船厂测量基础知识的培训教材.docx
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船厂测量基础知识的培训教材
上海龙禹测量教材
测量技术培训教材
一、船厂测量的特点...........................................................2
1.1 船厂测量特点与对测量设备要求........................................2
1.2 船厂反射片测量的重要意义的强调.......................................2
二、测量技术基础.............................................................4
2.1 全站仪的基本原理 .....................................................4
2.2 全站仪测量原理.......................................................4
2.2 全站仪的误差来源和消除方法 ...........................................7
2.3 全站仪设置 ...........................................................7
三、EcoMES 分段测量软件 .....................................................14
3.1 软件功能介绍 ........................................................14
1. 测定.................................................................14
1.1 建立局部坐标系..................................................14
1.2 距离................................................................16
两点间距离..........................................................16
1.3 直线度..............................................................16
1.4 平面度（分段平整度）..................................................17
1.5 角度................................................................18
1.5.1 三点间角度....................................................18
1.5.2 两直线间角度..................................................19
1.5.3 构件间的角度..................................................21
1.7 圆心................................................................22
1.8 弧长................................................................22
1.9 余量划线/检测.......................................................23
1.10 水线 划线/检测 （该功能仅支持 SOKKIA 仪器）...........................25
四、全站仪的检校与维护......................................................28
4.1 使用规范 ............................................................28
4.2 仪器的检校 ..........................................................29
上海龙禹测量教材
一、船厂测量的特点
1.1船厂测量特点与对测量设备要求
船舶精度管理对数据勘测部分的硬件是有特殊要求的。
这些特殊要求决定
了船舶建造必须使用针对船厂特点而研发的专用全站仪。
