一种激光阵列协同船体纵变监测方法与流程

本发明涉及海洋工程，尤其涉及一种激光阵列协同船体纵变监测方法。

背景技术：

1、海洋工程技术领域涉及船舶在装卸及靠泊作业中的结构变形测量，以船体纵向测点的位置变化为依据，对不同位置的位移或挠度进行连续采集和计算。其中，传统激光阵列协同船体纵变监测方法是指沿船体纵向获取多个测点相对测量基准的位置变化，以形成船体纵向变形数据。现有测量可采用光学准直方式，但测量光路与船体航向之间存在安装位置要求；采用双光源双ccd方式时，需要针对多个测点分别获取偏移信息；采用摄像方式时，主要依据平面图像中的测点位置进行变形计算；像机链位姿传递方式通过相邻摄像关系联系测量基准与待测位置。船体上还可设置激光测量设备依次获取不同棱镜的位置，并按照测量顺序计算各测点变形。

2、现有船体纵向变形测量沿船长布置测点并获取位置变化，光学准直方式对测量光路与船体航向的安装关系存在要求，双光源双ccd方式需针对多个测点分别获取偏移信息，摄像方式依据平面图像中的测点位置计算变形，像机链位姿传递依赖相邻摄像关系联系测量基准与待测位置，激光设备依次测量不同棱镜时受测量顺序影响，多类方式缺少统一时刻的跨测点位置关系表达，船体整体纵向挠度的连续比较与时历形成受到限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种激光阵列协同船体纵变监测方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种激光阵列协同船体纵变监测方法，包括以下步骤：

3、沿船体同侧选定多个监测点，并在岸侧选取与所述监测点通视的激光传感器架设位置；在所述监测点安装监测棱镜，在所述激光传感器架设位置架设激光传感器，通过各所述激光传感器跟踪对应的所述监测棱镜。

4、所述激光传感器依次测量多个公共标定位置的手持棱镜，根据各所述激光传感器在自身坐标系下获得的测量坐标以及对应公共标定位置在统一坐标系下的位置坐标，建立各所述激光传感器对应的坐标转换关系。所述激光传感器无线接入采集终端，由所述采集终端接收所述激光传感器输出的监测棱镜测量坐标，并按照对应的所述坐标转换关系将所述测量坐标转换为所述统一坐标系下的位置坐标。

5、在装船开始前，由所述采集终端逐点求取各所述监测点对应位置坐标的时段均值，并按照所述监测点沿船体长度方向的布置顺序形成零位位置点集。装船期间，由所述激光传感器持续跟踪对应的所述监测棱镜，所述采集终端按照同一采集时间汇集各所述监测点在所述统一坐标系下的位置坐标，形成逐时位置点集，并按照采集时间的先后顺序连续形成多个所述逐时位置点集。

6、分别针对所述零位位置点集和每一所述逐时位置点集，选取位于船体长度方向两端的监测点，并利用两端所述监测点的位置坐标确定对应的基准连线；对于位于两端所述监测点之间的监测点，确定该监测点在对应基准连线上的垂足，并以所述垂足至所述监测点的位置差确定垂足向量。针对同一所述监测点，将所述逐时位置点集对应的垂足向量与所述零位位置点集对应的垂足向量相减，得到所述监测点相对于对应基准连线的变形向量，提取所述变形向量在所述统一坐标系竖向方向上的分量，并将该竖向分量确定为对应监测点在对应采集时间下的船体总纵变形挠度；按照所述监测点沿船体长度方向的布置顺序汇集同一采集时间下的所述船体总纵变形挠度，形成所述船体总纵变形挠度沿船长的分布，并按照所述采集时间的先后顺序汇集同一监测点对应的所述船体总纵变形挠度，形成所述监测点对应的所述船体总纵变形挠度时历。

7、进一步地，沿所述船体同侧选定所述监测点时，将所述监测点设置于船舷或邻近所述船舷的位置，且所述监测点的数量不少于五个；沿所述船体长度方向设置位于两端的端部监测点以及位于所述端部监测点之间的中间监测点。选取所述激光传感器架设位置时，使每一所述激光传感器架设位置与对应的所述监测点之间无遮挡通视，且二者之间的距离处于所采用的所述激光传感器的跟踪测量距离范围内。

