CN109238305B - 船用设备调校方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用设备调校方法，属于船用设备调校技术领域。该调校方法的具体步骤包括：选取目标点O；在船舶的中心线上寻找测量点A；测量出OA连线在船舶坐标系中的水平角HZO和垂直角VO；计算O点在船舶坐标系中的相对坐标值O(XO，YO，ZO)；根据船舶的三维理论模型中提取得到A点在船舶坐标系中的相对坐标值A(XA，YA，ZA)和设备的旋转中心点B在船舶坐标系中的相对坐标值B(XB，YB，ZB)；计算得到OB连线在船舶坐标系中的水平角HZ1、垂直角V1；根据OA和OB的水平角和垂直角，计算出OB的水平角修正值HZ′、垂直角修正值V′；调校设备的水平角和垂直角。本发明的调校方法过程简单，精度高且能够适应多种气象条件，适用性强。

Description

船用设备调校方法
技术领域
本发明涉及船用设备调校技术领域，尤其涉及一种船用设备调校方法。
背景技术
现阶段，船用设备的校准一般都采用“望星”的方法：借助一台以船体坐标系为基准架设的经纬仪(或全站仪)瞄准一颗恒星，获取该恒星在船体坐标系中的角度，作为基准角度，需要校正的设备同时瞄准该恒星，调整设备角度至与基准角度一致。
但是望星具有以下局限性：一是由于观察点与所选取的恒星的距离可视为无穷远，故在船上的设备间在同一时间点上与同一恒星的连线近似于平行，难以区别基准角度和调整设备角度。再者由于地球自转原因，恒星实际上是在不断运动的，在“望星”过程中船体实际也是在不断运动的，两种运动向叠加，使得设备间要实现高精度的同步照准很困难，校准的精度较差。另外，“望星”时选定的恒星相对船体的仰角不能过大，最理想的是地平线附近，受气象条件的影响较大，既要保证能见度够好，又要保证在合适的位置有星，在实际作业中有时候连续几个星期都无法遇到合适的气象条件进行“望星”。
因此，亟需提供一种船用设备调校方法来替代望星进行对设备的准确调校。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用设备调校方法，以解决望星调校设备时精度差、气象条件苛刻且不好区分基准角和设备调整角度的技术问题。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
本发明提供了一种船用设备调校方法，所述方法的具体步骤包括：
选取目标点O点；
在船舶中心线上寻找测量点A点；
测量出OA连线在船舶坐标系中的水平角HZO和垂直角VO；
根据船舶的三维理论模型中提取得到所述A点在所述船舶坐标系中的相对坐标值A(XA，YA，ZA)和设备的旋转中心点B点在所述船舶坐标系中的相对坐标值B(XB，YB，ZB)；
计算所述O点在所述船舶坐标系中的相对坐标值O(XO，YO，ZO)；
计算得到OB连线在所述船舶坐标系中的水平角HZ1、垂直角V1；
根据OA和OB的水平角和垂直角，计算出OB的水平角修正值HZ′、垂直角修正值V′；
调校所述设备的水平角和垂直角。
进一步地，于所述所述O点设置标靶，通过第一测量仪和第二测量仪测量O点的绝对坐标值O′(XO′，YO′，ZO′)以及所述A点的绝对坐标值A′(XA′，YA′，ZA′)。
进一步地，所述第一测量仪和所述第二测量仪均为RTK动态测量仪。
进一步地，于所述A点架设第三测量仪，通过所述第三测量仪测量出所述OA连线在船舶坐标系中的所述水平角HZO和所述垂直角VO。
进一步地，所述第三测量仪为全站仪。
进一步地，计算OA的长度LOA，
Figure BDA0001781901450000021
进一步地，计算OA在水平面内投影长度L1，
Figure BDA0001781901450000031
进一步地，将OA长度分解到所述船舶坐标系中，得到所述O点相对于所述A点在X轴、Y轴、Z轴的三维增量：ΔX＝L1×cos(HZ0)，ΔY＝L1×sin(HZ0)，ΔZ＝LOA×sin(V0)；计算所述O点在所述船舶坐标系中的坐标值O(XO，YO，ZO)，XO＝XA+ΔX,YO＝YA+ΔY，ZO＝ZA+ΔZ。
