CN111811463A - 一种精确测量组块底部立柱跨距的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋工程建造技术领域，尤其为一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，所述测量方法通过在立柱上吸附几种靶标并调整角度和位置实现的。本发明通过全站仪架设在组块底部中央位置附近，保证能够通视所有立柱，然后将两个垂面标靶和两个45度斜面标靶分别吸附于立柱的左右两侧面及侧前方，然后标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点形成一组同心圆，运用最小二乘法拟合同心圆的圆心，最后各个立柱圆心计算完毕后计算各个立柱的跨距，从而使得海洋平台组块底部立柱测量范围增加了近一倍，同时全站仪测量入射角更小，测量点坐标更加精确，提高了立柱圆心测量精度，又避免了全站仪多次转站造成的效率低下和转站误差，实现了海洋平台组块底部立柱跨距精确快速测量。

Description

一种精确测量组块底部立柱跨距的方法
技术领域
本发明涉及海洋工程建造技术领域，具体为一种精确测量组块底部立柱跨距的方法。
背景技术
海洋平台组块底部立柱有4个，6个，8个等多种形式，立柱间尺寸精度非常重要，在海上安装时需要与导管架精准对接，因此需要精确测量并控制组块底部立柱跨距。
目前，测量组块底部立柱跨距的方法，是通过测量立柱周围若干点拟合圆心坐标的方法，如果全站仪一站测量各个立柱，只能测量立柱朝向全站仪的一面，为避免入射角过大而影响测量精度，立柱侧面部分不能测量，因此，立柱测量范围只有100度左右，测量范围太小而导致圆心计算精度不高，为了增加立柱的测量范围就需要全站仪转站多次，但造成测量效率下降的同时又引入了转站误差。因此寻找一种高精度高效率的测量组块底部立柱的方法是非常必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其只需要在立柱表面吸附4个特殊测量标靶，全站仪测量4个标靶坐标和立柱正向表面几点坐标，就可以精确计算立柱圆心坐标，保证了全站仪测量的所有点入射角都小于40度，使立柱的测量范围增加到180度以上，避免了全站仪多次转站造成的测量效率低下和转站误差，实现了高精高效的测量立柱圆心坐标目的，本发明提供如下技术方案：一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，所述测量方法通过在立柱上吸附几种靶标并调整角度和位置实现的。
一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，包括以下步骤：
第一步：全站仪架设在组块底部中央位置附近，保证能够通视所有立柱；
第二步：将两个垂面标靶分别吸附于立柱的左右两侧面；
第三步：将两个45度斜面标靶分别吸附于立柱左右侧前方；
第四步：全站仪反射片模式测量两个垂面标靶和两个斜面标靶的坐标，再免棱镜模式测量立柱正面表面若干点坐标；
第五步：标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点形成一组同心圆，运用最小二乘法拟合同心圆的圆心；
第六步：各个立柱圆心计算完毕后计算各个立柱的跨距。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第二步中，垂面标靶的垂面垂直于底面，标靶的底面为正方形，边长为20毫米，底座有磁性，反射片为边长20毫米的正方形，反射片中心距离标靶底部高度为50毫米，反射片中间开有半径为1毫米的圆孔，圆孔中间有星点。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第三步中，45度斜面标靶的斜面与底面夹角为45度，标靶的底面为正方形，边长为20毫米，底座有磁性，标靶上贴有反射片，反射片为边长20毫米的正方形，反射片中心距离标靶底部高度为50毫米，反射片中间开有半径为1毫米的圆孔，圆孔中间有星点。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第四步中，使垂面标靶和45度斜面标靶反射片面朝向全站仪一侧，全站仪瞄准反射片中心的星点，反射片模式测量4个标靶坐标，4个标靶坐标为(x1i,y1i),i＝1,2,3，4，之后全站仪免棱镜模式测量立柱正向表面若干点坐标，坐标为(x2i,y2i),i＝1,2,···n，n＞3。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第五步中，标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点构成一组同心圆，标靶测量点在外圆上，立柱表面免棱镜测量点在内圆上，同心圆厚度即为标靶反射片距离底面的高度为0.05m，设同心圆的最佳圆心坐标为(s,t)，它的初始值为(s0,t0)，同心圆外圆的最佳半径为r，其初始值为r0，外圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F＝0，外圆参数(D,E,F)可以通过外圆上的其中三点计算得出，因此可以计算得出
Figure BDA0002520937250000031
设构建的同心圆外圆方程为：(x1-s)2+(y1-t)2＝r2 (1)
则同心圆的内圆方程可写为：(x2-s)2+(y2-t)2＝(r-0.05)2 (2)
