三维激光扫描仪大容量计量数据处理
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项目评估阶段
▲
设计输入
▲
系统设计方案的提出
一、设计输入
1.大容量计量研究背景
2.现有储油方式
3.地下水封洞库密封原理 4.地下水封洞库容量计量标准 5.大容量计量研究现状 6.三维激光扫描技术 7.三维激光扫描原理 8.三维激光扫描仪分类
9.技术要求
1.大容量计量应用背景
石油作为重要的战略物资，与一个国家的国计民生有着密切的联系； 石油储运工程中容积计量问题是关于储油洞穴的容积计量； 在战略石油储备等大型储运工程中，收发量大，贸易双方货值价格高，如果 计量检测不准确，将给国家和社会造成巨大损失；
2016
二、系统设计方案的提出
1.扫描前的准备工作
2.扫描过程 3.点云数据预处理
4.计算
二、系统设计方案的提出
扫描前的准备工作
库区勘察 扫描站点布设 标靶布设 绘制草图 仪器架设 场景拍照
扫描
扫描范围确定 扫描参数设置 扫描
标靶坐标提取
点云配准 点云数据预处理 点云去噪 数据精简 数据导出
扫描前的准备工作
数据精简
数据导出
点云数据预处理
导出数据
1.数据量大
2.排列不规律
3.一串数字，不直观
截取数据的一小部分
原始点云图
局部点云图 点云整体图
计算
▲
将地下水封岩洞库模型从下至上依次划分为 n 个小棱台体 , 每个棱台的高 度为 1cm
▲
根据投影法做切片，对每个切片内的点云数据进行排序、粗差剔除、滤波、
几何测量法
声纳测 量仪器
曲面拟合集群 式测量系统
6.三维激光扫描技术
▲ ▲
一种快速、准确地大容量计量方法； 一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，可用于物 体表面非接触空间信息的获取；
▲
三维激光扫描仪具有扫描速度快、实时性、信息量大、自动化、精度高等优势；
三 维 扫 描 仪 应 用 范 围
开始扫描
扫描结束
点云数据预处理
将扫描到的数据导入仪器自带的 后处理系统中，对所有站点扫描 数据进行坐标变换，使其位于同 一坐标系内
点云配准 点云去噪
在不影响曲面重构和保 持一定精度的情况下， 对数据进行精简，从而 减少数据的处理量，提 高处理速度。
除去点云数据中由于某 些环境因素的影响，比 如行人和被测实体表面 存在的缺陷等
7.三维激光扫描原理
▲
利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、 反射率和纹理等信息，获取大量的点云数据，可快速复建出被测目标的三 维模型及线、面、体等各种图件数据。
立式罐
立式罐内表面空间点云数据分布图
立式罐外表面空间点云数据分布图
8.三维激光扫描仪分类
▲
按用途：
室内型（短距离）
1 库区勘察：了解整个水封洞库内部概况，初步划分扫描作业面
站点布置：选择在平坦、稳定的底板上；最大范围地扫描到目标场景 2
3 标靶布设：依照划分，将标靶放在预定的地方，保证标靶摆放平稳
绘制草图：绘制结构草图、记录信息，标明扫描站点和标靶位置等
4
扫描过程
将脚架放置在事先规划的扫描站
点上，仪器脚架安置一定要稳固（必 要时可以使用磁性表座）；对中、整 平后，将扫描仪架设在三脚架上。
的时间，从而计算目标物体与测站之间的距离
公式：
▲
相位式测量原理： 是主动发射一束不间断的整数波长的激光，通过计算
发射激光波长与从被测物体表面反射回来的激光波长的相位差，进而计算 和记录目标物体与测站之间的距离 公式： S 1 2 c 2f
9.技术要求
1. 选用徕卡 HDS7000 相位式三维激光扫描仪
立式罐
卧式罐
2.现有储油方式
▲
我国现有的石油储备基地采用地面罐储存和地下水封洞库两种形式 地面罐：立式圆桶形储罐，卧式圆桶形储罐等形式 地下水封洞库：自然水封洞库，人工水封洞库，以及两者结合的
地 下 水 封 石 油 洞 库 效 果 图
▲
▲
3.地下水封洞库密封原理
在地下水位以下的人工凿岩洞内，利用“水封” 的作用储存油品，由于岩壁中充满地下水的静压力 大于储油静压力，油品始终被封存在有岩壁和裂隙 水组成的一个封闭的空间里，使油品不会渗透出去。
扫描过程
整个系统由地面三维激光扫描仪、 后处理软件、电源以及附属设备构成。 采用非接触式高速激光测量方式， 获取几何图形数据和影像数据。
