徠卡3D Disto的臥罐計(jì)量方法

張希波，袁 斌，丁國(guó)鑫

(徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

徠卡測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用專欄

徠卡3D Disto的臥罐計(jì)量方法

張希波，袁 斌，丁國(guó)鑫

(徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

目前國(guó)內(nèi)加油站使用的儲(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，對(duì)于長(zhǎng)期使用埋在地下的臥式金屬罐，需要及時(shí)對(duì)其容積進(jìn)行檢測(cè)。本文利用徠卡3D Disto嘗試構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)測(cè)量與生成臥式罐容積計(jì)量表的方法，并通過(guò)在PC端編程加以實(shí)現(xiàn)。

1 操作流程

該流程主要參照《臥式金屬罐容積檢定規(guī)程》(JJG 266—1996)進(jìn)行設(shè)計(jì)制定。主要包括以下幾個(gè)步驟：①將儀器固定在腳架上放入罐中；②水平掃描確定罐體走向及封頭拐點(diǎn)位置；③掃描罐體橫截面確定直徑；④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；⑤對(duì)罐體進(jìn)行掃描計(jì)算并生成油罐容積表。如圖1所示。

圖1 3D Disto油罐計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 3D Disto簡(jiǎn)介

3D Disto具有±3°的較大自動(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)儀器減小很多，架設(shè)更加靈活；采用安全的二級(jí)激光，測(cè)距精度可達(dá)1 mm。儀器雖然小巧，但測(cè)角精度仍然達(dá)到5″，完全滿足臥罐計(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“Exib II 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。

2.2 初始化判斷

(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。如圖2(a)所示。

(2) 測(cè)量點(diǎn)A、B、C(即罐體近似橫截面上3點(diǎn))，通過(guò)3點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)圓，計(jì)算圓筒半徑R和過(guò)圓心的近似軸線L。如圖2(b)所示。

(3) 沿罐體水平方向豎直掃描罐體上半段，掃描點(diǎn)T1—Tx。在步驟(1)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)作逼近掃描，進(jìn)一步精確罐體封頭和拐點(diǎn)位置。確定罐體傾斜角度θ，修正在上一步中得到的半徑R，并對(duì)軸線L作傾斜改正。如圖2(c)所示。

圖2 初始化判斷過(guò)程

2.3 掃描方法

2.3.1 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 m3的臥罐只需20 min左右，效率非常高。如圖3所示。

圖3 幾何測(cè)量法

2.3.2 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。該方法的成果精度完全滿足國(guó)家千分之三的檢定精度要求。如圖4所示。

2.4 計(jì)算方法

各點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)計(jì)算公式如下

圖4 水平掃描法

各斷面半徑計(jì)算如下

建模計(jì)算容量：①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；②對(duì)罐體進(jìn)行任意斷面的切割；③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；④真實(shí)反映臥罐體積，容積計(jì)算精度高。如圖5所示。

圖5 臥罐三角網(wǎng)模型

3 技術(shù)分析

在中石油某加油站，針對(duì)同一個(gè)罐分別用灌水法與3DDisto作兩次測(cè)算，該臥罐總?cè)萘繛?0m3，對(duì)比中最大差值為0.035m3，誤差比率為1.17‰，符合規(guī)范規(guī)定的誤差在3‰以內(nèi)的要求。整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，3DDisto不但環(huán)保，節(jié)約水資源，而且效率高出數(shù)倍。見(jiàn)表1。

另外，采用常規(guī)計(jì)量?jī)x和傳統(tǒng)幾何法與3DDisto進(jìn)行比測(cè)，該臥罐總?cè)萘繛?0m3。其中與計(jì)量?jī)x對(duì)比中最大差值為0.062 1m3，誤差比率為2.05‰，符合規(guī)范規(guī)定的誤差在3‰以內(nèi)的要求。與傳統(tǒng)法對(duì)比中最大差值為0.063m3，誤差比率為2.08‰，符合規(guī)范規(guī)定的誤差在3‰以內(nèi)的要求。見(jiàn)表2。

整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，使用徠卡3DDisto無(wú)需人員下罐，更加安全。

表1 灌水法與徠卡數(shù)據(jù)對(duì)比

表2

4 結(jié) 語(yǔ)

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，精度完全滿足要求，已經(jīng)在部分加油站投入使用。筆者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。