船厂的数据勘测现场
与技术有特殊要求如下：
1、现场环境恶劣，温差大，灰尘多而细小；
2、测量目标多，测量点复现情况复杂，反射片测量是船厂测量的主要任务。
3、分段、搭载现场测量空间小，测量角度大；
4、作业强度高；
5、船坞船台资源有限，需要多班24小时连续作业，实施夜间作业；
6、依据船型不同，测量精度要求不一。
由此，我们需要一台具备如下特点的全站仪：
1、具备高等级防水防尘要求；具备宽范围工作温度——来满足船厂的恶劣
环境。
2、具备优异的反射贴片测量技术，并要求有各类配套的测量附件来复现各
类测量点——来复现并准确获得各类管理点坐标。
3、具备较短的视距，并具备高仰角和高俯角测量的测量条件，并要求有高
精度的角度校正基准作为保障——来实现在狭小范围进
4、行精准测量。
5、具备长时间工作时间的能力；——来帮助配合高强度的工作。
6、具备黑夜模式下的测量能力；
7、仪器精度依据造船的要求进行选择。
——来满足不同类型的测量任务。
1.2 船厂反射片测量的重要意义的强调
我们考究全站仪进入中国船厂的历史，是由于韩国船厂在国内设分段厂，
逐渐引进了索佳全站仪，同时引进了相关的测量配件。
这些测量配件的反射载
体都是反射贴片。
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为什么采用反射贴片作为船厂的测量模式呢？
由于全站仪在测量构件和分
段上的管理点时，首先必须复现这些管理点。
而且，要考虑到测量设备测距光
线的特点，选择一种稳定的测量模式——红外测量模式；还要考虑到测量设备
测量光束与被测对象之间入射角正对的问题。
这三个问题都考虑到并得以解决，
才能成为船厂的一种科学的测量方法。
而反射贴片很好地解决了以上三个问题：
第一、采用各种类型的贴片可以
复现各类构件点；第二、反射贴片测量模式的测量精度是非常稳定的，鉴定机
构可检测出其精度在亚毫米级（见“附件 3：
SET2X 检定证书”对于反射贴片
的精度表示。
）；第三、反射贴片可以通过角度磁块，很好地解决入射角的问题。
免棱镜测量模式则采用激光发光管进行实物的直接测量。
由于激光本身不
稳定和发散性的特点，其精度和测量范围受被测物体颜色、粗糙度、材质、形
状等因素的影响。
所以激光测量不稳定。
同时，由于分段结构上的各类管理点
——构件交叉点本身的特点，有些是凹的，有些是凸的，有些（如破口点）是
找不到的，若采用免棱镜的测量方式，则无法很好的复现这些点，这为测量的
准确性带来一系列的问题。
第三、由于全站仪测量时测量光束对于入射角无法
进行约束，也会对测量的结果产生误差。
所以，在船厂采用免棱镜测量技术，
将会使测量工作不严谨，存在误区，对精度管理的发展带来许多无法管理的因
素和不利的影响。
不利影响如，在技术上无法对分段的管理点进行统一，由于免棱镜测量的
实物，没有精细的点的标记，而每个人对于被测实物点的理解的不一，在前道
和后道工序中，无法对同一个被测点进行准确性的描述、复现、瞄准和测量。
又如，难于落实按标准实施作业：
由于每个人对“够得到”和“够不到”
的点的理解不同和执行力的不同，若船厂放任免棱镜测量的测量方式，将导致
船厂无法按作业标准实施作业，对我们整体推动精度管理理念是非常不利的。
依据以上考虑，参考国内外先进造船厂的测量模式，反射贴片作为一种测
量标准大力推广，而免棱镜（实物测量）被限制使用。
具体的措施如下：
1、大范围进行贴片测量方式的推广，船厂在选择测量设备的时候，需要多
考究该全站仪反射贴片测量的技术能力。
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2、提升实现管理点预先设置的理念，需要预先对过程管理中的管理点进行
预设，这不光有利于测量，同时有利于帮助船厂加速精度管理的建设过程。
3、需要纠正和限制免棱镜测量的使用。
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二、测量技术基础
2.1 全站仪的基本原理
全站仪简介
定义：
全站仪是一种集角度测量（水平角、垂直角）与距离测量（斜距、平距、
高差）为一体的测量仪器。
本质测角部分相当于电子经纬仪，测距部分相当于
光电测距仪。
特点：
测量范围大、智能程度。
在外业操作时，仅需单台全站仪即可根据现场
环境自由选择设站位置进行坐标采集工作。
应用：
全站仪已广泛用于点位测量、施工放样、形状检测等多方面的测量工作
中。
2.2 全站仪测量原理
全站仪经纬仪部分的基本结构及其相互关系
*经纬仪三轴及相互关系（图 1）
图 1
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*测角原理
水平角原理：
水平角是两垂直照准面与仪器水平切面之间的夹角。
