油罐變形檢測

1、三維掃描技術在罐體幾何形變監(jiān)測中的應用摘要：三維激光掃描技術又被稱為實景復制技術，是測繪領域繼GPS技術之后的一次技 術革命。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢。由于傳統(tǒng)的罐 體形變監(jiān)測效率很低，嚴重影響了外業(yè)進度。本文結合具體實例，闡述三維掃描技術的優(yōu) 勢。關鍵詞：三維掃描；油罐；形變監(jiān)測三維激光掃描技術利用激光測距原理來獲取目標數(shù)據(jù)，在變形監(jiān)測、工程測量、體積 測量中得到了廣泛應用。三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，因此 可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。三維激光掃描技術是上世紀九十年代中期 開始出現(xiàn)的一項高新技術，它通過高速激光掃描測量的方

2、法，大面積高分辨率地快速獲取 被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)?？梢钥焖?、大量的采集空間點位信息，為快速建立物體的 三維影像模型提供了一種全新的技術手段。1三維激光掃描原理根據(jù)三維激光掃描儀種類的不同，工作原理也不盡相同，常用的大致有兩種：（1）脈沖式脈沖式三維激光掃描儀工作原理是短時間內(nèi)發(fā)射大量激光脈沖來進行距離測量，根據(jù) 距離和角度關系，得出三維數(shù)據(jù)。圖1脈沖式三維激光掃描儀工作原理特點：測量距離遠，測量精度高適用方向：對特定區(qū)域內(nèi)，進行測量和監(jiān)測，特別是對距離有一定要求的群體，如地 形測繪監(jiān)測，土石方流失量計算，數(shù)字城市，建筑物建模等。（2）相位式相位式激光測距是通過測量調(diào)制的激光信號在待測距

3、離上往返傳播所形成的相移，間 接測出激光傳播時間，再根據(jù)激光傳播速度，求出待測距離。激光發(fā)射器 測量距離被刪物體圖2相位式三維激光掃描儀工作原理圖特點：測量距離短，點位近距離高（一般50m內(nèi)）適用方向：對精度要求比較高的行業(yè)，如變形監(jiān)測測，隧道測量，斷面測量等。2三維激光掃描技術的誤差影響分析三維激光掃描激光掃描系統(tǒng)具有高分辨率、快速、高準確度的技術特點，并在眾多領 域得到廣泛應用。三維激光掃描系統(tǒng)如同其他精密系統(tǒng)一樣，存在數(shù)據(jù)采集的精度問題， 三維激光掃描系統(tǒng)在掃描過程中，會受到各種外界因素的影響，這些因素將影響點云的數(shù) 據(jù)質(zhì)量。為提高數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量和可靠性，獲取精確的實體三維數(shù)字模型，接下

4、來將對掃 描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)誤差來源、規(guī)律進行分析。從誤差產(chǎn)生理論分析，激光掃描系統(tǒng)測量誤差可分系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差引 起三維激光掃描點的坐標偏差，而偶然誤差是一些隨機性誤差的綜合體現(xiàn)。三維激光掃描 系統(tǒng)掃描過程中，導致誤差的影響因素較多，大致可分為三類：儀器系統(tǒng)誤差、與掃描目 標相關的誤差及外界環(huán)境條件影響。系統(tǒng)誤差包括系統(tǒng)內(nèi)軸系之間的相互旋轉(zhuǎn)等引起的測距和測角誤差；與掃描目標相關 的誤差主要有目標物體反射面與掃描激光光束交角過小和物體表面粗糙度影響等；外界環(huán) 境條件影響主要包括溫度、氣壓、空氣質(zhì)量等因素。激光測距的影響。激光測距信號在處理的各個環(huán)節(jié)都會帶來一定的誤差，特別是光學 電子、電

5、路中激光脈沖回波信號處理時引起的誤差，主要包括掃描儀脈沖計時的系統(tǒng)誤差 和測距技術中不確定間隔的缺陷引起的誤差。掃描角的影響。掃描角的影響包括激光光束水平掃描角度和豎直掃描角測量角度。掃 描角度引起的誤差是掃描鏡的鏡面平面角誤差、掃描鏡轉(zhuǎn)動的微小震動、掃描電機的非均 勻轉(zhuǎn)動控制等的綜合影響。掃描目標物反射面傾斜及反射表面粗糙程度的影響。由于掃描目標的反射面與掃描光 束交角較小時，激光光斑等影響測距及定位造成的誤差相對要大。另外，三維激光掃描點 云的精度與物體表面的粗糙程度有密切關系。由于三維激光回波信號有多值性特點，將造 成測量位置偏差。3三維激光掃描外業(yè)流程本次試驗中所用的儀器是天寶TX8O

