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摘 要 采用三维激光扫描法对立式罐容积进行计算，其核心就是先计算立式罐划分的若干个小圆柱体的容积，经过小圆柱体容积的叠加进而得到立式罐的容积，在这一计算过程中，需要通过点云分析从而得到小圆柱体的容积，以及对立式罐底部容积的计算。
关键词 立式罐容积；三维激光扫描法；点云
中图分类号：TH715 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）04-0039-01
石油转运和石油炼化等相关行业的企业中，一般都会使用大型立式罐，对立式罐的使用数量也十分庞大，所快速准确的对立式罐容积进行计算，在石油储运的操作过程中显得尤为
重要。
立式罐一般都是圆筒形的金属罐，立式罐的制作主要是由若干层的圈板焊接而成的，对立式罐容积的计量，现有的方法是将立式罐看成一个规范的圆柱体，进而通过数学方法利用圆柱体计算容积的方法得出立式罐的容积，然后在通过计算得出毫米高度上的容积。在立式罐使用过程中，由于立式罐中液体压力的作用，以及在立式罐制作时平面焊接对立式罐的影响，在以上的作用和影响下，构建成为立式罐的圈板的垂直切面并不是规则的矩形，其行政类似于略微鼓胀变形的矩形，因此通过公式计算得到的隔层圈板的容积会存在偏差，即使将立式罐的圈板估略的作为圆形来进行，得到的立式罐容积也存在较大的误差。
另外，还可以采用几何法对立式罐的容积进行计算，采用几何法首先是将立式罐地步分为一个一个面积大概相等的圆环，划分为面积相同的相邻的两个圆环可以组成一个圆柱体，然后通过对不同标点的高度的测量，得出平均值，然后再通过公式进行计算。但在是是几何法对立式罐容积进行测量，在标点测量高度的过程中， 选择测量高度的标点是有限的，所以并不能得到立式罐容积的完整数据。
通过上述介绍，可以发现立式罐容积测量的不同方法都存在误差或是缺陷，而近年来出现的用三维激光法来测量立式罐的容积，则在很大程度上弥补了以上立式罐容积测量方法的
不足。
1 三维激光法容量计算模型
三维激光扫描法测量立式罐容积，首先是要将立式罐从下到上分为若干个圆柱体，通过对若干个圆柱体的体积计算后再累加在一起，得到立式罐的容积。在计算若干个圆柱体的体积时，需要测量圆柱体的高，则每个圆柱体的高是通过三维激光扫描时的点云质量和点云分辨率来得到，在实际扫描时容积表计量精度需要事先自定义，一般情况容积表计量精度会定义为10 mm。参考图1中的数据标注，上下各取其Z0一般的高度内的点云数据，得到的数据主要是用来拟合圆柱体底面积的半径，在对Z0进行取值时，一般会选取（3-5）mm，但Z0的取值也要满足一个范围，Z0应小于小圆柱体高度的一半。在计算小圆柱体的容积时，可以通过对环高内的点云数据获取，从而根据获得的点云数据来计算小圆柱体的底面积半径，或者是小圆柱体截面的面积，得到小圆柱体的底面积后，则可以计算小圆柱体的体积。
图1
2 对切片内点云数据的处理
利用三维激光扫描法对立式罐容积进行计算时，首先对计算划分的若干个小圆柱体的体积，最后在进行叠加，在计算小圆柱体面积时，计算小圆柱体底面积时，会利用点云数据进行计算，对点云数据的处理就包括粗差点剔除、排序、滤波、精简以及对圆柱体截面的半径的拟合和对截面面积的计算。
2.1 粗差剔除
粗差剔除一般采用的都是3σ准则，3σ准则就是对某个特定的切片，所谓的切片就是小圆柱的截面，在测量过程中会得到几个数值，一个是截面上任一个测量点半径的测量残余误差，一个是测量平面内所有测量点半径测量的标准偏差，这偏差值是通过公式计算得到的，如果某一测量点的数值满足下列公式中的第二个公式，则这一测量点就是粗差点，则应该将这一粗差点删除。
