天宝TX8三维激光扫描仪在立式金属罐容量计量中的应用

王艳霞，谷田平，张志清，路兴杰

(1. 河南经贸职业学院，河南 郑州 450000； 2. 河南省计量科学研究院，河南 郑州 450000)

近年来随着油品贸易的逐年提升，对于油品储存罐、立式金属罐容量计量的频次和准确度要求越来越高，这就对测量方法的效率和准确度提出了更高的要求[1]。三维激光扫描仪[2-3]的出现为实现立式金属罐容量计量的高效率和高准确度提供了可能，已在国内外许多工程项目特别是测绘项目方面应用较多，它具有还原性高、速度快、显示效果直观立体、数据处理方便等诸多优势，近年来在计量方面的应用也逐年增多，特别在各种罐容计量方面的研究逐年增多，取得了不少较有成效的应用。本文结合二等标准金属量器对立式金属罐进行实体标定，为验证三维激光扫描仪法的可行性提供了应用实例。

1 天宝TX8三维激光扫描仪的工作原理

三维激光扫描仪(如图1所示)和全站仪基本原理类似，用马达作水平和垂直方向的旋转，用激光作为光源进行测距[4-6]。在仪器内，通过一个测量水平角的反射镜和一个测量天顶距的反射镜同步、快速而有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域，测距模块测量每个激光脉冲的空间距离，同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲激光的水平角和天顶距，最后按空间极坐标原理计算出扫描的激光点在被测物体上的三维坐标[7-9]。

通过将天宝TX8三维激光扫描技术及天宝自行研发的Trimble Realworks点云处理软件相结合，可以快速准确实现各种类型储罐的容积标定，以及罐体的变形监测[10-11]。

2 150 m3立式金属罐容量计量的实测数据分析

普通的立式金属罐容量计量一般采用容量传递法和几何尺寸法(一般采用钢卷尺等计量工具来进行测量)，本文采用容量传递法，并与三维激光几何建模的方法进行比较，从中找出三维激光几何建模的方法在立式金属罐罐容计量标定的可行性数据比对，以达到验证该方法可行性的目的。

采用8100 L二等标准金属量器(最大允许误差：±0.025%)对150 m3立式金属罐进行容量传递法标准传递，进行3次测量，以平均值作为结果得到一组相应的测量数据，见表1。本次采用的150 m3立式金属罐通过液位能显示的容量值是从85 000 L

开始的，共进行7组液位值对应的容积值进行比对。利用天宝TX8三维激光扫描仪采用内置测量法进行扫描建模，如图2所示，利用Realworks专业内置储存罐容积标定模块扫描数据进行分析处理得到对应于相同高度容积值(见表1)，并对相对应高度容积值相对示值误差进行比较，从而得到采用容量传递法和天宝三维几何建模数值量差异的直观比对，其对应的液位高度容积值相对示值误差曲线图情况如图3所示。

图2 立式金属罐三维建模

序号容量传递标准值/L液位三次测量平均值/mm对应高度三维激光扫描法容量值/L静压力修正后三维激光扫描法容量值/L相对示值误差/%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

图3 对应液位高度容积值相对示值误差曲线

从表1与图3可以看出，各个对应高度容积值相对示值误差均小于0.1%，特别是在较高液位，相对示值误差小于或等于0.025%。考虑采用的是相对示值误差，实际液位显示的容积值的零点测量和三维激光建模的方法零位存在测量误差(这种误差可以通过增加测量次数和零点测量的仪器及计算方法进一步优化来减小)，而通过本次试验数据可以得到天宝TX8在立式罐罐体容积测量方面与基本的容量传递法数据方面符合性较高，也使该方法的可靠性得到了进一步的验证。

3 结 语

从本次立式罐容积值测量相关数据上可以看出，天宝TX8与标准容积传递法数据符合性较高，且更加全面、高效、直观。特别是对采样数据的全面直观性使该方法可以拓展到罐体变形、应力分析建模等方面，并为其他异型罐体相关容积值及其相关分析测量提供了可能，为罐体容积计量的自动化生成罐表容积值及快速高效处理数据提供了可行性，也为三维建模拓展及3D打印模型提供了进一步应用的可能。

参考文献：

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