8、进一步地，将所述监测棱镜固定安装于对应的所述监测点，并在对应的所述激光传感器架设位置完成所述激光传感器的架设；调整所述激光传感器的测量方向，使所述激光传感器对准对应的所述监测棱镜并进入单点跟踪状态。在所述监测棱镜随船体发生位置变化时，使所述监测棱镜的移动速度和移动范围保持在所述激光传感器的跟踪测量范围内，由所述激光传感器持续跟踪所述监测棱镜的位置变化。

9、进一步地，在建立所述坐标转换关系时，将所述手持棱镜依次布置于不少于四个所述公共标定位置，使所述激光传感器对同一组所述公共标定位置进行测量，并记录所述手持棱镜在对应激光传感器自身坐标系下的测量坐标；以所述公共标定位置在所述统一坐标系下的位置坐标为基准，建立所述测量坐标与对应位置坐标的对应关系，并据此确定所述坐标转换关系。

10、进一步地，所述激光传感器通过无线网络接入所述采集终端，所述采集终端接收所述激光传感器输出的带有采集时间的监测棱镜测量坐标，按照与所述激光传感器对应的所述坐标转换关系将所述测量坐标转换为所述统一坐标系下的位置坐标，并按照所述采集时间保存所述位置坐标。

11、进一步地，在装船开始前设置零位采集时段，由所述采集终端在所述零位采集时段内连续获取各所述监测点对应的位置坐标，对同一所述监测点在所述零位采集时段内获得的多个位置坐标逐坐标分量求算术平均值，以所得平均位置作为该监测点的零位位置，并按照所述监测点沿船体长度方向的布置顺序汇集各所述零位位置，以形成所述零位位置点集。

12、进一步地，在装船期间，所述激光传感器将测得的位置坐标及对应的采集时间传输至所述采集终端，所述采集终端按照所述采集时间对所述位置坐标进行归集，将同一所述采集时间下与各所述监测点对应的位置坐标组成一个所述逐时位置点集，以表征装船期间各所述监测点随时间变化的位置状态。

13、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

14、本发明中，通过沿船体同侧布置监测棱镜并由岸侧激光传感器跟踪，使多个监测点位置连续获取，激光传感器依次测量公共标定位置的手持棱镜并建立坐标转换关系，使分散测量坐标归入统一坐标系，便于不同监测点位置统一比较。装船前逐点求取位置坐标时段均值形成零位位置点集，为装船期间逐时位置点集提供对应基准；按同一时刻汇集监测点位置，并以船体两端监测点构建基准连线，通过逐时位置点集与零位位置点集对应垂足向量之差的竖向分量得到船体总纵变形挠度，使沿船长的变形分布与时历基于统一基准连续输出。

1.一种激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，沿所述船体同侧选定所述监测点时，将所述监测点设置于船舷或邻近所述船舷的位置，且所述监测点的数量不少于五个；

3.根据权利要求2所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，将所述监测棱镜固定安装于对应的所述监测点，并在对应的所述激光传感器架设位置完成所述激光传感器的架设；

4.根据权利要求3所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，将所述手持棱镜依次布置于不少于四个所述公共标定位置；

5.根据权利要求4所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，使所述激光传感器通过无线网络接入所述采集终端，由所述采集终端接收所述激光传感器输出的带有采集时间的所述监测棱镜的所述测量坐标；

6.根据权利要求5所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，在装船开始前设置零位采集时段，由所述采集终端在所述零位采集时段内连续获取所述监测点对应的所述位置坐标；

7.根据权利要求1所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，在装船期间由所述激光传感器持续跟踪对应的所述监测棱镜，并将测得的所述位置坐标及对应的所述采集时间传输至所述采集终端；

8.根据权利要求7所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，分别在所述零位位置点集和每一所述逐时位置点集中选取位于所述船体长度方向两端的所述监测点，并以两端所述监测点的所述位置坐标确定对应的基准连线；

9.根据权利要求8所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，对同一所述监测点，将所述逐时位置点集对应的所述垂足向量与所述零位位置点集对应的所述垂足向量进行相减，得到所述监测点相对于对应的所述基准连线的变形向量；

10.根据权利要求9所述的激光阵列协同船体纵变监测方法，其特征在于，按照所述监测点沿所述船体长度方向的布置顺序汇集同一所述采集时间下的所述船体总纵变形挠度，形成所述船体总纵变形挠度沿船长的分布；