徠卡3D Disto的臥罐計(jì)量方法介紹
發(fā)布日期：2020-09-04
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一、引言
目前國(guó)內(nèi)加油站當(dāng)前使用的儲(chǔ)油罐多為一次性埋放，長(zhǎng)期使用。而罐體在使用過(guò)程中不可避免地會(huì)發(fā)生變形、傾斜等情況，對(duì)于長(zhǎng)期使用埋在地下的臥式金屬罐，需要按時(shí)、及時(shí)地對(duì)其容積進(jìn)行檢測(cè)。本文通過(guò)徠卡3D Disto嘗試構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)測(cè)量并生成臥式罐容積計(jì)量表的方法，并通過(guò)在PC端的編程加以實(shí)現(xiàn)。
二、操作流程
本流程主要參照國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程《JJG 266-1996》進(jìn)行設(shè)計(jì)制定。其中涉及到臥罐相關(guān)部分體積的計(jì)算，均按照上述規(guī)程中列出的公式進(jìn)行計(jì)算。此流程主要包括以下幾個(gè)步驟：
將儀器固定在腳架上放入罐中→水平掃描確定罐體走向及封頭拐點(diǎn)位置→罐體橫截面掃描確定直徑→確定罐體縱橫走向和傾斜，得到經(jīng)過(guò)傾斜改正的罐體半徑→對(duì)罐體進(jìn)行掃計(jì)算并生成油罐容積表
三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)
3.1 3D Disto簡(jiǎn)介
3D Disto帶有±3°較大自動(dòng)安平范圍，水平與豎直方向雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，測(cè)量盲區(qū)相對(duì)常規(guī)儀器減少很多，架設(shè)更加靈活。3D Disto采用安全的二級(jí)激光，測(cè)距精度可達(dá)1mm。儀器雖然小巧，但測(cè)角精度仍然達(dá)到5″，完全滿(mǎn)足臥罐計(jì)量的需求。針對(duì)不同工作的防爆需求，提供防爆標(biāo)志為“ExibII BT4”的防爆版本與防爆標(biāo)識(shí)為“Exia Ⅱ A T4 Ga”的石油區(qū)域可用的防爆版本。
3.2 初始化判斷
整個(gè)掃描過(guò)程完全自動(dòng)化，無(wú)需人為干預(yù)，以下將實(shí)現(xiàn)方法分布詳解。3.2.1 通過(guò)支架將3D Disto放置在罐體下端位置，首先水平掃描罐體下方（掃描點(diǎn)P1?Px），確定罐體走向，并初步判斷罐體封頭、拐點(diǎn)位置。
3.2.2 測(cè)量點(diǎn)A、B、C（即罐體近似橫截面上三點(diǎn)）。通過(guò)三點(diǎn)構(gòu)成圓C，計(jì)算圓筒半徑R和過(guò)圓心的近似軸線(xiàn)L。
3.2.3 沿罐體水平方向豎直掃描罐體上半段，掃描點(diǎn)T1?Tx。在第一步初步判斷位置的基礎(chǔ)上，對(duì)其所在區(qū)間（軟件設(shè)置區(qū)間大小）做逼近掃描，進(jìn)一步精確罐體封頭和拐點(diǎn)位置。確定罐體傾斜情況θ，并修正在上一步中得到的半徑R和對(duì)軸線(xiàn)L做傾斜改正。
3.3.掃描方法
3.3.1 幾何測(cè)量法按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量規(guī)范，依次掃描臥罐兩端封頭、拐點(diǎn)，測(cè)量臥罐圈板斷面，計(jì)算臥罐容積。測(cè)量30立方臥罐只需20分鐘左右，效率非常高。計(jì)算方法符合國(guó)家計(jì)量規(guī)范，可于用戶(hù)傳統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)比。
3.3.2 水平掃描法
依照初始判斷的臥罐尺寸數(shù)據(jù)，由下至上掃描臥罐水平斷面。通過(guò)積分計(jì)算出臥罐容積。此方法的成果精度完全滿(mǎn)足國(guó)家千分之三的檢定精度要求，準(zhǔn)確可靠。
3.4 計(jì)算方法
3.4.1 各點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)計(jì)算公式如下：
3.4.2 各斷面半徑計(jì)算：
3.4.3 建模計(jì)算容量：
通過(guò)儀器測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建立體三角格網(wǎng)，根據(jù)三角格網(wǎng)計(jì)算格網(wǎng)所圍成的空間體積；
可以對(duì)罐體進(jìn)行任意斷面的切割；
根據(jù)相鄰切割的斷面計(jì)算所圍成的容積，并生成容量表；
真實(shí)反映臥罐體積，容積計(jì)算精度高。
四、技術(shù)分析
本研究分別選取兩個(gè)臥罐，按照當(dāng)?shù)赜?jì)量院以往使用的不同檢定方法與徠卡測(cè)量的3D Disto油罐精靈系統(tǒng)進(jìn)行比測(cè)，以驗(yàn)證新技術(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性。在中石油某加油站，針對(duì)同一個(gè)罐分別用灌水法與3D Disto兩次測(cè)算，該臥罐總?cè)萘繛?0方，對(duì)比中最大差值為35升，誤差比率1.17‰，符合規(guī)范規(guī)定誤差在3‰以?xún)?nèi)。整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，3D Disto不但環(huán)保、節(jié)約水資源，而且效率高出數(shù)倍。
另外在中石化某加油站按照常規(guī)計(jì)量?jī)x和傳統(tǒng)幾何法與3D Disto進(jìn)行比測(cè)，該臥罐總?cè)萘繛?0方。其中與計(jì)量?jī)x對(duì)比中最大差值為62.1升，誤差比率2.05‰，符合規(guī)范規(guī)定誤差在3‰以?xún)?nèi)。
