徕卡3D Disto的卧罐计量方法介绍
发布日期：2020-09-04
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一、引言
目前国内加油站当前使用的储油罐多为一次性埋放，长期使用。而罐体在使用过程中不可避免地会发生变形、倾斜等情况，对于长期使用埋在地下的卧式金属罐，需要按时、及时地对其容积进行检测。本文通过徕卡3D Disto尝试构建一个自动测量并生成卧式罐容积计量表的方法，并通过在PC端的编程加以实现。
二、操作流程
本流程主要参照国家计量检定规程《JJG 266-1996》进行设计制定。其中涉及到卧罐相关部分体积的计算，均按照上述规程中列出的公式进行计算。此流程主要包括以下几个步骤：
将仪器固定在脚架上放入罐中→水平扫描确定罐体走向及封头拐点位置→罐体横截面扫描确定直径→确定罐体纵横走向和倾斜，得到经过倾斜改正的罐体半径→对罐体进行扫计算并生成油罐容积表
三、技术实现
3.1 3D Disto简介
3D Disto带有±3°较大自动安平范围，水平与竖直方向双马达驱动，测量盲区相对常规仪器减少很多，架设更加灵活。3D Disto采用安全的二级激光，测距精度可达1mm。仪器虽然小巧，但测角精度仍然达到5″，完全满足卧罐计量的需求。针对不同工作的防爆需求，提供防爆标志为“ExibII BT4”的防爆版本与防爆标识为“Exia Ⅱ A T4 Ga”的石油区域可用的防爆版本。
3.2 初始化判断
整个扫描过程完全自动化，无需人为干预，以下将实现方法分布详解。3.2.1 通过支架将3D Disto放置在罐体下端位置，首先水平扫描罐体下方（扫描点P1﹘Px），确定罐体走向，并初步判断罐体封头、拐点位置。
3.2.2 测量点A、B、C（即罐体近似横截面上三点）。通过三点构成圆C，计算圆筒半径R和过圆心的近似轴线L。
3.2.3 沿罐体水平方向竖直扫描罐体上半段，扫描点T1﹘Tx。在第一步初步判断位置的基础上，对其所在区间（软件设置区间大小）做逼近扫描，进一步精确罐体封头和拐点位置。确定罐体倾斜情况θ，并修正在上一步中得到的半径R和对轴线L做倾斜改正。
3.3.扫描方法
3.3.1 几何测量法按照国家标准的计量规范，依次扫描卧罐两端封头、拐点，测量卧罐圈板断面，计算卧罐容积。测量30立方卧罐只需20分钟左右，效率非常高。计算方法符合国家计量规范，可于用户传统测量数据进行关联对比。
3.3.2 水平扫描法
依照初始判断的卧罐尺寸数据，由下至上扫描卧罐水平断面。通过积分计算出卧罐容积。此方法的成果精度完全满足国家千分之三的检定精度要求，准确可靠。
3.4 计算方法
3.4.1 各点相对坐标计算公式如下：
3.4.2 各断面半径计算：
3.4.3 建模计算容量：
通过仪器测量的点云数据构建立体三角格网，根据三角格网计算格网所围成的空间体积；
可以对罐体进行任意断面的切割；
根据相邻切割的断面计算所围成的容积，并生成容量表；
真实反映卧罐体积，容积计算精度高。
四、技术分析
本研究分别选取两个卧罐，按照当地计量院以往使用的不同检定方法与徕卡测量的3D Disto油罐精灵系统进行比测，以验证新技术的准确性与可靠性。在中石油某加油站，针对同一个罐分别用灌水法与3D Disto两次测算，该卧罐总容量为30方，对比中最大差值为35升，误差比率1.17‰，符合规范规定误差在3‰以内。整个测量过程中，3D Disto不但环保、节约水资源，而且效率高出数倍。
另外在中石化某加油站按照常规计量仪和传统几何法与3D Disto进行比测，该卧罐总容量为30方。其中与计量仪对比中最大差值为62.1升，误差比率2.05‰，符合规范规定误差在3‰以内。
与传统法对比中最大差值为63.0升，误差比率2.08‰，符合规范规定误差在3‰以内。
整个测量过程中，使用徕卡3D Disto无需人员下罐，更加安全。
| 高度 ( 米) | 计量仪( 升) | 传统法 ( 升) | 徕卡计算 ( 升) | 与计量仪 差值( 升) | 与传统法 差值（升） |
| 0.01 | 10.9 | 10.0 | 10.0 | 0.9 | 0.0 |
| 0.10 | 346.5 | 341.0 | 342.0 | 4.5 | -1.0 |
| 0.20 | 987.0 | 977.0 | 980.0 | 7.0 | -3.0 |
| 0.30 | 1819.7 | 1805.0 | 1810.0 | 9.7 | -5.0 |
| 0.40 | 2801.8 | 2781.0 | 2790.0 | 11.8 | -9.0 |
| 0.50 | 3914.5 | 3880.0 | 3892.0 | 22.5 | -12.0 |
| 0.60 | 5125.0 | 5081.0 | 5096.0 | 29.0 | -15.0 |
| 0.70 | 6421.9 | 6366.0 | 6384.0 | 37.9 | -18.0 |
