三维激光扫描技术在立式罐容积测量中的应用研究

摘要

立式罐是国际上大宗能源贸易结算的主要计量储存工具，在商业、军事尤其是石油化工等行业中有着广泛应用，是国民经济能源系统的重要组成部分，属于强制检定社备。由于过去的储罐制造、安装技术层次不齐，以及化工产品多具有易燃、易爆、易挥发、有腐蚀性以及毒性等特点，使其在生产、运输、储存和使用过程中存在潜在的事故风险，稍有不慎很容易就会造成重大安全事故。为了保持长期的安全生产、预防事故的发生，有必要研究大型储罐容量快速测定技术，以便对现役储罐的安全状况进行准确地把握。
　　现有容积测量方法有围尺法、光学垂准线法、几何测量法等。这些方法存在任务繁重、耗时多、测量结果不确定度难以保证等问题。为了提高容积测量的效率和精度，本文提出一种基于三维激光扫描原理的立式罐容量测量方法。首先对激光扫描仪进行检验，以保证仪器性能满足立式罐容积测量的精度要求，然后探讨了立式罐内、外激光点云数据的获取方案，包括实施条件、扫描测站设置及注意事项。对于获取的罐体点云数据，通过三角网格和三次样条插值拟合计算出不同液位高度对应的储罐容积值，三次样条的系数采用追赶法求解三对角线矩阵获得。在插值计算过程中将液位高度和体积插值样条的系数作为容积表中数据保存在服务器中，减少了数据量，提高了后续体积的计算精度。最后创建容积表。
　　为了验证基于激光扫描技术进行立式罐容积测量方法的可行性，文章对该方法进行了不确定度分析。最后计算出该方法的相对扩展不确定度为0.11％，远远小于0.4%的中国计量误差要求。在黄岛油库的应用实例也证明了扫描测量结果与传统测量结果具有良好的一致性。然而，相对于传统测量方式该方法自动化程度高、测量速度快、仪器操作简便，获取的点云数据更能准确有效地描述罐体形体信息。

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1绪论

1.1课题的提出

1.2研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4本文研究的主要内容

2传统立式罐容量检定方法

2.1立式罐的结构及检定原理

2.2容积检定的专业术语和通用技术要求

2.3传统检定方法

2.4小结

3 Trimble GX200 三维激光扫描系统及其检验

3.1 Trimble GX200 三维激光扫描系统

3.3 三维激光扫描仪进行立式罐扫描工作原理

3.3三维激光扫描仪工作流程

3.4 Trimble GX 200 三维激光扫描仪检验

3.5 小结

4三维激光扫描技术在立式罐容积计算中的应用研究

4.1 立式罐三维激光数据获取方案设计

4.2 基于激光点云数据的立式罐容积计算算法及实现

4.3小结

5 基于点云的容积计算不确定度分析及应用实例

5.1 基于点云的容积计算不确定度分析

5.2立式罐扫描实例

5.3小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果

附录