油罐变形检测.doc

三维扫描技术在罐体几何形变监测中的应用摘要：三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继 GPS技术之后的一次技术革命它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势由于传统的罐 体形变监测效率很低，严重影响了外业进度本文结合具体实例，阐述三维扫描技术的优 势关键词：三维扫描；油罐；形变监测三维激光扫描技术利用激光测距原理来获取目标数据，在变形监测、工程测量、体积 测量中得到了广泛应用三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此 可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期 开始出现的一项高新技术，它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取 被测对象表面的三维坐标数据可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的 三维影像模型提供了一种全新的技术手段1三维激光扫描原理根据三维激光扫描仪种类的不同，工作原理也不尽相同，常用的大致有两种:(1 )脉冲式脉冲式三维激光扫描仪工作原理是短时间内发射大量激光脉冲来进行距离测量，根据 距离和角度关系，得出三维数据图1脉冲式三维激光扫描仪工作原理特点：测量距离远，测量精度咼适用方向：对特定区域内，进行测量和监测，特别是对距离有一定要求的群体，如地 形测绘监测，土石方流失量计算，数字城市，建筑物建模等。

2)相位式相位式激光测距是通过测量调制的激光信号在待测距离上往返传播所形成的相移，间 接测出激光传播时间，再根据激光传播速度，求出待测距离图2相位式三维激光扫描仪工作原理图特点：测量距离短，点位近距离高（一般 50m内）适用方向：对精度要求比较高的行业，如变形监测测，隧道测量，断面测量等2三维激光扫描技术的误差影响分析三维激光扫描激光扫描系统具有高分辨率、快速、高准确度的技术特点，并在众多领 域得到广泛应用三维激光扫描系统如同其他精密系统一样，存在数据采集的精度问题， 三维激光扫描系统在扫描过程中，会受到各种外界因素的影响，这些因素将影响点云的数 据质量为提高数据成果的质量和可靠性，获取精确的实体三维数字模型，接下来将对扫 描系统的数据误差来源、规律进行分析从误差产生理论分析，激光扫描系统测量误差可分系统误差和偶然误差系统误差引 起三维激光扫描点的坐标偏差，而偶然误差是一些随机性误差的综合体现三维激光扫描 系统扫描过程中，导致误差的影响因素较多，大致可分为三类：仪器系统误差、与扫描目 标相关的误差及外界环境条件影响系统误差包括系统内轴系之间的相互旋转等引起的测距和测角误差；与扫描目标相关 的误差主要有目标物体反射面与扫描激光光束交角过小和物体表面粗糙度影响等；外界环 境条件影响主要包括温度、气压、空气质量等因素。

激光测距的影响激光测距信号在处理的各个环节都会带来一定的误差，特别是光学 电子、电路中激光脉冲回波信号处理时引起的误差，主要包括扫描仪脉冲计时的系统误差 和测距技术中不确定间隔的缺陷引起的误差扫描角的影响扫描角的影响包括激光光束水平扫描角度和竖直扫描角测量角度扫 描角度引起的误差是扫描镜的镜面平面角误差、扫描镜转动的微小震动、扫描电机的非均 匀转动控制等的综合影响扫描目标物反射面倾斜及反射表面粗糙程度的影响由于扫描目标的反射面与扫描光 束交角较小时，激光光斑等影响测距及定位造成的误差相对要大另外，三维激光扫描点 云的精度与物体表面的粗糙程度有密切关系由于三维激光回波信号有多值性特点，将造 成测量位置偏差3三维激光扫描外业流程本次试验中所用的仪器是天宝 TX& Trimble TX8激光扫描仪在性能和易用性方面为三 维扫描设立了新的行业标准凭借其在测量速度、测程和测量精度等方面的优异表现，TX8能够为工业测量、工程测量、建筑、现场取证和其它需要高精度和灵活性的应用领域提供 优质的数据成果仪器外形如图3图 3 Trimble TX8对于每个罐体，不需要采用绝对坐标，所以只需在外业扫描时，单独假设三维激光扫描 仪，以其中一站作为扫描的基准站，其他各站通过目标球进行拼接即可。

为了保证扫描的整体精度，围绕罐体扫描的同时，在起始站设置 3个以上目标球（整个罐体测量过程中，不能移动），在进行最后一站扫描时进行闭合扫描，这样就可以将罐体 扫描闭合，从而保证高精度的测量图4三维扫描流程图304实例本次试验对一大型罐体进行外围扫描，该罐体有九层钢板焊接而成经过三维扫描和数 据处理，提取每层的椭圆度扫描罐体点云如图 5.图5罐体扫描点云三维激光扫描仪以“形测量”的方式可快速获取罐体表面密集的观测数据（即点云） 而获取罐体表面完整的形体信息可以全面地分析罐体整体沉降、 域定位以及形变区域的形变大小等本次检测以第一圈壁板底部向上 200mn处为基圆，在每圈板 每圈的上千个点拟合出圆和圆心，在每圈层上千个点中均匀提取 进而测量第二圈至第八圈壁板的椭圆度，观测点布设是以 针用检验合格的钢尺均匀布设48个观测点.441-3V1-55 -.+H-33*11-32.+41-31.+41-30J41-S7.444 -2E.441-2&.441-24^41-22.441-21.W-ZD.4411-1J441-1$.4+1-17.441-15+41-15，从整体倾斜、局部变形区1/4和3/4提取截面，通过48个，计算出对应半径，1#点为起点，如下图所示：顺时见图6。

441.44-1-42441-+5.+41-47.441 -1.441-2411-3.+1-1-4441码4+1-Q4*1-7441-B+4—T勺⑷一偽［一总.441-1D图6特征点布置30数据采集用TX8的最低扫描档位，大约用时2分钟，目标球距离扫描仪距离应控制在 米范围之内，且3目标球不宜在一平面内起始位置视野应开阔，注意前后通视内业数据处理所需软件为天宝自带 Realworks利用密集的圈板截面数据，可以精确地 拟合罐体中心，进而计算出每个点的半径值图7半径及圆心拟合3030得出不同圈板半径值之后，即可计算半径差值，从而分析罐体整体的变形情况每层几 何形体见图7第|囲板 -■-弟二圉柢*議5圈桥-■-鬲T国簣图7各圈板几何形体罐圈椭圆度测量结果如下表1表1罐圈板椭圆度（mm板号-一--——二四五六七八平均直径8003580090.4800978010380089800738003680010304最大差值44528890116130141154椭圆度（%）0.170.060.110.110.1450.1620.1760.1925结论三维扫描在罐体测量中，数据质量可达到规范要求，且其效率高，节省了人力，可在今 后的罐体形变监测中进行应用推广。

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