z2(理论)	Δ(误差)
						1	0	0	0	-1.048175258	1.048175258
2	0	6600	-1	-1.381508592	0.381508592
						3	6200	0	-1	-0.249156414	-0.750843586
4	6200	6600	-2	-0.582489747	-1.417510253
						5	18200	0	1	1.297331672	-0.297331672
6	18200	6600	2	0.963998339	1.036001661

将获取测量坐标值的数据代入到上述公式中，计算得出

a₀＝0.000128874；a₁＝-0.0000505051；a₂＝-1.048175258；

将a₀,a₁,a₂代入z＝a₀x+a₁y+a₂中，即可求得各所述监测板上标记线的理论z轴坐标值，即理论高度值，同时也计算出所述理论高度与对应的所述实测高度之间的误差。

另外，可以理解的是，当船体成型以后，因为船体本身的结构特点，所以船体在相对坐标系上XY轴方向上的形变量非常小，趋近于0,可以忽略不计，所以在实测过程中，不需要对XY轴上的数据进行测量，取其理论值即可，减少监测过程中的工作量。

本发明实施例的一种船体形变监控计算方法中所述监测板以同一基准高度进行标记，在船舶建造与系泊试验过程中，可利用测量工具获取所述监测板上标记线之间的高度差，通过最小二乘法进行平面方程的拟合，计算各所述监测板的理论高度差，分析各所述监测板在拟合平面上的理论值与实测值之间的误差，实现对船体整船形变的监控，解决了常规的船底龙骨挠度监测方法无法满足三维立体监控船体形变要求的问题，从而提高了船舶的建造精度，有效降低了主动力系统轴系的振动，保障了轴系安装质量以及整船的性能，具有良好的实际应用价值。

以上是对本发明实施例提供的一种船体形变监控方法的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种船体形变监控装置的一个实施例进行详细的描述。

本发明实施例提供的一种船体形变监控计算装置，包括：

数据获取模块，用于获取设于船体上的若干个监测板的数据；

高度标记模块，用于以同一基准面在各所述监测板上作取高度标记线；

坐标系建立模块，用于选取其中一个所述监测板的标记线作为基准标记线建立XYZ坐标；

实测高度获取模块，用于获取其他所述标记线与所述基准标记线之间的高度差，并换算为其他所述标记线与所述基准标记线之间的实测z轴坐标值；

理论高度计算模块，对各所述标记线使用最小二乘法拟合生成平面，计算各所述标记线的理论z轴坐标值；

输出模块，用于分析出所述实测z轴坐标值与所述理论z轴坐标值之间的误差，输出所述船体的状态。

进一步的，所述数据获取模块具体包括：监测板位置确定单元，用于获取位于所述船体的船艏、船舯与船艉的左右两侧的监测板的数据。

进一步的，所述高度标记模块具体包括：基准高度确定单元，用于选取所述船体上的一处水平面作为基准面，设定所述监测板与所述基准面之间的基准高度值，根据所述基准高度值对各所述监测板求取高度标记线。

进一步的，所述理论高度计算模块具体包括：

理论坐标值计算单元，用于构造平面公式形式：Ax+By+Cz+D＝0，(C≠0)；

可得

定义：

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

使用获取的各所述监测板的坐标值，通过最小二乘法求出A、B、C的值，计算得出各所述标记线的所述理论z轴坐标值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了更加方便以及简洁的描述，上述中描述的装置、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种船体形变监控计算方法，其特征在于，包括：

S1、获取设于船体上的若干个监测板的数据，获取位于所述船体的船艏、船舯与船艉的左右两侧的监测板的数据；

S2、以同一基准面在各所述监测板上作取高度标记线；

S3、选取其中一个所述监测板的标记线作为基准标记线建立XYZ坐标；

S4、获取其他所述标记线与所述基准标记线之间的高度差，并换算为其他所述标记线与所述基准标记线之间的实测z轴坐标值；

S5、对各所述标记线使用最小二乘法拟合生成平面，计算各所述标记线的理论z轴坐标值，

构造平面公式形式：Ax+By+Cz+D＝0，C≠0；

可得

定义：

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

使用获取的各所述监测板的坐标值，通过最小二乘法求出A、B、C的值，计算得出各所述标记线的所述理论z轴坐标值；

S6、分析出所述实测z轴坐标值与所述理论z轴坐标值之间的误差，输出所述船体的状态。

2.根据权利要求1所述的船体形变监控计算方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：

选取所述船体上的一处水平面作为基准面，设定所述监测板与所述基准面之间的基准高度值，根据所述基准高度值对各所述监测板求取高度标记线。

3.一种船体形变监控计算装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取设于船体上的若干个监测板的数据，所述数据获取模块具体包括监测板位置确定单元，用于获取位于所述船体的船艏、船舯与船艉的左右两侧的监测板的数据；

高度标记模块，用于以同一基准面在各所述监测板上作取高度标记线；

坐标系建立模块，用于选取其中一个所述监测板的标记线作为基准标记线建立XYZ坐标；

实测高度获取模块，用于获取其他所述标记线与所述基准标记线之间的高度差，并换算为其他所述标记线与所述基准标记线之间的实测z轴坐标值；

理论高度计算模块，对各所述标记线使用最小二乘法拟合生成平面，计算各所述标记线的理论z轴坐标值，所述理论高度计算模块具体包括：

理论坐标值计算单元，用于构造平面公式形式：Ax+By+Cz+D＝0，C≠0；

可得

定义：

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

使用获取的各所述监测板的坐标值，通过最小二乘法求出A、B、C的值，计算得出各所述标记线的所述理论z轴坐标值；

输出模块，用于分析出所述实测z轴坐标值与所述理论z轴坐标值之间的误差，输出所述船体的状态。

4.根据权利要求3所述的船体形变监控计算装置，其特征在于，所述高度标记模块具体包括：

基准高度确定单元，用于选取所述船体上的一处水平面作为基准面，设定所述监测板与所述基准面之间的基准高度值，根据所述基准高度值对各所述监测板求取高度标记线。

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