地面激光扫描仪系统组成与坐标系
扫描过程
放置仪器并启动
扫描完一站， 检查数据是否 遗漏
是
单独 扫描 补点
否
设置高等分辨率 继续下一个站点的 扫描，直到完成所 有站点
精简、计算横截面面积（核心）
▲
同时考虑洞内附件的体积，进而计算总的容量
地下水封洞库容量计算模型
计算
▲
水封岩洞库的横截面轮廓线可以看作是由 n 个有序排列的点构成，横截面 可以看作是由 n 个依次相邻的小三角形叠加而成（理想状态） 同时计算附件体积
▲
地下水封洞库横水平截面图（理想）
实际点云分布情况
结束
2. 测量精度：± 5mm
3. 扫描距离： 0.3m~187m
4. 点云最小间隔： 0.6mm
5. 最大视场角： 360 °× 320 ° 6. 最大扫描速率： 1016000 点 /s 7. 测量位置必须保证仪器工作稳定
徕卡三维激光扫描仪HDS7000
相关文献
[1] 廉育英主编 . 容量计量技术 [M]. 北京：中国计量出版社， 2006 [2] 何建邦，励惠国 . 地下水封石油洞库的计量方法 [J]. 勘察技术， 1979 [3] 吕 宏 权 . 黄岛 50 万 方 地下液化石油气水封洞库库容测量 . 隧道建设，
地下水封石油洞库密封原理
Байду номын сангаас
4.地下水封洞库容量计量标准
地下水封岩洞库： 1. 深度达 1000 米以上 2. 墙壁形状不规则，属特大异形体 容量无法通过常规计量方法得到，因此容积测量比较困难。 虽然各国在地下水封岩洞库容量计量方面都作了相应的研究，但国内外尚未 形成统一的计量标准。
5.大容量计量研究现状
▲
室外型（长距离）
按载体：
机载
▲
车载
地面
手持型
按测量方式： 基于脉冲式 基于相位差 基于三角测距原理
一般基于相位差原理的三维激光扫描仪测程较短，只有百米左右。而基 于脉冲式原理的三维激光扫描仪测程较长，测程最远的可达 6 公里。
8.三维激光扫描仪分类
▲
脉冲式测量原理： 通过测量激光脉冲从发出经被测物体表面再返回所用
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设计输入
▲
系统设计方案的提出
一、设计输入
1.大容量计量研究背景
2.现有储油方式
3.地下水封洞库密封原理 4.地下水封洞库容量计量标准 5.大容量计量研究现状 6.三维激光扫描技术 7.三维激光扫描原理 8.三维激光扫描仪分类
9.技术要求
1.大容量计量应用背景
石油作为重要的战略物资，与一个国家的国计民生有着密切的联系； 石油储运工程中容积计量问题是关于储油洞穴的容积计量； 在战略石油储备等大型储运工程中，收发量大，贸易双方货值价格高，如果 计量检测不准确，将给国家和社会造成巨大损失；
2016
二、系统设计方案的提出
1.扫描前的准备工作
2.扫描过程 3.点云数据预处理
4.计算
二、系统设计方案的提出
扫描前的准备工作
库区勘察 扫描站点布设 标靶布设 绘制草图 仪器架设 场景拍照
扫描
扫描范围确定 扫描参数设置 扫描
标靶坐标提取
点云配准 点云数据预处理 点云去噪 数据精简 数据导出
扫描前的准备工作
数据精简
数据导出
点云数据预处理
导出数据
1.数据量大
2.排列不规律
3.一串数字，不直观
截取数据的一小部分
原始点云图
局部点云图 点云整体图
计算
▲
将地下水封岩洞库模型从下至上依次划分为 n 个小棱台体 , 每个棱台的高 度为 1cm
▲
根据投影法做切片，对每个切片内的点云数据进行排序、粗差剔除、滤波、
几何测量法
声纳测 量仪器
曲面拟合集群 式测量系统
6.三维激光扫描技术
▲ ▲
一种快速、准确地大容量计量方法； 一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，可用于物 体表面非接触空间信息的获取；
▲
三维激光扫描仪具有扫描速度快、实时性、信息量大、自动化、精度高等优势；
三 维 扫 描 仪 应 用 范 围
开始扫描
扫描结束
点云数据预处理
将扫描到的数据导入仪器自带的 后处理系统中，对所有站点扫描 数据进行坐标变换，使其位于同 一坐标系内
点云配准 点云去噪
在不影响曲面重构和保 持一定精度的情况下， 对数据进行精简，从而 减少数据的处理量，提 高处理速度。
