張希波，袁 斌，丁國鑫

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

徠卡測量新技術應用專欄

徠卡3D Disto的臥罐計量方法

張希波，袁 斌，丁國鑫

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

目前國內(nèi)加油站使用的儲油罐多為一次性埋放，長期使用。而罐體在使用過程中不可避免地會發(fā)生變形、傾斜，對于長期使用埋在地下的臥式金屬罐，需要及時對其容積進行檢測。本文利用徠卡3D Disto嘗試構建一個自動測量與生成臥式罐容積計量表的方法，并通過在PC端編程加以實現(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)進行設計制定。主要包括以下幾個步驟：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)過傾斜改正的罐體半徑；⑤對罐體進行掃描計算并生成油罐容積表。如圖1所示。

圖1 3D Disto油罐計量現(xiàn)場

2 技術實現(xiàn)

2.1 3D Disto簡介

3D Disto具有±3°的較大自動安平范圍，水平與豎直方向雙馬達驅(qū)動，測量盲區(qū)相對常規(guī)儀器減小很多，架設更加靈活；采用安全的二級激光，測距精度可達1 mm。儀器雖然小巧，但測角精度仍然達到5″，完全滿足臥罐計量的需求。針對不同工作的防爆需求，提供防爆標志為“Exib II BT4”的防爆版本與防爆標識為“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P1—Px)，確定罐體走向，并初步判斷罐體封頭、拐點位置。如圖2(a)所示。

(2) 測量點A、B、C(即罐體近似橫截面上3點)，通過3點構成一個圓，計算圓筒半徑R和過圓心的近似軸線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T1—Tx。在步驟(1)初步判斷位置的基礎上，對其所在區(qū)間(軟件設置區(qū)間大小)作逼近掃描，進一步精確罐體封頭和拐點位置。確定罐體傾斜角度θ，修正在上一步中得到的半徑R，并對軸線L作傾斜改正。如圖2(c)所示。

圖2 初始化判斷過程

2.3 掃描方法

2.3.1 幾何測量法

按照國家標準的計量規(guī)范，依次掃描臥罐兩端封頭、拐點，測量臥罐圈板斷面，計算臥罐容積。測量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，通過積分計算出臥罐容積。該方法的成果精度完全滿足國家千分之三的檢定精度要求。如圖4所示。

2.4 計算方法

各點相對坐標計算公式如下

圖4 水平掃描法

各斷面半徑計算如下

建模計算容量：①通過儀器測量的點云數(shù)據(jù)構建立體三角格網(wǎng)，根據(jù)三角格網(wǎng)計算格網(wǎng)所圍成的空間體積；②對罐體進行任意斷面的切割；③根據(jù)相鄰切割的斷面計算所圍成的容積，并生成容量表；④真實反映臥罐體積，容積計算精度高。如圖5所示。

圖5 臥罐三角網(wǎng)模型

3 技術分析

在中石油某加油站，針對同一個罐分別用灌水法與3DDisto作兩次測算，該臥罐總容量為30m3，對比中最大差值為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。整個測量過程中，3DDisto不但環(huán)保，節(jié)約水資源，而且效率高出數(shù)倍。見表1。

另外，采用常規(guī)計量儀和傳統(tǒng)幾何法與3DDisto進行比測，該臥罐總容量為30m3。其中與計量儀對比中最大差值為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。見表2。

整個測量過程中，使用徠卡3DDisto無需人員下罐，更加安全。

表1 灌水法與徠卡數(shù)據(jù)對比

表2

4 結 語

徠卡3D Disto搭配臥罐精靈軟件進行臥罐測量，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會更加廣泛地應用于實際工作中。