进一步地，计算OB在所述船舶坐标系内的投影O″B的长度L2，
Figure BDA0001781901450000032
计算OB的水平角HZ1和垂直角V1，
Figure BDA0001781901450000033
进一步地，计算所述设备的水平角修正值HZ′和垂直角修正值V′：HZ′＝HZ1-HZ0，V′＝V1-V0。
与现有技术相比，本发明提供的船用设备调校方法，具体步骤包括：选取目标点O点；在船舶的中心线上寻找测量点A点；测量出OA连线在船舶坐标系中的水平角HZO和垂直角VO；计算O点在船舶坐标系中的相对坐标值O(XO，YO，ZO)；根据船舶的三维理论模型中提取得到A点在船舶坐标系中的相对坐标值A(XA，YA，ZA)和设备的旋转中心点B点在船舶坐标系中的相对坐标值B(XB，YB，ZB)；计算得到OB连线在船舶坐标系中的水平角HZ1、垂直角V1；根据OA和OB的水平角和垂直角，计算出OB的水平角修正值HZ′、垂直角修正值V′；调校设备的水平角和垂直角。船用设备的调校本质上就是要将该设备的观瞄基准设置为与船舶坐标系一致，也就是说工作人员需要获取瞄准同一目标点时，设置在船舶坐标系中的测量角度作为标准角度，用于修正其自身坐标系中的测量角度，完成设备的校准。因此，工作人员只需要将目标点的坐标转换到船舶坐标系中，结合设备在船体坐标系中的坐标，即可计算出设备瞄准目标点时的标准角度，进而计算出设备的修正角，根据计算出的修正角来调校设备使其对准目标点B点。
附图说明
图1为本发明实施例中的O点、A点和B点在船舶坐标系下的测量示意图；
图2为本发明实施例中的O点和B点在船舶坐标系下的测量示意图。
附图标记：1-船舶；11-船舶中心线。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，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。
本实施例提供了一种船用设备调校方法，用于对船舶上的特殊设备进行观瞄调校，特殊设备的调校本质上就是要将船用特殊设备的观瞄基准设置为与船体基准坐标系一致，也就是说需要获取瞄准同一目标点时，设置在船体坐标系中的测量角度作为标准角度，用于修正其自身坐标系中的测量角度，完成设备的校准。因此，我们只需要将目标点的坐标转换到船体坐标系中，结合各设备在船体坐标系中的坐标，即可计算出相应设备瞄准该点时的标准角度，进而计算出设备的修正角。
方法的具体步骤包括：
(1)选取目标点O点，并于O点架设光电标靶通过第一测量仪和第二测量仪测量O点的绝对坐标值O′(XO′，YO′，ZO′)以及A点的绝对坐标值A′(XA′，YA′，ZA′)；
(2)在船舶中心线11上寻找测量点A点，并于A点架设第三测量仪，通过第三测量仪测量出OA连线在船舶坐标系中的水平角HZO和垂直角VO；
(3)计算OA的长度LOA，
Figure BDA0001781901450000051
(4)计算OA在水平面内投影长度L1，
Figure BDA0001781901450000052
(5)再将OA长度分解到船舶坐标系中，得到O点相对于A点在X轴、Y轴、Z轴的三维增量：ΔX＝L1×cos(HZ0)，ΔY＝L1×sin(HZ0)，ΔZ＝LOA×sin(V0)；
(6)根据船舶1的三维理论模型中提取得到A点在船舶坐标系中的相对坐标值A(XA，YA，ZA)，计算O点在船舶坐标系中的坐标值O(XO，YO，ZO)，XO＝XA+ΔX,YO＝YA+ΔY，ZO＝ZA+ΔZ；
(7)根据船舶1的三维理论模型中提取得到设备的旋转中心点B点在船舶坐标系中的相对坐标值B(XB，YB，ZB)；
(8)将0点向船舶坐标系内投影得到O″，计算OB在船舶坐标系内的投影O″B的长度L2，
Figure BDA0001781901450000053
(9)计算OB的水平角HZ1和垂直角V1，
Figure BDA0001781901450000054
Figure BDA0001781901450000055
(10)根据OA和OB的水平角和垂直角，计算设备的水平角修正值HZ′和垂直角修正值V′：HZ′＝HZ1-HZ0，V′＝V1-V0；
(11)调校设备的水平角和垂直角。