垂直角原理：
垂直角是目标视准线与其相应水平视线之间的夹角，又称
为竖直角或高度角。
在实际测量中，目标方向的垂直角常用天顶距表示,天顶距是目标视线与铅
垂线（天顶方向）之间的夹角。
*测距原理
光速测距法：
相位法测距：
测定仪器发出的连续正弦信号在被测距离上往返传播所产生的相
位差，并根据相位差求得距离。
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*全站仪的水平状态确定
全站仪有三个气泡，圆水准气泡、长水准气泡、电子气泡。
圆水准气泡：
大致水平，精度不高
长水准气泡：
精确水平，精度较高，受外部影响，稳定性较差
电子气泡：
精确水平，精度高，具有补偿作用
注意事项：
全站仪的外部水平泡由于反应比较灵敏，光照、温度、轻微震动、仪器转动都
会导致偏离，所以在整平时，查看电子气泡，保证在允许范围内后，测量过程以电子气泡
为准。
*全站仪的电子气泡补偿状态
用水准气泡整平仪器时，由于水准气泡本身的置平精度限制，不能保证仪
器垂直轴与铅垂线完全一致；另外，受温度变化、基础震动等因素的影响，仪
器垂直轴与铅垂线的相对关系将会不断发生变化。
垂直轴的倾斜可以分解为纵
（望远镜方向）、横（水平轴方向）两个方向的倾斜分量，该两个倾斜分量分别
影响垂直角和水平角的观测。
为了动态补偿垂直轴倾斜对角度观测，特别是垂
直角观测的影响，全站仪中安装了双轴补偿系统。
所谓双轴补偿是指自动补偿
垂直轴纵向倾斜分量对垂直度盘读数的影响和垂直轴横向倾斜分量对水平度盘
读数的影响。
在船上或者浮船坞测量时，测量基准在船上，由于测量过程中有
震动，需将倾斜补偿关闭，保证仪器与船体的相对基准统一。
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*坐标计算基本原理
左图中点O为仪器中心位置，P
为观测目标点，实测斜距、水
平方向角、垂直角分别为
S、α、β。
2.2 全站仪的误差来源和消除方法
*仪器
系统误差（三轴误差改正、气象改正、常数改正等）
偶然误差（偶然误差不可避免，表面上看不出任何规律）
目标误差（采用配套的目标反射装置，点位精度优于 1mm）
*外界环境
温度（不宜在周围温差过大情况下测距）
日照（避免仪器在强光下暴晒过久）
光雾（避开周边电焊等产生的强光、尽量不在雾天进行测量）
*观测人员
在仪器整平、目标瞄准等操作中均会产生误差，由于各人感观存在差异性，建
议每次测量操作均
由同一观测人员完成。
棱镜、反射片、无协作目标三种测距模式，单键目标类型切换操作，
无协作目标棱镜反射片
2.3 全站仪设置
*操作面板按键介绍
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✧[ ON ] 键：
打开电源
✧[] 键：
发射激光或打开背光
✧[F1]～[F4] 键：
选取软键对应功能
✧[ESC] 键：
退出当前操作返回上一菜单
✧[BS] 键：
删除前一字符
✧[SFT] 键：
目标类型切换或键盘输入模式切换
✧[ [FUNC]键：
菜单翻页
✧[ 0 ]～[ 9 ]、[ . ] 、[ +/- ] 键：
数字字母输入
✧[ ♦ ]、[ ►]、[ ▲ ] 、[ ▼ ] 键：
光标移动或改变选项
✧键：
选取选项或确认输入数据
关机
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a.开机方式
正常开机：
[ ON ]
热启动开机：
[ F 4 ] + [ BS ] + [ON] （仪器参数初始化）
冷启动开机：
[ F 1 ] + [ F 3 ] + [ BS ] + [ON] （清除内存全部数
据，恢复出厂设置）
b.状态模式菜单结构
SETXSOKKIA
S/N XXXXXX
Ver. XXX-XX-XX
XXX-XX-XX
文件 JOB3
测量内存配置
状态模式
测量模式
测量的各
种操作
内存模式
文件、已
知坐标和
代码操作
设置模式
仪器参数
设置、键
功能定义
等操作
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c.设置模式菜单结构
设置模式
观测条件
仪器设置
仪器常数
通讯设置
单位设置
测距类型:
斜距/平距/高差
倾斜改正:
YES（H,V） /YES（V）/NO
视准改正:
YES /NO
两差改正:
NO /K=0.142/K=0.20
手设竖盘:
NO /YES
竖角类型:
天顶距 /垂直角/垂直 90o
坐标格式:
N-E-Z /E-N-Z
角度显示:
1” /5”
水准面改正:
NO /YES
关机方式:
5/10/15/ 30 分钟 /NO
亮度:
1/…/ 3 /…/ 5
对比度:
