[發(fā)明專利]基于三維激光掃描技術(shù)的外浮頂立式金屬罐容積測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310308714.4
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103389136A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李東升;周曉雪;梁雪敏;宋振;張洪軍;陳賢雷;郝華東;陳偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學(xué)院
• 主分類號: G01F17/00
• 分類號: G01F17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大型石油儲運容量計量領(lǐng)域，主要針對大型外浮頂立式金屬罐的容積測量。

背景技術(shù)

石油作為重要的戰(zhàn)略物資，與國家的國計民生聯(lián)系密切，不僅關(guān)系著國家的政局安全和經(jīng)濟命脈，也滲透到了日常生活中的方方面面。隨著世界對石油需求的增加，建立戰(zhàn)略石油儲備變得越來越重要。我國國家石油儲備中心于2007年成立，規(guī)劃了三期石油儲備基地建設(shè)，一期石油儲備工程全部采用立式金屬罐，目前已全面投入使用。

外浮頂立式金屬罐作為立式金屬罐的一種，因其儲油量大，且對油品的揮發(fā)損耗有一定的抑制作用，故在大型石油儲運工程中占有重要地位。目前對于外浮頂立式金屬罐的檢定仍采用規(guī)程方法——幾何測量法，包括圍尺法、光學(xué)垂準線法和全站儀法。圍尺法是最早使用也是最基本的油罐計量方法，由于其計量精度較高，因而成為國際石油貿(mào)易交接中唯一被認可的仲裁計量方法。但這種方法在測量過程中，存在野外高空作業(yè)，安全性差，勞動強度高，時間長，故在目前的容量計量中，僅在基圓的測量檢定中使用。全站儀法是目前實際檢定中最常用的方法，它采用電子測角、測距的方式，對各層圈板進行有限點數(shù)的測量，并自動記錄測量數(shù)據(jù)，后續(xù)通過軟件進行數(shù)據(jù)擬合完成圈板半徑的測量。全站儀最大的優(yōu)點在于儀器操作的智能化、自動化，縮短了測量時間，提高了效率和準確度，同時不存在高空作業(yè)，安全性較高。但由于測量點數(shù)有限，不能完全反應(yīng)罐壁幾何信息，如出現(xiàn)噪聲點、粗差點，則對測量結(jié)果影響較大。而對罐底的測量，一般采用幾何測量法，將罐底等面積劃分為若干個圓，利用水準儀和標高尺，測量各個圓上若干點的高度，求取平均值作為該圓所在平面的高度；相鄰兩圓構(gòu)成一個圓臺，通過計算圓臺體積并疊加以計算總的排量，該種測量方法存在的弊端是測量點數(shù)有限，不能完全描述罐底信息，且存在勞動強度大、費時費力等缺點。

綜上所述，對于大型外浮頂立式金屬罐的計量檢定，需要發(fā)明新的容積計量方法，以提高檢定效率和測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于三維激光掃描技術(shù)的外浮頂立式金屬罐容積測量方法，以降低檢定成本，減少人力物力消耗，在提高檢定效率的基礎(chǔ)上，提高計量精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

基于三維激光掃描技術(shù)的大型外浮頂立式金屬罐容積測量方法包括前期調(diào)研、技術(shù)條件準備、現(xiàn)場環(huán)境測量、數(shù)據(jù)采集、相關(guān)參數(shù)測量和數(shù)據(jù)處理過程。本發(fā)明基于三維激光掃描技術(shù)的外浮頂立式金屬罐容積測量方法的實現(xiàn)采用三維激光掃描測量系統(tǒng)，包括三維激光掃描儀及其配套的掃描控制及點云數(shù)據(jù)處理軟件、拼接標靶、三角支架、計算機和定位標靶。測量過程中，將三維激光掃描儀架設(shè)在三角支架上；可直接對儀器進行操作，完成掃描，或通過計算機對掃描過程進行控制，實現(xiàn)目標對象三維坐標數(shù)據(jù)獲取和在線傳輸及顯示。

本發(fā)明利用上述設(shè)備實現(xiàn)容量測量的方法：

（1）數(shù)據(jù)采集

外浮頂立式金屬罐由罐底、罐壁和浮盤組成，浮盤將罐體分為上下兩部分。根據(jù)罐體大小和實際所需測量精度，選取最佳掃描分辨率、站點設(shè)置和標靶放置位置，通過不同站點數(shù)據(jù)的拼接，獲取完整的點云數(shù)據(jù)。

為獲取罐體完整的三維點云坐標數(shù)據(jù)，首先在罐底不同位置設(shè)站，完成對罐底和浮盤下部罐壁的掃描；然后將標靶放置于人孔處，分別在人孔上下設(shè)站掃描，實現(xiàn)浮盤上下兩部分罐體點云數(shù)據(jù)的拼接；最后在浮盤上設(shè)置多站進行掃描，完成罐體上部罐壁的數(shù)據(jù)獲取。

（2）數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括點云數(shù)據(jù)預(yù)處理和坐標數(shù)據(jù)擬合計算。

點云數(shù)據(jù)預(yù)處理在儀器自帶的點云數(shù)據(jù)處理軟件中完成，包括標靶中心坐標信息提取、點云拼接、點云去噪、點云抽稀、坐標變換及特征信息提取等，最后將處理好的罐體點云數(shù)據(jù)以txt格式導(dǎo)出。

坐標數(shù)據(jù)擬合計算即容積計算。采用積分思想，將罐體點云坐標數(shù)據(jù)沿高度方向分割為若干個小圓柱體，計算各個小圓柱體的體積并疊加以獲取總體積。引入溫度、罐體傾斜度、液體靜壓力等修正；計算罐內(nèi)附件和罐底容積，最后合成總的容積表。計算模型如公式(1)，其中：???????????????????????????????????????????????為擬合小圓柱體底面面積；為所取小圓柱體高度；為液體靜壓力修正值L；為罐內(nèi)附件體積修正值；為罐底不平度修正值；為罐體傾斜修正值。

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