基于公共点的浮动船舱多站测量方法

　　0 前言

　　为了快速精确地测定船舶液舱的容量和各液舱容量与垂向坐标、倾角之间的关系, 计量舰船液舱在舰船不同姿态下的不同液面的容量, 提高容量计量精度, 加快容积测量速度是急需解决的问题。

　　从国内外的发展趋势看, 船舶舱室测量的作业方法已经从接触测量向非接触测量、从手工作业向自动化作业、从事后处理向实时(准实时)处理、从低精度向高精度方向发展。为满足现代船舶舱室快速、自动化测量的需求, 我们研制了一套软硬件集成系统———水面舰船液舱容量检定装置。该系统装置基于三维移动观测平台和 Leica TCRA 系列智能型全站仪, 采用无线遥控加实时图像监控的方式, 实现船舱的自动化测量。

　　常规船舱测量也使用全站仪, 但在浮动的船体上不能够整平仪器, 无法找到多站测量的统一基准,因而在船舱测量中, 通常在单站独立坐标系中测量需要的对点, 再反求其空间距离, 将其作为距离测量的一种手段。仪器整平的目的就是通过调平水准管气泡使仪器竖轴处于铅垂位置。这样测量的坐标系竖轴就垂直与大地水准面。

　　用船舶液舱容量检定装置进行大型舱室测量时, TCRA 智能型全站仪架设在三维移动观测平台上, 由舱外通过无线遥控, 指挥三维移动观测平台的移动和升降, 以达到 TCRA 智能型全站仪可以在舱内移到不同位置进行观测的目的, 由于全站仪移到每一个新的位置后, 测站点的坐标是未知的, 而且仪器也不能整平, 所以, 每个测站观测的测点坐标都是在互相独立的坐标系下, 必须将各站观测的测点坐标统一到一个坐标系, 还必须考虑由于每站仪器没有整平的影响。

　　本文提出了一种公共基准点法, 使全站仪在浮动的船舱中不经整平在各自测站独立坐标系下测得的坐标能够统一起来, 能得到舱壁点的在船舱统一坐标系下的精确三维坐标, 能完全发挥全站仪的功效。

　　1 公共点法

　　1.1 简述

　　公共点法正是为解决浮动状态下多站坐标的统一问题而提出的, 它要求在船舱测量前布置一定数量相对于船舱稳定不动的公共点( 用磁铁吸附在船舱内壁上的圆棱镜), 每测站观测量时, 首先对公共基准点进行观测, 得到公共基准点在每测站独立坐标系下的坐标, 进而解算各测站独立坐标系之间的三维空间变换参数。这样, 各站在其独立坐标系下的测点坐标, 就可以由三维空间变换参数统一到某一站坐标系下。

　　1.2 三维坐标空间转换模型

　　以空间右手直角坐标系为例, (1)式即为三维坐标空间关系转换模型:

　　式中 [XYZ]ST表示原坐标系统下的坐标,