王艷霞，谷田平，張志清，路興杰

(1. 河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院，河南 鄭州 450000； 2. 河南省計量科學研究院，河南 鄭州 450000)

近年來隨著油品貿(mào)易的逐年提升，對于油品儲存罐、立式金屬罐容量計量的頻次和準確度要求越來越高，這就對測量方法的效率和準確度提出了更高的要求[1]。三維激光掃描儀[2-3]的出現(xiàn)為實現(xiàn)立式金屬罐容量計量的高效率和高準確度提供了可能，已在國內(nèi)外許多工程項目特別是測繪項目方面應(yīng)用較多，它具有還原性高、速度快、顯示效果直觀立體、數(shù)據(jù)處理方便等諸多優(yōu)勢，近年來在計量方面的應(yīng)用也逐年增多，特別在各種罐容計量方面的研究逐年增多，取得了不少較有成效的應(yīng)用。本文結(jié)合二等標準金屬量器對立式金屬罐進行實體標定，為驗證三維激光掃描儀法的可行性提供了應(yīng)用實例。

1 天寶TX8三維激光掃描儀的工作原理

三維激光掃描儀(如圖1所示)和全站儀基本原理類似，用馬達作水平和垂直方向的旋轉(zhuǎn)，用激光作為光源進行測距[4-6]。在儀器內(nèi)，通過一個測量水平角的反射鏡和一個測量天頂距的反射鏡同步、快速而有序地旋轉(zhuǎn)，將激光脈沖發(fā)射體發(fā)出的窄束激光脈沖依次掃過被測區(qū)域，測距模塊測量每個激光脈沖的空間距離，同時掃描控制模塊控制和測量每個脈沖激光的水平角和天頂距，最后按空間極坐標原理計算出掃描的激光點在被測物體上的三維坐標[7-9]。

通過將天寶TX8三維激光掃描技術(shù)及天寶自行研發(fā)的Trimble Realworks點云處理軟件相結(jié)合，可以快速準確實現(xiàn)各種類型儲罐的容積標定，以及罐體的變形監(jiān)測[10-11]。

2 150 m3立式金屬罐容量計量的實測數(shù)據(jù)分析

普通的立式金屬罐容量計量一般采用容量傳遞法和幾何尺寸法(一般采用鋼卷尺等計量工具來進行測量)，本文采用容量傳遞法，并與三維激光幾何建模的方法進行比較，從中找出三維激光幾何建模的方法在立式金屬罐罐容計量標定的可行性數(shù)據(jù)比對，以達到驗證該方法可行性的目的。

采用8100 L二等標準金屬量器(最大允許誤差：±0.025%)對150 m3立式金屬罐進行容量傳遞法標準傳遞，進行3次測量，以平均值作為結(jié)果得到一組相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，見表1。本次采用的150 m3立式金屬罐通過液位能顯示的容量值是從85 000 L

開始的，共進行7組液位值對應(yīng)的容積值進行比對。利用天寶TX8三維激光掃描儀采用內(nèi)置測量法進行掃描建模，如圖2所示，利用Realworks專業(yè)內(nèi)置儲存罐容積標定模塊掃描數(shù)據(jù)進行分析處理得到對應(yīng)于相同高度容積值(見表1)，并對相對應(yīng)高度容積值相對示值誤差進行比較，從而得到采用容量傳遞法和天寶三維幾何建模數(shù)值量差異的直觀比對，其對應(yīng)的液位高度容積值相對示值誤差曲線圖情況如圖3所示。

圖2 立式金屬罐三維建模

序號容量傳遞標準值/L液位三次測量平均值/mm對應(yīng)高度三維激光掃描法容量值/L靜壓力修正后三維激光掃描法容量值/L相對示值誤差/%1891002176.089179.089183.00.0932972002386.797263.997267.90.07031053002597.7105360.9105365.90.06341134002807.7113422.9113428.90.02551215003018.7121522.9121529.90.02561296003230.0129630.0129638.00.02971377003440.7137715.9137724.90.018

圖3 對應(yīng)液位高度容積值相對示值誤差曲線

從表1與圖3可以看出，各個對應(yīng)高度容積值相對示值誤差均小于0.1%，特別是在較高液位，相對示值誤差小于或等于0.025%。考慮采用的是相對示值誤差，實際液位顯示的容積值的零點測量和三維激光建模的方法零位存在測量誤差(這種誤差可以通過增加測量次數(shù)和零點測量的儀器及計算方法進一步優(yōu)化來減小)，而通過本次試驗數(shù)據(jù)可以得到天寶TX8在立式罐罐體容積測量方面與基本的容量傳遞法數(shù)據(jù)方面符合性較高，也使該方法的可靠性得到了進一步的驗證。

3 結(jié) 語

從本次立式罐容積值測量相關(guān)數(shù)據(jù)上可以看出，天寶TX8與標準容積傳遞法數(shù)據(jù)符合性較高，且更加全面、高效、直觀。特別是對采樣數(shù)據(jù)的全面直觀性使該方法可以拓展到罐體變形、應(yīng)力分析建模等方面，并為其他異型罐體相關(guān)容積值及其相關(guān)分析測量提供了可能，為罐體容積計量的自動化生成罐表容積值及快速高效處理數(shù)據(jù)提供了可行性，也為三維建模拓展及3D打印模型提供了進一步應(yīng)用的可能。

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