其中，如图1和图2所示，在船舶中心线11上选取A点，设备的旋转中心点为B点，在远处的开阔地带设置目标点O，其中，HZ0为O″A与船舶1的X轴的夹角，V0为OA与O″A之间的夹角；HZ1为O″B与船舶1的X轴的夹角，V1为OB与O″B之间的夹角。第一测量仪和第二测量仪均为RTK动态测量仪，其位置只要选取合适即可，不必一定在船舶1上，在本实施例中，两台RTK动态测量仪均设置在陆地上合适的位置处进行测量。第三测量仪为全站仪，A点同时为全站仪的中心点。借助RTK我们可以用较高的精度(优于1cm)动态获取测量点的三维坐标，利用两台RTK我们可以同时动态获取目标点O和A点的绝对坐标值，进而可以计算出两点间的直线距离LOA，由于全站仪是基于船舶坐标系设置的，全站仪瞄准目标点O点时所测量的水平角HZO和垂直角VO即为OA基于船舶坐标系的夹角，结合OA两点之间的距离，可以计算出目标点O在船舶坐标系中的坐标，结合设备的旋转中心点B在船舶坐标系中的坐标，可以计算出设备上的B点瞄准O点时在船舶坐标系中的水平角HZ1和垂直角V1，该角度即为设备上的B点在观测目标点O点时的标准角度。本发明的测量方法将不同的照准基准转化为基于同一坐标系统进行测量的，此时的测量角度一致，调校过程简单，精度高且能够适应多种气象条件，适用性强。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种船用设备调校方法，其特征在于，所述方法的具体步骤包括：
选取目标点O点；
在船舶中心线(11)上寻找测量点A点；
测量出OA连线在船舶坐标系中的水平角HZO和垂直角VO；
根据船舶(1)的三维理论模型提取得到所述A点在所述船舶坐标系中的相对坐标值A(XA，YA，ZA)和设备的旋转中心点B点在所述船舶坐标系中的相对坐标值B(XB，YB，ZB)；
计算所述O点在所述船舶坐标系中的相对坐标值O(XO，YO，ZO)；
计算得到OB连线在所述船舶坐标系中的水平角HZ1、垂直角V1；
根据OA和OB的水平角和垂直角，计算出OB的水平角修正值HZ′、垂直角修正值V′；
调校所述设备的水平角和垂直角。
2.根据权利要求1所述的船用设备调校方法，其特征在于，于所述O点设置标靶，通过第一测量仪和第二测量仪测量所述O点的绝对坐标值O′(XO′，YO′，ZO′)以及所述A点的绝对坐标值A′(XA′，YA′，ZA′)。
3.根据权利要求2所述的船用设备调校方法，其特征在于，所述第一测量仪和所述第二测量仪均为RTK动态测量仪。
4.根据权利要求2所述的船用设备调校方法，其特征在于，于所述A点架设第三测量仪，通过所述第三测量仪测量出所述OA连线在船舶坐标系中的所述水平角HZO和所述垂直角VO。
5.根据权利要求4所述的船用设备调校方法，其特征在于，所述第三测量仪为全站仪。
6.根据权利要求4所述的船用设备调校方法，其特征在于，计算OA的长度LOA，
Figure FDA0003242958380000021
7.根据权利要求4所述的船用设备调校方法，其特征在于，计算OA在水平面内投影长度L1，
Figure FDA0003242958380000022
8.根据权利要求1所述的船用设备调校方法，其特征在于，将OA长度分解到所述船舶坐标系中，得到所述O点相对于所述A点在X轴、Y轴、Z轴的三维增量：ΔX＝L1×cos(HZ0)，ΔY＝L1×sin(HZ0)，ΔZ＝LOA×sin(V0)；计算所述O点在所述船舶坐标系中的坐标值O(XO，YO，ZO)，XO＝XA+ΔX,YO＝YA+ΔY，ZO＝ZA+ΔZ。
9.根据权利要求1所述的船用设备调校方法，其特征在于，计算OB在水平面内投影O″B长度L2，
Figure FDA0003242958380000023
计算OB的水平角HZ1和垂直角V1，
Figure FDA0003242958380000024
10.根据权利要求1所述的船用设备调校方法，其特征在于，计算所述设备的水平角修正值HZ′和垂直角修正值V′：HZ′＝HZ1-HZ0，V′＝V1-V0。
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