索佳 TCCS 油罐测量系统在河南计量院油罐测量中的应用

索佳TCCS油罐测量系统在河南计量院油罐测量中的应用

张冬冬等

（河南省计量院 郑州 450000）

最近，河南省计量院引进了一套基于索佳的SRX2型全站仪的TCCS油罐容量标定系统，并完成了中石油某公司的立式金属罐容量检定工作。TCCS系统具有操作简单，精度高，速度快等特点，与传统的围尺法、垂线法等方法相比，提高了工作效率、减轻了劳动强度、提高了作业的安全性，应用效果良好。

1. 背景介绍

河南省计量科学研究院是河南省内计量方面的权威单位，也是国家授权的法定计量技术机构，承担省内及省外的油罐检测和容量表的编制等计量工作。众所周知，立式油罐的容量检定常用的方法有光学垂线法、围尺法等，全站仪的方法在近几年也得到了越来越多的应用。中石油某公司新建的六个立式计量罐需要进行容量检定与编表，我们采用新引进的索佳TCCS系统，利用新罐区的便利条件，同时进行外测、内测和围尺法（外测）的比对，实际考查TCCS的测量效果。

图1 工作人员在用传统围尺法测量

2. 索佳TCCS油罐测量系统简介

索佳TCCS（Tank Capacity Calibration System）是以系统软件为核心，以索佳自动化全站仪为主体的油罐容积标定系统。系统开发人员集多年行业工作实践经验，依据国内外现行规范和标准，为各大型金属罐提供专业的容量计量标定解决方案。

索佳自动化全站仪容量标定方法应用无棱镜测距技术，在系统软件的驱动下，自动化全站仪按一定规律获取待测点的角度、距离或坐标，然后按数学几何模型由计算机自动计算有关参数，并最终输出容量标定成果等信息。利用索佳TCCS系统，可实现油

罐容积标定的数据采集、传输、处理全过程的自动化，不

仅省时、省力而高效，而且可以成功解决一些常规方法无

法标定的特种罐容量问题。

索佳TCCS油罐测量系统是由一台索佳SRX2型全站

仪，配合一台HP掌上电脑与相应的软件组成。SRX2型

全站仪是一种高智能全站仪，带马达驱动、自动跟踪、自

动搜索、蓝牙通讯、激光测距等功能。全站仪与HP掌上

电脑通过蓝牙进行无线连接，系统软件安装在掌上电脑

中，对全站仪进行无线遥控指挥测量。

图2 工作人员在操作TCCS测量系统

3. 测量方法介绍

3.1内测法

在立式油罐罐内接近圆心的地方安置好仪器(理论上可以在任意位置架设仪器)，以水平度盘零方向作为坐标系的X 轴，通过仪器中心的铅垂线为Z 轴，构成左手测量坐标系O-XYZ。在该坐标系中，全站仪锁定水平截面的Z 坐标，按软件设定的水平步进角或步进距

自动扫描测量各圈板的水平截面，各断面测量点的三维坐标存储

在全站仪的内存或外接的电脑中。完成一个水平截面的测量之

后，如果没有人工干预，截面Z 坐标自动增加一个软件设置的垂直间距，进入下一个水平截面的测量。

图3 全站仪立罐内测示意图P i X

Z Y 对于立式圆筒油罐，在内部通过测量各金属圈板的水平截面

上的三维坐标，然后由各测点坐标拟合计算出每圈板的半径，即

可由后续计算机软件进一步处理油罐的容积。

全站仪立式罐内测模式的最大特点是一次设站，可全自动地完成整个罐的数据数据采集工作。但罐内空气质量不好（甚至有毒）、气温较高时，测量人员不宜在罐内久留。为此，我们专门

开发了基于PDA 的立罐内测模块软件。操作人员在人孔附近的罐

外操控PDA，PDA 通过蓝牙与罐内的全站仪通信，在PDA 上的软

件管理下，就像人员在仪器附近一样完成整个油罐的现场数据采

集工作。在PDA 上查看全站仪上的电池电量、电子气泡居中情况

等信息。因此，操作人员即使不在仪器的测站附近，仍能及时了解仪器基本情况，做到心中有数。

3.2 外测法

全站仪用于立罐容积标定的外测方法与垂准仪的光学参比线法原理相同。即全站仪架设在油罐外侧的地面上，首先对基圆进行观测（该基圆同样需要用围尺法求得半径），求得平距，然后沿立罐的母线，全站仪上下转动望远镜，把测距激光点指向其它圈板的1/4或3/4处，经测距再记录下相应的平距，通过比较各圈板上平距观测值与基圆平距观测值之差求得径向偏差，即可得到立罐各圈板的半径，进而求得容积。

全站仪随意架站，首先瞄准油罐的最左边法线，并记录角度，然后瞄准油罐的最右边法线，并记录角度(可通过软件自动记录)，进而软件自动解算过圆心的油罐母线，并驱动仪器自动转到其位置上，然后沿立罐的母线，全站仪上下转动望远镜，把测距激光点指向其它圈板的1/4或

3/4处，经测距再记录下相应的平距，通过比较各圈板上平距观测值与基圆平距观测值之差求得径向偏差。

图4 全站仪立罐外测示意图

图5 工作人员用外测法测量

3.3 TCCS 立式罐板高测量

在图3、图4所示的立罐全站仪内、外测中，将全站仪的红色激光点或望远镜十字丝瞄准某圈板的下水平焊缝，启动距离测量，在全站仪中可显示高差读数；将全站仪的红色激光点或望远镜十字丝再瞄准该圈板的上水平焊缝，测得高差读数，则该圈板高为：

1h 2h 12h h h i −= （1）

3.4 TCCS 立式罐罐底测量

如图6，在罐内合适的地方架设全站仪，设仪器高为i ，棱镜高为a 。棱镜逐一直立于各测量点、罐底中心点和下计量基准点上，全站仪照准棱镜中心并测得斜距S 和垂直角α，则立棱镜处相对仪器架设处（实际作业时可设i =0，此时相对仪器中心）的标高值h 为：

a i S h −+=αsin （2）

另外，当全站仪的天顶距读数为900时，全站仪望远镜视准轴提供的是一条水平视线，此时可以把

全站仪当作水准仪使用，用于罐底量的标高测量。

4. 测量结果比对

无论用何种方法进行测量和编表工作，基圆直径（半径）的测量是所有测量的关键和基础，只有基圆直径（半径）测量准确才能保证下一步的测量可靠性。因此本次应用以基圆直径（半径）的测量值为统计量，比较各种方法之间的差异。

图7. TCCS 内测、外测与外围尺法直径对比图

从图7.可以看出，对于新罐，外围尺法与TCCS 内测法的结果基本一致，但总体还是外围尺法测得的直径偏大，这可能是由于内部焊缝不明显，以及经过外部和内部处理的钢板用超声波测厚仪所得的厚度部分失真有关。TCCS 外测法的结果相对于其它两种方法也整体偏大，除了厚度测量的原因外，