卧式金属罐法现场检测设备与方法研讨2

1、作者简介：杨李虎.1980.05.山西运城.国家大容量第二计量站.工程师.大容量计量。 周建军.1984.06.北京。北京华泰天仪科技有限公司.卧式金属罐徕卡3DDisto测量仪法现场检测设备与方法研讨杨李虎，周建军国家大容量第二计量站，山西省运城市中银大道198号 044000 上海磐坤测绘科技有限公司 上海， 210012 嘉兴市计量检定测试所 浙江嘉兴 摘要：本文针对加油站地埋卧式金属罐用徕卡3DDisto检测方法，应用于测量加油站地埋卧式罐容积，并以几何测量法与容量法参比依据对20m³卧式罐的测量数据进行比对，该方法与几何法具有较好的一致性，验证了采用徕卡3DDisto自动测

2、量加油站地埋卧式罐容量的可行性。表明该方法解决了测量人员入罐测量的安全隐患,具有测量自动化程度高、可降低测量劳动强度、速度快等特点。关键词：计量器具；卧式金属罐；激光测距法；容量表；中图分类号：TB938.3 文献标示码：A 文章编号：2011-00Paper Title (英文题目和摘要为可选项)Author Name 1, Author Name 2, Author Name 3, Author Name 4, Author Name 5, Author Name 6(Address)Abstract: English Abstract.Key words: Key word 1; Key

3、 word 2; Key word 3; Key word 4; Key word 5; Key word 61 序言随着石油销售企业对加油站进、销、存闭环管理的深化和油品数质量精细化管理水平的不断提高，加油站广泛使用卧式金属罐作为油品计量容器，目前，现行有效的测量方法为JJG 266-1996卧式金属罐容积检定规程1和GB/T 17605-1998石油和液体石油产品卧式圆筒形金属油罐容积标定法（手工法）2。由于加油站建筑规范和安全等条件的要求，埋于地下在使用中的卧式罐存在罐内残留油蒸气安全隐患，检测人员无法进入罐内测量等问题，因此基本无法按JJG 266或GB/T 17605技术要求实施几何

4、法测量卧式罐容积。目前只能采用高精度流量计和液位仪构成的容量法设备标定加油站使用中的地埋卧式罐容积，但该方法在标定使用中卧式罐容积时，存在涉及配合部门多，测量前加油站需停业，测量持续时间长，并且该设备存在很多不稳定因素导致测量精度的不确定性增大，由以上问题显现出该方法既费时又费力，标定工作效率低等不足。为解决地埋卧式罐容积后续检定及容积表引起的计量不准确等问题，笔者率先考虑到全自动激光卧式罐测量方法并于2011年开始研究。近几年，随着测量仪器技术的飞速发展，结合立式油罐检定测量仪检定设备的成熟应用，利用徕卡3DDisto的既测角测距高智能化、高精度、大存储量及系统开放性特点，笔者结合软件开发人

5、员按照JJG 266规程几何测量法开发出卧式油罐测量软件及数据处理软件。笔者通过3DDsito卧式罐容积标定设备在浙江嘉兴某加油站地埋卧式罐反复做测量比对，论证该方法的可行性，为应用该方法测量地埋卧式罐容量打下良好的技术基础。2 加油站地埋卧式罐容量徕卡3DDisto内测方法概要卧式罐是由中间圆筒体和两端封头构成，因此应用徕卡3DDisto电子测角、测距的三维坐标测量功能，在罐内分别对圆筒体和两端封头进行激光扫描测量得到各测点三维点云坐标数据，如图1方法示意图。然后经过容积计算后处理软件自动处理测量数据，拟合油罐中轴线计算出圆筒体和封头的形体，则可得到卧式罐的内直径、筒体长度、封头高度、封头半

6、径、罐体倾斜等几何数据，按JJG 266-1996检定规程计算编制出卧式罐容积表。应用在卧式罐容积测量的徕卡3DDisto采用无棱镜测距模式，测程范围为0.550m，测距重复性为1mm10米范围内；测角重复性为5，有轴系误差自动补偿功能。测量系统防爆等级为本安ExiaIIBT4，满足标定现场的防爆要求。如下图1 内测法卧式罐容积测量示意图注：地埋卧式罐 3DDisto支架 激光扫描线 地面3. 加油站地埋卧式罐容量徕卡3DDisto内测方法应用3.1 我们采用徕卡3DDisto仪测量系统对加油站四个20m³卧式罐进行测量，被测卧式罐是嘉兴市计量所几何测量标准卧式罐，打开卧式罐计量口人