方程(1)与方程(2)分别用泰勒公式展开后得到如下误差方程：
Figure BDA0002520937250000032
Figure BDA0002520937250000033
平差方程的矩阵形式函数模型为
Figure BDA0002520937250000034
其中:
Figure BDA0002520937250000035
Figure BDA0002520937250000036
Figure BDA0002520937250000037
计算可得：
Figure BDA0002520937250000038
可知同心圆的圆心坐标为
Figure BDA0002520937250000039
它的外圆的半径为
Figure BDA00025209372500000310
内圆的半径为r-0.05。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第六步中，运用平面上两点间距离计算方法计算各个立柱间的跨距。
与现有技术相比，本发明提供了一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，具备以下有益效果：
该精确测量组块底部立柱跨距的方法，通过全站仪架设在组块底部中央位置附近，保证能够通视所有立柱，然后将两个垂面标靶分别吸附于立柱的左右两侧面，使得两个45度斜面标靶分别吸附于立柱左右侧前方，全站仪反射片模式测量两个垂面标靶和两个斜面标靶的坐标，再免棱镜模式测量立柱正面表面若干点坐标，然后标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点形成一组同心圆，运用最小二乘法拟合同心圆的圆心，最后各个立柱圆心计算完毕后计算各个立柱的跨距，从而使得海洋平台组块底部立柱测量范围增加了近一倍，同时全站仪测量入射角更小，测量点坐标更加精确，提高了立柱圆心测量精度，又避免了全站仪多次转站造成的效率低下和转站误差，实现了海洋平台组块底部立柱跨距精确快速测量。
附图说明
图1为本发明垂面标靶示意图；
图2为本发明45度斜面标靶示意图；
图3为本发明海洋平台组块底部立柱俯视图；
图4为本发明标靶摆放位置及全站仪测量点示意图；
图5为本发明两种测量模式形成的一个半径差为50毫米的同心圆图。
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。
请参阅图1-5，本实施方案中：一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，所述测量方法通过在立柱上吸附几种靶标并调整角度和位置实现的。
一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，包括以下步骤：
第一步：全站仪架设在组块底部中央位置附近，保证能够通视所有立柱；
第二步：将两个垂面标靶分别吸附于立柱的左右两侧面；
第三步：将两个45度斜面标靶分别吸附于立柱左右侧前方；
第四步：全站仪反射片模式测量两个垂面标靶和两个斜面标靶的坐标，再免棱镜模式测量立柱正面表面若干点坐标；
第五步：标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点形成一组同心圆，运用最小二乘法拟合同心圆的圆心；
第六步：各个立柱圆心计算完毕后计算各个立柱的跨距。
本实施例中，所述第二步中，垂面标靶的垂面垂直于底面，标靶的底面为正方形，边长为20毫米，底座有磁性，可以吸附钢铁表面，标靶上贴有反射片，反射片为边长20毫米的正方形，反射片中心距离标靶底部高度为50毫米，反射片中间开有半径为1毫米的圆孔，圆孔中间有星点，用于全站仪精确瞄准；所述第三步中，45度斜面标靶的斜面与底面夹角为45度，标靶的底面为正方形，边长为20毫米，底座有磁性，可以吸附钢铁表面，标靶上贴有反射片，反射片为边长20毫米的正方形，反射片中心距离标靶底部高度为50毫米，反射片中间开有半径为1毫米的圆孔，圆孔中间有星点，用于全站仪精确瞄准；所述第四步中，使垂面标靶和45度斜面标靶反射片面朝向全站仪一侧，全站仪瞄准反射片中心的星点，反射片模式测量4个标靶坐标，4个标靶坐标为(x1i,y1i),i＝1,2,3，4，之后全站仪免棱镜模式测量立柱正向表面若干点坐标，坐标为(x2i,y2i),i＝1,2,…n，n＞3；所述第五步中，标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点构成一组同心圆，标靶测量点在外圆上，立柱表面免棱镜测量点在内圆上，同心圆厚度即为标靶反射片距离底面的高度为0.05m，设同心圆的最佳圆心坐标为(s,t)，它的初始值为(s0,t0)，同心圆外圆的最佳半径为r，其初始值为r0，外圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F＝0，外圆参数(D,E,F)可以通过外圆上的其中三点计算得出，因此可以计算得出
Figure BDA0002520937250000061
设构建的同心圆外圆方程为：(x1-s)2+(y1-t)2＝r2 (1)
则同心圆的内圆方程可写为：(x2-s)2+(y2-t)2＝(r-0.05)2 (2)
方程(1)与方程(2)分别用泰勒公式展开后得到如下误差方程：
Figure BDA0002520937250000062
Figure BDA0002520937250000063