與傳統(tǒng)法對(duì)比中最大差值為63.0升，誤差比率2.08‰，符合規(guī)范規(guī)定誤差在3‰以?xún)?nèi)。
整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，使用徠卡3D Disto無(wú)需人員下罐，更加安全。
| 高度 ( 米) | 計(jì)量?jī)x( 升) | 傳統(tǒng)法 ( 升) | 徠卡計(jì)算 ( 升) | 與計(jì)量?jī)x 差值( 升) | 與傳統(tǒng)法 差值（升） |
| 0.01 | 10.9 | 10.0 | 10.0 | 0.9 | 0.0 |
| 0.10 | 346.5 | 341.0 | 342.0 | 4.5 | -1.0 |
| 0.20 | 987.0 | 977.0 | 980.0 | 7.0 | -3.0 |
| 0.30 | 1819.7 | 1805.0 | 1810.0 | 9.7 | -5.0 |
| 0.40 | 2801.8 | 2781.0 | 2790.0 | 11.8 | -9.0 |
| 0.50 | 3914.5 | 3880.0 | 3892.0 | 22.5 | -12.0 |
| 0.60 | 5125.0 | 5081.0 | 5096.0 | 29.0 | -15.0 |
| 0.70 | 6421.9 | 6366.0 | 6384.0 | 37.9 | -18.0 |
| 0.80 | 7785.9 | 7721.0 | 7742.0 | 43.9 | -21.0 |
| 0.90 | 9208.2 | 9133.0 | 9157.0 | 51.2 | -24.0 |
| 1.00 | 10671.2 | 10589.0 | 10616.0 | 55.2 | -27.0 |
| 1.10 | 12167.5 | 12077.0 | 12108.0 | 59.5 | -31.0 |
| 1.20 | 13683.1 | 13588.0 | 13621.0 | 62.1 | -33.0 |
| 1.30 | 15206.6 | 15109.0 | 15145.0 | 61.6 | -36.0 |
| 1.40 | 16727.6 | 16630.0 | 16669.0 | 58.6 | -39.0 |
| 1.50 | 18236.5 | 18141.0 | 18183.0 | 53.5 | -42.0 |
| 1.60 | 19723.7 | 19630.0 | 19675.0 | 48.7 | -45.0 |
| 1.70 | 21177.3 | 21087.0 | 21134.0 | 43.3 | -47.0 |
| 1.80 | 22587.7 | 22499.0 | 22549.0 | 38.7 | -50.0 |
| 1.90 | 23942.1 | 23856.0 | 23908.0 | 34.1 | -52.0 |
| 2.00 | 25227.5 | 25142.0 | 25198.0 | 29.5 | -56.0 |
| 2.10 | 26426.5 | 26345.0 | 26402.0 | 24.5 | -57.0 |
| 2.20 | 27525.6 | 27446.0 | 27506.0 | 19.6 | -60.0 |
| 2.30 | 28501.2 | 28426.0 | 28487.0 | 14.2 | -61.0 |
| 2.40 | 29328.1 | 29256.0 | 29319.0 | 9.1 | -63.0 |
| 2.50 | 29964.3 | 29897.0 | 29960.0 | 4.3 | -63.0 |
| 2.60 | 30282.1 | 30247.0 | 30308.0 | -25.9 | -61.0 |
| 高度( 米) | 灌水法（升） | 徠卡計(jì)算（升） | 差值（升） |
| 0.10 | 410.0 | 408.0 | 2.0 |
| 0.20 | 1166.0 | 1162.0 | 4.0 |
| 0.30 | 2140.0 | 2135.0 | 5.0 |
| 0.40 | 3281.0 | 3277.0 | 4.0 |
| 0.50 | 4557.0 | 4553.0 | 4.0 |
| 0.60 | 5943.0 | 5941.0 | 2.0 |
| 0.70 | 7418.0 | 7418.0 | 0.0 |
| 0.80 | 8964.0 | 8967.0 | -3.0 |
| 0.90 | 10566.0 | 10572.0 | -6.0 |
| 1.00 | 12209.0 | 12219.0 | -10.0 |
| 1.10 | 13879.0 | 13892.0 | -13.0 |
| 1.20 | 15562.0 | 15579.0 | -17.0 |
| 1.30 | 17245.0 | 17266.0 | -21.0 |
| 1.40 | 18915.0 | 18940.0 | -25.0 |
| 1.50 | 20558.0 | 20586.0 | -28.0 |
| 1.60 | 22160.0 | 22191.0 | -31.0 |
| 1.70 | 23707.0 | 23740.0 | -33.0 |
| 1.80 | 25182.0 | 25216.0 | -34.0 |
| 1.90 | 26567.0 | 26602.0 | -35.0 |
| 2.00 | 27843.0 | 27878.0 | -35.0 |
| 2.10 | 28984.0 | 29018.0 | -34.0 |
| 2.20 | 29958.0 | 29990.0 | -32.0 |
| 2.30 | 30714.0 | 30742.0 | -28.0 |
| 2.40 | 31124.0 | 31146.0 | -22.0 |
圖6 灌水法、計(jì)量?jī)x、傳統(tǒng)法與徠卡數(shù)據(jù)對(duì)比表
五、總結(jié)
徠卡3D Disto搭配臥罐精靈軟件進(jìn)行臥罐測(cè)量相比傳統(tǒng)方法速度更快，安全性更高，精度完全滿(mǎn)足要求，已經(jīng)在部分加油站投入使用。相信在不久之后該技術(shù)會(huì)更加廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工作中！應(yīng)用案例
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