σ=
ui=
2.2 点云排序
首先要对圆柱体截面内的点云数据的重心坐标进行计算，然后在对各个点到重心坐标的角度进行计算，再根据得到的各个点的角度来对点云进行排序。
2.3 点云滤波
点云滤波采用的方法是中值滤波。所谓中值滤波，就是采样点的选择都是各个数据点的中值，采用各个数据点的中值可以很好的对毛刺进行消除。
2.4 点云精简
点云精简，采用的是最小距离法，即相邻的两点之间的距离要大于一个特定的值，这个特定的数值是阀值。
3 在点云分析的基础上的圆柱体底部排量计算
从上文的图1中对立式罐的剖面图可以发现，立式罐的底部是中间高，四周低的形状，因此对立式罐底部中间最高点以下部分的容积就称为底量，而在立式罐中间突出的部分所占的体积则是立式罐的底部排量。在对立式罐的底部排量进行计算时，是在点云分析的基础上才用圆柱体体积叠加的方法进行计算，计算方法是先将立式罐的底部点云模型划分为若干个圆柱体和圆锥体，在计算圆柱体和圆锥体的体积，最后进行叠加计算。
4 总结
本文对用三维激光扫描法计算立式罐的容积的方法进行了简单的介绍，其计算核心就是通过对立式罐划分的小圆柱体容积的计算和叠加从而得到立式罐的容积，还对基于点云分析的数据处理和立式罐的底部容积计算进行了简要介绍。利用三维激光扫描法对立式罐容积进行计算相比其他方法具有可行性高和准确率高的特点，可见三维激光扫描法在立式罐容积计量方面具有很高的应用前景。
参考文献
[1]宋振，裴润有，张洪军，贾春虎，李汲峰，宏岩，李东升.立式罐容量计量中三维激光扫描法研究[J].中国测试，2014.
[2]陈贤雷，郝华东，李红军，陈波，门海宁.大型立式罐容量计量中三维激光扫描方法研究[J].中国测试，2014.
[3]宋振，郝华东，周晓雪，梁雪敏，施浩磊，张洪军，李东升.基于三维激光扫描仪法的大型立式罐容量的计量[J].油气储运，2013.
作者简介
陈之玺（1980-），男，江苏无锡人，检定员，大专，研究方向：流量、容量计量。
关键词 立式罐容积；三维激光扫描法；点云
中图分类号：TH715 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）04-0039-01
石油转运和石油炼化等相关行业的企业中，一般都会使用大型立式罐，对立式罐的使用数量也十分庞大，所快速准确的对立式罐容积进行计算，在石油储运的操作过程中显得尤为
重要。
立式罐一般都是圆筒形的金属罐，立式罐的制作主要是由若干层的圈板焊接而成的，对立式罐容积的计量，现有的方法是将立式罐看成一个规范的圆柱体，进而通过数学方法利用圆柱体计算容积的方法得出立式罐的容积，然后在通过计算得出毫米高度上的容积。在立式罐使用过程中，由于立式罐中液体压力的作用，以及在立式罐制作时平面焊接对立式罐的影响，在以上的作用和影响下，构建成为立式罐的圈板的垂直切面并不是规则的矩形，其行政类似于略微鼓胀变形的矩形，因此通过公式计算得到的隔层圈板的容积会存在偏差，即使将立式罐的圈板估略的作为圆形来进行，得到的立式罐容积也存在较大的误差。
另外，还可以采用几何法对立式罐的容积进行计算，采用几何法首先是将立式罐地步分为一个一个面积大概相等的圆环，划分为面积相同的相邻的两个圆环可以组成一个圆柱体，然后通过对不同标点的高度的测量，得出平均值，然后再通过公式进行计算。但在是是几何法对立式罐容积进行测量，在标点测量高度的过程中， 选择测量高度的标点是有限的，所以并不能得到立式罐容积的完整数据。
通过上述介绍，可以发现立式罐容积测量的不同方法都存在误差或是缺陷，而近年来出现的用三维激光法来测量立式罐的容积，则在很大程度上弥补了以上立式罐容积测量方法的