6、 Trimble TX8激光掃描儀在性能和易用性方面為三 維掃描設立了新的行業(yè)標準。憑借其在測量速度、測程和測量精度等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，TX8能夠為工業(yè)測量、工程測量、建筑、現(xiàn)場取證和其它需要高精度和靈活性的應用領域提供 優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)成果。儀器外形如圖3。圖 3 Trimble TX8對于每個罐體，不需要采用絕對坐標，所以只需在外業(yè)掃描時，單獨假設三維激光掃描 儀，以其中一站作為掃描的基準站，其他各站通過目標球進行拼接即可。為了保證掃描的整體精度，圍繞罐體掃描的同時，在起始站設置3個以上目標球（整個 罐體測量過程中，不能移動），在進行最后一站掃描時進行閉合掃描，這樣就可以將罐體 掃描閉合，從而保證

7、高精度的測量。圖4三維掃描流程圖4實例本次試驗對一大型罐體進行外圍掃描，該罐體有九層鋼板焊接而成。經(jīng)過三維掃描和數(shù)據(jù)處理，提取每層的橢圓度。掃描罐體點云如圖5.圖5罐體掃描點云三維激光掃描儀以“形測量”的方式可快速獲取罐體表面密集的觀測數(shù)據(jù)（即點云）從而獲取罐體表面完整的形體信息?？梢匀娴胤治龉摅w整體沉降、整體傾斜、局部變形區(qū)域定位以及形變區(qū)域的形變大小等。本次檢測以第一圈壁板底部向上200mm處為基圓，在每圈板1/4和3/4提取截面，通過每圈的上千個點擬合出圓和圓心，在每圈層上千個點中均勻提取48個，計算出對應半徑，進而測量第二圈至第八圈壁板的橢圓度，觀測點布設是以1#點為起點，如下圖所示

8、：順時針用檢驗合格的鋼尺均勻布設48個觀測點。見圖6。，-啪_的心.+41-+D.441-41.44-1-33 441-32.+41-31.4+1-42.+41 -3D4+1-+3441-29.+41-W-.441-23441-45.+41-27.+41-4B441-+7.+41 -2B441-25.+41-1.441-24.+41-24+1-23.441-22441-J.U1-21.4+1-4.4+1-2D.441-5.441-194+1-6.441-134+1-7.4+1-17.4+1-0.+41-16-ui-in圖6特征點布置數(shù)據(jù)采集用TX8的最低掃描檔位，大約用時2分鐘，目標球距離掃描

9、儀距離應控制在30 米范圍之內(nèi)，且3目標球不宜在一平面內(nèi)。起始位置視野應開闊，注意前后通視。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理所需軟件為天寶自帶Realworks。利用密集的圈板截面數(shù)據(jù)，可以精確地 擬合罐體中心，進而計算出每個點的半徑值。圖7半徑及圓心擬合25得出不同圈板半徑值之后，即可計算半徑差值，從而分析罐體整體的變形情況。每層幾 何形體見圖7。第1圈板 ，第2圈板第3圈板 -A第4圈板 =85=第5圈板 -第6圈板 -第7圈板 第8圈板圖7各圈板幾何形體 罐圈橢圓度測量結果如下表1。表1罐圈板橢圓度（mm）板號一二三四五六七八平均直徑8003580090.48009780103800898007380036800104最大差值44528890116130141154橢圓度（%）0.170.060.110.110.1450.1620.1760.1925結論三維掃描在罐體測量中，數(shù)據(jù)質(zhì)量可達到規(guī)范要求，且其效率高，節(jié)省了人力，可在今 后的罐體形變監(jiān)測中進行應用推廣。6參考文獻董秀軍.三維激光掃描技術及其工程應用研究：D.成都：成都理工大學，2007.馬立廣.地面三維掃描激光掃描儀的分類與應用J.地理空間信息：2005, 3（3