除去点云数据中由于某 些环境因素的影响，比 如行人和被测实体表面 存在的缺陷等
7.三维激光扫描原理
▲
利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、 反射率和纹理等信息，获取大量的点云数据，可快速复建出被测目标的三 维模型及线、面、体等各种图件数据。
立式罐
立式罐内表面空间点云数据分布图
立式罐外表面空间点云数据分布图
8.三维激光扫描仪分类
▲
按用途：
室内型（短距离）
1 库区勘察：了解整个水封洞库内部概况，初步划分扫描作业面
站点布置：选择在平坦、稳定的底板上；最大范围地扫描到目标场景 2
3 标靶布设：依照划分，将标靶放在预定的地方，保证标靶摆放平稳
绘制草图：绘制结构草图、记录信息，标明扫描站点和标靶位置等
4
扫描过程
将脚架放置在事先规划的扫描站
点上，仪器脚架安置一定要稳固（必 要时可以使用磁性表座）；对中、整 平后，将扫描仪架设在三脚架上。
的时间，从而计算目标物体与测站之间的距离
公式：
▲
相位式测量原理： 是主动发射一束不间断的整数波长的激光，通过计算
发射激光波长与从被测物体表面反射回来的激光波长的相位差，进而计算 和记录目标物体与测站之间的距离 公式： S 1 2 c 2f
9.技术要求
1. 选用徕卡 HDS7000 相位式三维激光扫描仪
立式罐
卧式罐
2.现有储油方式
▲
我国现有的石油储备基地采用地面罐储存和地下水封洞库两种形式 地面罐：立式圆桶形储罐，卧式圆桶形储罐等形式 地下水封洞库：自然水封洞库，人工水封洞库，以及两者结合的
地 下 水 封 石 油 洞 库 效 果 图
▲
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3.地下水封洞库密封原理
在地下水位以下的人工凿岩洞内，利用“水封” 的作用储存油品，由于岩壁中充满地下水的静压力 大于储油静压力，油品始终被封存在有岩壁和裂隙 水组成的一个封闭的空间里，使油品不会渗透出去。
扫描过程
整个系统由地面三维激光扫描仪、 后处理软件、电源以及附属设备构成。 采用非接触式高速激光测量方式， 获取几何图形数据和影像数据。
地面激光扫描仪系统组成与坐标系
扫描过程
放置仪器并启动
扫描完一站， 检查数据是否 遗漏
是
单独 扫描 补点
否
设置高等分辨率 继续下一个站点的 扫描，直到完成所 有站点
精简、计算横截面面积（核心）
▲
同时考虑洞内附件的体积，进而计算总的容量
地下水封洞库容量计算模型
计算
▲
水封岩洞库的横截面轮廓线可以看作是由 n 个有序排列的点构成，横截面 可以看作是由 n 个依次相邻的小三角形叠加而成（理想状态） 同时计算附件体积
▲
地下水封洞库横水平截面图（理想）
实际点云分布情况
结束
2. 测量精度：± 5mm
3. 扫描距离： 0.3m~187m
4. 点云最小间隔： 0.6mm
5. 最大视场角： 360 °× 320 ° 6. 最大扫描速率： 1016000 点 /s 7. 测量位置必须保证仪器工作稳定
徕卡三维激光扫描仪HDS7000
相关文献
[1] 廉育英主编 . 容量计量技术 [M]. 北京：中国计量出版社， 2006 [2] 何建邦，励惠国 . 地下水封石油洞库的计量方法 [J]. 勘察技术， 1979 [3] 吕 宏 权 . 黄岛 50 万 方 地下液化石油气水封洞库库容测量 . 隧道建设，
地下水封石油洞库密封原理
Байду номын сангаас
4.地下水封洞库容量计量标准
地下水封岩洞库： 1. 深度达 1000 米以上 2. 墙壁形状不规则，属特大异形体 容量无法通过常规计量方法得到，因此容积测量比较困难。 虽然各国在地下水封岩洞库容量计量方面都作了相应的研究，但国内外尚未 形成统一的计量标准。
5.大容量计量研究现状
▲
室外型（长距离）
按载体：
机载
▲
车载
地面
手持型
按测量方式： 基于脉冲式 基于相位差 基于三角测距原理
一般基于相位差原理的三维激光扫描仪测程较短，只有百米左右。而基 于脉冲式原理的三维激光扫描仪测程较长，测程最远的可达 6 公里。
8.三维激光扫描仪分类
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脉冲式测量原理： 通过测量激光脉冲从发出经被测物体表面再返回所用