1/…/ 10 /../15
恢复功能:
开 / 关
EDM 接收调节:
自调 / 不调
倾斜零点测定
视准差测定
温度:
℃ / ℉
气压:
hPa / mmHg /inchHg
角度:
degree / gon / mil
距离:
meter / feet / inch
键功能
更改密码
键定义
键寄存
键恢复
更改密码
旧密码
:
键 功 能
测 距 切 换 置 零 坐 标
菜 单 倾 斜 设 角 E D M
对 边 偏 心 记 录 放 样
O K
键 功 能
用户定义 1
用户定义 2
键 功 能
用户定义 1
用户定义 2
默认定义
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d.测量模式菜单结构
测量模式下的各种功能操作是通过按 [ F1 ] … [ F4 ] 四个功能
软键来实现的，软键菜单共含 12 项功能（3 页×4 项），其键位可由用户
自行定义，菜单页面切换通过按[FUNC]键进行。
测量
S6.701 m
ppm 0
测 距 切 换 置 零 坐 标 P1
测量模式
ZA 90°55′40″
HAR 43°53′01″ P1
测 距 切 换 置 零 坐 标
菜 单 倾 斜 设 角 E D M P2
对 边 偏 心 记 录 放 样 P3
测 距 ：
距离测量切 换 ：
观测值显示切换置 零 ：
水平角值置零
坐 标 ：
坐标测量复 测 ：
水平角均值测量对 边 ：
目标点间距离、高差测量
放 样 ：
放样测量偏 心 ：
偏心测量记 录 ：
进入存储数据菜单
E D M ：
测距参数设置设 角 ：
水平角值设置倾 斜 ：
电子气泡和倾角显示
菜 单 ：
常用程序菜单悬 高 ：
悬高测量后 交 ：
后方交会测量
右/左 ：
左右角切换ZA/% ：
坡度值显示切换锁 定 ：
水平角锁定或解锁
显 示 ：
显示最新观测值输 出 ：
数据通讯口输出信 号 ：
测距信号检测
面 积 ：
面积测算英尺/米 ：
单位切换显示仪器高：
仪器、目标高输入
放 线 ：
直线放样测量投 点 ：
点投影计算———：
未定义
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2.4 附件的使用注意
*半反射片摆放：
注：
反射片摆放时，使反射片正对仪器，成一定角度，45°~60°为宜。
*双点标靶摆放
注：
隐蔽标靶摆放时，角度没有影响，只需确保两个标靶能够同时看见，端部
对准被遮挡点即可。
测量时，先对外部标靶测量，再测内部标靶，确保两标靶
中心与测杆端部的共线性及相对长度关系。
*搬站
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仪器进行搬动时，两个基准点（旋转标靶）尽量分布在分段两端，如现场
条件不允许，基准点放置于与仪器所成角度大于 15°处（ 30°~150°为宜）。
为确保搬站前后所测同一基准点的位置偏差较小，在测量过程中，应尽可
能严格瞄准旋转标靶十字丝中心。
由于转动标靶时可能出现稍许的中心位置偏
移，导致搬站测量偏差过大，此时可偏离中心重新测量，直至精度在 1mm 内。
仪器可进行多次搬动，但是搬动次数越多，测量精度越低，建议现场条件允许
情况下，一般不超过 2 次。
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三、EcoMES 分段测量软件
3.1 软件功能介绍
EcoMES 提供了多种测定方法，用以测量实物分段的在胎架上生产状态、
装配状态以及其它状态。
1. 测定
1.1 建立局部坐标系
该方法在没有测定对象分段的设计数据情况下，选取任意一点作为原点，
剩余点将用以生成用户指定的轴，然后进行测定。
以下所记述的是在标准测定
中所提供的 3 种设置坐标轴的方法。
● 原点（第 1 点）+X 轴（第 2 点）:
第一测定点作为原点（确定好 XY 平面），
第二测定点与第一测定点的连线为 X 轴（如果该连线不在 XY 平面上，则该连线
在 XY 平面上的投影为 X 轴），Z 轴方向始终以全站仪的水平垂直方向为准。
其
后所测定的点将自动按照先前生成的坐标系显示坐标。
X각 각 각 각
각 각 각 각
原点（第 1 点）+X 轴（第 2 点） 测定范例
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● X 轴（第 1-2 点）+Y 轴（第 3 点）:
第一测定点为原点，第二测定点与第一
测定点的连线为 X 轴（YZ 平面确定），第三测定点与第一测定点的连线为 Y 轴
（如该连线不在 YZ 平面上，则该连线在 YZ 平面上的投影为 Y 轴）。
其后所测定
的点将自动按照先前生成的坐标系显示坐标。