| 0.80 | 7785.9 | 7721.0 | 7742.0 | 43.9 | -21.0 |
| 0.90 | 9208.2 | 9133.0 | 9157.0 | 51.2 | -24.0 |
| 1.00 | 10671.2 | 10589.0 | 10616.0 | 55.2 | -27.0 |
| 1.10 | 12167.5 | 12077.0 | 12108.0 | 59.5 | -31.0 |
| 1.20 | 13683.1 | 13588.0 | 13621.0 | 62.1 | -33.0 |
| 1.30 | 15206.6 | 15109.0 | 15145.0 | 61.6 | -36.0 |
| 1.40 | 16727.6 | 16630.0 | 16669.0 | 58.6 | -39.0 |
| 1.50 | 18236.5 | 18141.0 | 18183.0 | 53.5 | -42.0 |
| 1.60 | 19723.7 | 19630.0 | 19675.0 | 48.7 | -45.0 |
| 1.70 | 21177.3 | 21087.0 | 21134.0 | 43.3 | -47.0 |
| 1.80 | 22587.7 | 22499.0 | 22549.0 | 38.7 | -50.0 |
| 1.90 | 23942.1 | 23856.0 | 23908.0 | 34.1 | -52.0 |
| 2.00 | 25227.5 | 25142.0 | 25198.0 | 29.5 | -56.0 |
| 2.10 | 26426.5 | 26345.0 | 26402.0 | 24.5 | -57.0 |
| 2.20 | 27525.6 | 27446.0 | 27506.0 | 19.6 | -60.0 |
| 2.30 | 28501.2 | 28426.0 | 28487.0 | 14.2 | -61.0 |
| 2.40 | 29328.1 | 29256.0 | 29319.0 | 9.1 | -63.0 |
| 2.50 | 29964.3 | 29897.0 | 29960.0 | 4.3 | -63.0 |
| 2.60 | 30282.1 | 30247.0 | 30308.0 | -25.9 | -61.0 |
| 高度( 米) | 灌水法（升） | 徕卡计算（升） | 差值（升） |
| 0.10 | 410.0 | 408.0 | 2.0 |
| 0.20 | 1166.0 | 1162.0 | 4.0 |
| 0.30 | 2140.0 | 2135.0 | 5.0 |
| 0.40 | 3281.0 | 3277.0 | 4.0 |
| 0.50 | 4557.0 | 4553.0 | 4.0 |
| 0.60 | 5943.0 | 5941.0 | 2.0 |
| 0.70 | 7418.0 | 7418.0 | 0.0 |
| 0.80 | 8964.0 | 8967.0 | -3.0 |
| 0.90 | 10566.0 | 10572.0 | -6.0 |
| 1.00 | 12209.0 | 12219.0 | -10.0 |
| 1.10 | 13879.0 | 13892.0 | -13.0 |
| 1.20 | 15562.0 | 15579.0 | -17.0 |
| 1.30 | 17245.0 | 17266.0 | -21.0 |
| 1.40 | 18915.0 | 18940.0 | -25.0 |
| 1.50 | 20558.0 | 20586.0 | -28.0 |
| 1.60 | 22160.0 | 22191.0 | -31.0 |
| 1.70 | 23707.0 | 23740.0 | -33.0 |
| 1.80 | 25182.0 | 25216.0 | -34.0 |
| 1.90 | 26567.0 | 26602.0 | -35.0 |
| 2.00 | 27843.0 | 27878.0 | -35.0 |
| 2.10 | 28984.0 | 29018.0 | -34.0 |
| 2.20 | 29958.0 | 29990.0 | -32.0 |
| 2.30 | 30714.0 | 30742.0 | -28.0 |
| 2.40 | 31124.0 | 31146.0 | -22.0 |
图6 灌水法、计量仪、传统法与徕卡数据对比表
五、总结
徕卡3D Disto搭配卧罐精灵软件进行卧罐测量相比传统方法速度更快，安全性更高，精度完全满足要求，已经在部分加油站投入使用。相信在不久之后该技术会更加广泛地应用于实际工作中！应用案例
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