三维激光扫描仪大容量计量数据处理方法与软件开发

摘要

立式圆筒形金属油罐(立式罐)和地下储油洞穴等是原油、燃料油等能源物质的主要储存器具,立式罐同时也是大宗液态能源物质贸易交接的主要计量器具,属于国家强制检定计量设备。快速、准确地测量这些大型容器的容积是大型能源储运工程的基本要求。本文对用于大容量测量的三维激光扫描法进行了算法研究,开发了相应软件,并通过实际测试验证了该方法的可行性和准确性。论文分为以下几个部分:
　　第一部分:大容量计量技术的研究现状。分析了立式罐容积测量中围尺法、径向偏差法、全站仪法等方法存在的问题,简单介绍了地下水封岩洞库容量计量方法。对基于三维激光扫描技术的大容量计量方法的研究现状进行了总结,该方法中利用三维激光扫描仪获取容器表面点云数据,进行三维模型重构,配合相应的大容量计量检定管理系统软件可计算罐体总容积、建立容积表。
　　第二部分:三维激光扫描法容积测量的算法研究。研究了基于点云分析的大容量器具的容积计算模型,横截面内点云数据的预处理过程与方法:粗差剔除、点云排序、点云滤波、点云精简;计算罐体横截面圈板半径的最小二乘法、加速迭代法、等效面积法;基于点云分析的立式罐底部排量、罐体倾斜度的计算方法。
　　第三部分:软件开发。在.Net平台上基于c＃、Access数据库编写的Winform桌面应用程序“大容量计量检定管理系统”。该软件系统采用人机交互的方式,界面美观友好,可以快速准确地计算、打印容积报表。
　　第四部分:试验验证。选用Leica HDS7000三维激光扫描仪进行了试验测试,以某2万立方米立式罐为测试对象,检验了HDS7000三维激光扫描仪和相关方法在容量计量中的重复性、复现性。试验测试发现随着入射角的增大,测量偏差增大,建议入射角不超过60°。以某5000立方米的立式罐为对象,验证了三维激光扫描法和大容量计量检定管理系统软件的准确性。以房间和洞穴测试试验,验证了三维激光扫描法在地下水封岩洞库容量计量中的可行性。

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表清单

1 绪论

1. 1 研究背景与意义

1. 2 大容量计量的研究现状及存在的问题

1. 3 三维激光扫描技术在大容量计量中的应用

1. 4 论文研究的主要内容与创新点

2 基于三维激光扫描法的大容量计量方法研究

2. 1 基于三维激光扫描法的大型立式罐容量计量方法

2. 2 基于三维激光扫描法的地下水封岩洞库容量计量方法

3 基于三维激光扫描法的大容量计量检定管理系统开发

3. 1 系统设计

3. 2 系统预览与案例操作

4 试验验证

4. 1 点云数据采集

4. 2 三维激光扫描法在大型立式罐容量计量中的试验验证

4. 3 三维激光扫描仪法在地下水封岩洞库容量计量中的试验验证

5 总结与展望

5. 1 总结

5. 2展望

参考文献

附录A 立式罐容量计量中的参数修正

附录B 部分代码

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