平差方程的矩阵形式函数模型为
Figure BDA0002520937250000064
其中：
Figure BDA0002520937250000065
Figure BDA0002520937250000066
Figure BDA0002520937250000071
计算可得：
Figure BDA0002520937250000072
可知同心圆的圆心坐标为
Figure BDA0002520937250000073
它的外圆的半径为
Figure BDA0002520937250000074
内圆的半径为r-0.05；所述第六步中，运用平面上两点间距离计算方法计算各个立柱间的跨距。
其中，在立柱表面吸附4个特殊测量标靶，全站仪测量4个标靶坐标和立柱正向表面几点坐标，就可以精确计算立柱圆心坐标，保证了全站仪测量的所有点入射角都小于40度，使立柱的测量范围增加到180度以上，避免了全站仪多次转站造成的测量效率低下和转站误差，实现了高精高效的测量立柱圆心坐标。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其特征在于：所述测量方法通过在立柱上吸附几种靶标并调整角度和位置实现。
2.根据权利要求1所述的一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：全站仪架设在组块底部中央位置附近，保证能够通视所有立柱；
第二步：将两个垂面标靶分别吸附于立柱的左右两侧面；
第三步：将两个45度斜面标靶分别吸附于立柱左右侧前方；
第四步：全站仪反射片模式测量两个垂面标靶和两个斜面标靶的坐标，再免棱镜模式测量立柱正面表面若干点坐标；
第五步：标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点形成一组同心圆，运用最小二乘法拟合同心圆的圆心；
第六步：各个立柱圆心计算完毕后计算各个立柱的跨距。
3.根据权利要求2所述的一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其特征在于：所述第二步中，垂面标靶的垂面垂直于底面，标靶的底面为正方形，边长为20毫米，底座有磁性，反射片为边长20毫米的正方形，反射片中心距离标靶底部高度为50毫米，反射片中间开有半径为1毫米的圆孔，圆孔中间有星点。
4.根据权利要求2所述的一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其特征在于：所述第三步中，45度斜面标靶的斜面与底面夹角为45度，标靶的底面为正方形，边长为20毫米，底座有磁性，标靶上贴有反射片，反射片为边长20毫米的正方形，反射片中心距离标靶底部高度为50毫米，反射片中间开有半径为1毫米的圆孔，圆孔中间有星点。
5.根据权利要求2所述的一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其特征在于：所述第四步中，使垂面标靶和45度斜面标靶反射片面朝向全站仪一侧，全站仪瞄准反射片中心的星点，反射片模式测量4个标靶坐标，4个标靶坐标为(x1i,y1i),i＝1,2,3，4，之后全站仪免棱镜模式测量立柱正向表面若干点坐标，坐标为(x2i,y2i),i＝1,2,···n，n＞3。
6.根据权利要求2所述的一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其特征在于：所述第五步中，标靶测量点与立柱表面免棱镜测量点构成一组同心圆，标靶测量点在外圆上，立柱表面免棱镜测量点在内圆上，同心圆厚度即为标靶反射片距离底面的高度为0.05m，设同心圆的最佳圆心坐标为(s,t)，它的初始值为(s0,t0)，同心圆外圆的最佳半径为r，其初始值为r0，外圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F＝0，外圆参数(D,E,F)可以通过外圆上的其中三点计算得出，因此可以计算得出s0＝-0.5D,t0＝-0.5E,
Figure FDA0002520937240000021
设构建的同心圆外圆方程为：(x1-s)2+(y1-t)2＝r2 (1)
则同心圆的内圆方程可写为：(x2-s)2+(y2-t)2＝(r-0.05)2 (2)
方程(1)与方程(2)分别用泰勒公式展开后得到如下误差方程：
Figure FDA0002520937240000022
Figure FDA0002520937240000023
平差方程的矩阵形式函数模型为
Figure FDA0002520937240000024
其中:
Figure FDA0002520937240000025
Figure FDA0002520937240000031
Figure FDA0002520937240000032
计算可得：
Figure FDA0002520937240000033
可知同心圆的圆心坐标为
Figure FDA0002520937240000034
它的外圆的半径为
Figure FDA0002520937240000035
内圆的半径为r-0.05。
7.根据权利要求2所述的一种精确测量组块底部立柱跨距的方法，其特征在于：所述第六步中，运用平面上两点间距离计算方法计算各个立柱间的跨距。
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