Y각 각 각 각각 각
X 轴（第 1-2 点） + Y 轴（第 3 点） 测定范例
● X 轴（第 1-2 点）+Z 轴（第 3 点）:
第一测定点为原点，第二测定点与第一
测定点的连线为 X 轴（YZ 平面确定），第三测定点与第一测定点的连线为 Z 轴
（如该连线不在 YZ 平面上，则该连线在 YZ 平面上的投影为 Z 轴）。
其后所测定
的点将自动按照先前生成的坐标系显示坐标。
Z각 각 각
Z -각 axis
각 각
X 각- axis
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X 轴（第 1-2 点）+Z 轴（第 3 点） 测定范例
1.2 距离
计算测定点和设计点的实际空间距离以及 X/Y/Z 距离，并可便于查看查看。
因此，可轻易获知设计与实物之间的实长距离及 X/Y/Z 距离差异。
同时，在
EcoMES 中，该功能也具备实时测量的分析能力，因此对于测定时遗漏的测定坐
标，在现场即可直接进行补测并执行快速分析。
两点间距离
例如测量分段中心线或分段上任意两点位置等
2
2
（1） 点击计算-两点间的距离
（2） 在测定点上选择起始点和结束点 2 点
（3） 选择坐标（测定坐标和设计坐标）
（4） 点击“计算”
（5） 查看结果（X 长，Y 偏差，Z 偏差，空间实长等…）
[测定坐标][设计坐标]
[偏差]
两点间距离计算
1.3 直线度
计算测定点和设计点的直线度，结果便于查看。
因此，用户可轻易进行实
物直线度的实长偏差及 X/Y/Z 偏差分析。
例子如下。
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2
3
1
（1） 首先选择任意 2 点作为基准直线。
（2） 以
（1）中选择的 2 点所组成的基准直线为准，选择要求直线度的点后，
点击计算按钮，进行结果分析。
[ 1][ 2]
直线度计算
1.4 平面度（分段平整度）
在 EcoMES 中，为分析实物分段的平面度提供了相应的计算功能。
该功能
支持实时测量分析，在现场即可对测定点/设计点进行快速分析。
以下所记述的
是分段平面度的计算方法。
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각构件面上的点 （B）
构件面上的点（D）
각构件面上的点 （A）
각构件面上的点 （C）
计算平面度
[1] 在构件上选择或测定任意 3 点构成平面。
[2] 对应[1]中所形成的平面选择需要确认平面度的点，然后点击计算按钮。
[3] 分析平面度
[1]
[2]
[3]
计算平面度的方法
1.5 角度
计算测定坐标和设计坐标的角度，结果便于查看。
同时，在 EcoMES 中，
该功能也具备实时测量的分析能力，因此对于测定时遗漏的测定坐标，在现场
即可直接进行补测并执行快速分析。
因此，用户可对比设计及实物，轻易进行
角度分析。
20
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1.5.1 三点间角度
3
1
2
表示计算测定坐标和设计坐标的三点间的角度
（1） 实施计算-三点间角度
（2） 选择 3 点
（3） 确认计算结果以及误差分析
[测定坐标][设计坐标]
[偏差]
三点间角度计算
1.5.2 两直线间角度
可以计算测定点或设计点所构成的直线夹击角。
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6
2
（1） 实施计算-两直线间角度
（2） 选择两直线
（3） 选择坐标（测定坐标和设计坐标）
（4） 确认计算结果以及误差分析
[设计数据][测量数据]
偏差分析
空间两直线夹角
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1.5.3 构件间的角度
可计算构件间的角度（测定坐标和设计坐标）计算，现场直接测量两构件
交叉线以及构面上各自的点，即可得出角度。
以下所记述的是构件间角度计算的方法。
각交叉线上的点 （A）각交叉线上的点 （B）
각构件面上的点 （D）
각构件面上的点 （C）
21
5
构件间的角度
22
11
红色线段为构件交叉线
构件间的角度计算
（1）实施计算-构件间的角度
（2）选择构件间交叉线上的两点进行测定
（3）选择构件面上的任意点进行测定
（4）确认计算结果以及误差分析
23
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[1]
[2]
[3]
构件间角度计算方法
1.7 圆心
测量圆周上的任意
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