7、孔，将徕卡3DDisto固定安放在专用罐内测量支架上，然后将支架及测量仪从人孔放入卧式罐内部，再在人孔口垂直固定好支架，测量人员不需进入罐内。3.2 用数据线或者wifi连接罐内徕卡3DDisto和罐外电脑，在罐外启动电脑中的卧式罐容量测量软件，点击连接按钮，电脑与徕卡3DDisto联机，徕卡3DDisto自动调整为水平状态。3.3 控制电脑上的测量软件，首先设置测量参数，让仪器确定罐的走向，确定好仪器走向后，仪器开始自动测量，首先先测量筒体部分，先局部扫描确定长度和半径与实际基本吻合。下一步根据罐体半径大小和罐内附件情况，在软件中分别设置封头类型、封头测量环数、需要测量的圆筒体上垂直截面个数

8、、每个垂直截面上需测量的点数及计量口位置（确定下尺点）等参数。3.4 测量仪按程序设计对圆筒体和封头采用垂直扫描方式自动进行扫描测量，并记录各测点的水平角、天顶距、斜距形成点运坐标数据文件在电脑中，由后处理软件计算。4.容积计算后处理软件坐标数据处理4.1 点云数据导入。在PC电脑中启动卧式罐容量计算后处理软件，导入罐测量点云坐标数据文件。即可得到罐体内部测量点云三维视图，见图2所示。图2 罐体测点点云三维视图4.2 卧式罐坐标数据分析算法。以徕卡3DDisto测量系统采集的数据为点云数据，针对卧式罐曲线截面不规则的特点，采用曲率计算方法自动识别弧线段和直线段，点云数据处理一般包含下面几个步骤

9、：4.2.1预处理噪声去除、多视对齐、数据精简、曲面重构，确定三维空间中圆柱体的轴向姿态。4.2.2卧式罐坐标数据分析算法的关键在于主筒体的拟合计算，这里采用了Lukacs等提出的二次曲面忠实距离（Faithful Distance）方程及其相应的拟合求解技术。首先对圆柱面重新进行参数化，如图3所示。4.2.3目前存在各种形状的封头，因此用二次曲面进行拟合，然后根据三维视图在处理时进行人工干预，正确识别选择封头的形体、封头与筒体的搭接部位。4.2.4通过罐内形体拟合后，计算求得卧式罐圆筒体的直径、圆筒长以及两端封头的半径、封头高度等几何参数。另外在计算圆筒体各圈板半径的同时，还可得到筒体圆心坐

10、标，通过比较各圈板的坐标，可以得到罐体的倾斜度。4.2.5根据计算所得到的内部几何参数数据，编制生成高度间隔为1mm的容积数据，最后导出符合JJG 266-1996检定规程格式要求的电子文件格式卧式罐容积表。5. 测量结果比对验证5.1徕卡3DDisto测量地埋卧式罐几何测量结果验证。笔者分别采用徕卡3D法和几何法对嘉兴中石油四座20m³标准卧式罐进行了比对测量，测量结果见表1所示表1 卧式罐筒体直径、筒体长度测量结果数据 徕卡测量仪法几何法平均筒体内直径，mm平均内筒体长，mm平均内总长，mm平均内直径，mm平均内筒体长，mm平均内总长，mm22014537499122004526

11、4985左封头高度，mm右封头高度，mm左封头高度，mm右封头高度，mm446462450468由此可见，徕卡3D测量求得的卧式罐筒体内直径等结果与传统几何法相比基本一致，符合性较好，其精密度能够满足JJG 266-1996检定规程的技术要求。5.2 油罐分段容积和总容量数据的准确性验证。我们把徕卡3D测量仪测量计算得到的容积数据与几何法容积数据做了比对，比较结果见表2所示。表2 20m³地埋卧式罐总容积、分段容量比对数据表高度，mm徕卡3D测量数据，L几何测量法，L差值，L2007867824400231923088600425542371880064436418251000877

12、4874331120011156111183814001349713463341600157061598323180017645176133220001923519192432200201322009745通过使用3D测量仪法和几何法测量两座油罐容量的比对数据统计分析，数据样本比较满意。20m³卧式罐总容积误差为45L，相对误差0.00225，小于JJG 266-1996卧式金属油罐容量检定规程中总不确定度不大于0.4%（k=2）的要求，验证了3DDisto法测量卧式罐容量具有可行性。6. 结论应用徕卡测量仪内测法测量加油站地埋卧式罐容积的方法和设备，符合JJG 266-1996卧式

13、金属油罐容积检定规程技术要求，并具有以下优势：(1) 设备重量轻体积小，操作快速简捷，自动化测量程度高，测量一个30m³地埋卧式罐的时间小于1h。(2) 对比试验表明，以几何测量法为参考依据，徕卡3DDisto内测法油罐容积表准确度高，测得的满量程容量相对误差为0.016%，验证了该方法的有效性。(3) 实现了无须人员进入油罐测量，解决了测量人员入罐内的安全隐患，同时大大减少了加油站在测量过程中的停业时间。(4) 与几何测量法和容量法相比可明显降低地埋卧式罐测量劳动强度，标定工作效率较高。因此，徕卡3DDisto内测法可代表卧式罐容积标定自动化测量的发展方向。但应用该方法在实际测量时需要对卧式罐进行清罐使