不足。
1 三维激光法容量计算模型
三维激光扫描法测量立式罐容积，首先是要将立式罐从下到上分为若干个圆柱体，通过对若干个圆柱体的体积计算后再累加在一起，得到立式罐的容积。在计算若干个圆柱体的体积时，需要测量圆柱体的高，则每个圆柱体的高是通过三维激光扫描时的点云质量和点云分辨率来得到，在实际扫描时容积表计量精度需要事先自定义，一般情况容积表计量精度会定义为10 mm。参考图1中的数据标注，上下各取其Z0一般的高度内的点云数据，得到的数据主要是用来拟合圆柱体底面积的半径，在对Z0进行取值时，一般会选取（3-5）mm，但Z0的取值也要满足一个范围，Z0应小于小圆柱体高度的一半。在计算小圆柱体的容积时，可以通过对环高内的点云数据获取，从而根据获得的点云数据来计算小圆柱体的底面积半径，或者是小圆柱体截面的面积，得到小圆柱体的底面积后，则可以计算小圆柱体的体积。
图1
2 对切片内点云数据的处理
利用三维激光扫描法对立式罐容积进行计算时，首先对计算划分的若干个小圆柱体的体积，最后在进行叠加，在计算小圆柱体面积时，计算小圆柱体底面积时，会利用点云数据进行计算，对点云数据的处理就包括粗差点剔除、排序、滤波、精简以及对圆柱体截面的半径的拟合和对截面面积的计算。
2.1 粗差剔除
粗差剔除一般采用的都是3σ准则，3σ准则就是对某个特定的切片，所谓的切片就是小圆柱的截面，在测量过程中会得到几个数值，一个是截面上任一个测量点半径的测量残余误差，一个是测量平面内所有测量点半径测量的标准偏差，这偏差值是通过公式计算得到的，如果某一测量点的数值满足下列公式中的第二个公式，则这一测量点就是粗差点，则应该将这一粗差点删除。
σ=
ui=
2.2 点云排序
首先要对圆柱体截面内的点云数据的重心坐标进行计算，然后在对各个点到重心坐标的角度进行计算，再根据得到的各个点的角度来对点云进行排序。
2.3 点云滤波
点云滤波采用的方法是中值滤波。所谓中值滤波，就是采样点的选择都是各个数据点的中值，采用各个数据点的中值可以很好的对毛刺进行消除。
2.4 点云精简
点云精简，采用的是最小距离法，即相邻的两点之间的距离要大于一个特定的值，这个特定的数值是阀值。
3 在点云分析的基础上的圆柱体底部排量计算
从上文的图1中对立式罐的剖面图可以发现，立式罐的底部是中间高，四周低的形状，因此对立式罐底部中间最高点以下部分的容积就称为底量，而在立式罐中间突出的部分所占的体积则是立式罐的底部排量。在对立式罐的底部排量进行计算时，是在点云分析的基础上才用圆柱体体积叠加的方法进行计算，计算方法是先将立式罐的底部点云模型划分为若干个圆柱体和圆锥体，在计算圆柱体和圆锥体的体积，最后进行叠加计算。
4 总结
本文对用三维激光扫描法计算立式罐的容积的方法进行了简单的介绍，其计算核心就是通过对立式罐划分的小圆柱体容积的计算和叠加从而得到立式罐的容积，还对基于点云分析的数据处理和立式罐的底部容积计算进行了简要介绍。利用三维激光扫描法对立式罐容积进行计算相比其他方法具有可行性高和准确率高的特点，可见三维激光扫描法在立式罐容积计量方面具有很高的应用前景。
参考文献
[1]宋振，裴润有，张洪军，贾春虎，李汲峰，宏岩，李东升.立式罐容量计量中三维激光扫描法研究[J].中国测试，2014.
[2]陈贤雷，郝华东，李红军，陈波，门海宁.大型立式罐容量计量中三维激光扫描方法研究[J].中国测试，2014.
[3]宋振，郝华东，周晓雪，梁雪敏，施浩磊，张洪军，李东升.基于三维激光扫描仪法的大型立式罐容量的计量[J].油气储运，2013.
作者简介
陈之玺（1980-），男，江苏无锡人，检定员，大专，研究方向：流量、容量计量。