法如三维激光扫描仪应用--三维激光扫描仪替代传统方法应用于大容积计量可行性验证

三维激光扫描仪替代传统方法

应用于大容积计量可行性验证

-----山东东营11#罐检测可行性验证

一、研究背景

山东东营11#浮顶罐出现了浮顶在14米高度被卡住无法继续向上升起的问题。数联空间于6月21日对山东东营的11#浮顶罐进行了三维激光扫描测量，获取油罐内部三维激光点云数据。同时，还使用了传统方法按照管道储运公司企业标准

Q/SHGD 0047-2000进行测量进行比对，通过两种不同方法测量获取数据的比对，探讨三维激光扫描仪在立式圆筒形钢制焊接油罐计量方面的可行性。

图1、山东东营11#浮顶罐

二、验证方案

根据情况应按照管道储运公司企业标准Q/SHGD 0047-2000中要求，本文重点分析罐圈板椭圆度检测、量油管导向管垂直度检测。

1)罐圈板椭圆度检测

根据管道储运公司企业标准Q/SHGD 0047-2000中要求，我们同样适用三维激光扫描仪代替全站仪设立在浮顶中央位置对油罐进行测量。

图2、扫描仪采集的油罐点云

步骤一、按照传统测试方法所标注的点位，提取距离罐顶13.6米处一圈96个点的坐标数据，在该方法中，通过扫描仪以及数据空间自主研发软件快速导出了从1号点位开始每隔3.7°提取一个半径值，并按照标准中直径计算公式计算得出的48个直径数据，如下表

距离罐顶高度

(m)

圆弧编

号

扫描仪提取

点位半径

扫描仪获取直径(m)传统方式

获取直径

(m)

13.6 1 30.026 59.97033293 59.981 13.6 2 30.0344 59.9861349 59.995 13.6 3 30.0377 60.01146453 60.014 13.6 4 30.0297 60.01767281 60.04 13.6 5 30.0395 60.03300834 59.998 13.6 6 30.0393 60.02689054 60.049 13.67 30.0385 60.03366712 60.042 13.6……………………

13.643 29.9709 59.97000241 59.992 13.644 29.9529 59.96581857 59.982 13.645 29.9531 59.98059393 59.99 13.646 29.9465 59.98033661 59.998

13.647 29.945 59.97722264 59.995

13.648 29.9301 59.96194364 59.989

表1、距离罐顶13.6米处直径比对表

步骤二、对比表1中扫描仪获取直径(m) 和传统方式获取直径(m)，如下图：

步骤三、为了验证数据重复性，提取13米处数据，方法同步骤一、二，获得下图：

表3、13m处直径数据对比（蓝色为扫描仪、红色为传统方式）从以上两个对比表，可以看出，三维激光扫描仪在罐圈板椭圆度的测量中可以替代全站仪或经纬仪方式而且数据重复性较好。

三维激光扫描作为一种新的测量方式，拥有更高的油罐检测效率。在东营11#

罐的测量过程中。扫描仪只用了半天时间就完成了测量工作，而传统全站仪经纬仪方式则需要数日之久。

2)导向管量油管垂直度检测

通过三维激光扫描仪获取的油罐数据，可以快速提取量油管和导向管的点云数据，通过对点云数据的拟合，可以得到量油管和导向管的数字模型，通过计算机自动计算出模型的方向以及与水平方向的偏差。

图3、导向管和量油管点云

图4、导向管和量油管水平方向偏差

图4表明导向管基本垂直于水平面，量油管倾斜角很小，

arctan(0.00357)≈0.204°。

3)量油管导向管断面检测

可以通过扫描仪每隔一定距离截取量油管和导向管的断面并测量其圆心距离来判断变形情况。

图5、截取导向管量油管断面

如下表：

量油管距离罐顶13.6米向上每隔0.5米中心点坐标导向管距罐顶13.6米向上每隔0.5米中心点

坐标

点序

x y z 点序号x y z

号

Pt1-15.586112 -1.692047 -0.352 Pt21 15.61614 -50.2042 -0.352 Pt2-15.585973 -1.695168 0.148 Pt22 15.61903 -50.2059 0.148

Pt3-15.588325 -1.68981 0.648 Pt23 15.61848 -50.2042 0.648 ……………………………………

Pt17-15.590402 -1.693681 7.648 Pt37 15.60688 -50.2067 7.648

Pt18-15.590616 -1.694222 8.148 Pt38 15.61436 -50.1996 8.148

Pt19-15.587776 -1.69189 8.648 Pt39 15.61552 -50.1996 8.648

Pt20-15.587051 -1.686933 9.148 Pt40 15.60705 -50.2041 9.148

表4、导向管、量油管断面中心点坐标

导向管到量油管对应中心点距离

点序号距离平均距离与平均值偏差

Pt157.6802376 57.6834263 -0.0032

Pt257.68051389 57.6834263 -0.0029

Pt357.68459082 57.6834263 0.0012

……………………

Pt1957.67705976 57.6834263 -0.0064

Pt2057.68001477 57.6834263 -0.0034

表6、导向管到量油管距离与均值的差

由以上分析可知，导向管与量油管在距离罐顶6米左右的位置中心点距离变化比较大，这有可能是影像浮顶无法上升的原因之一。由此就为问题排查提供了重要的科学依据。

4)罐体与标准罐对比检测

三维激光扫描仪还可以生成罐体与拟合标准罐的表面对比分析数据，如下图：

图6、罐体与标准罐表面对比