基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统及方法。其中倾斜度测量系统包括4台三维激光扫描仪和1台终端，其中倾斜度测量方法，包括以下步骤：将4台三维激光扫描仪按同一圆周90度等间隔布置于储油罐四周，获取完整罐壁点云数据；终端对罐壁点云数据进行拼接，以及等间隔、等厚度切片；然后对3个以上的切片进行椭圆轮廓拟合，获得椭圆拟合方程，再计算椭圆的中心点坐标；接着对多个中心点坐标进行直线拟合，计算直线与水平面的夹角A，最终获得立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量值θ=90

【技术实现步骤摘要】
基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及石油化工储油罐几何参数测量
，特别涉及一种基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统及方法。

技术介绍

[0002]储油罐是一种储存油品的容器，作为油库的关键设备之一，油品一般为易燃易爆品，一旦发生事故，极易引发火灾，甚至爆炸，将导致大量的人员和财产损失，因此，对储油罐的安全要求极高。立式圆柱形储油罐的罐体如果发生过大倾斜，会使得罐壁变形，进而开裂，这是油品发生泄漏的主要原因之一。一般规定立式储油罐罐体倾斜度为中轴线偏离铅垂线的角度，现有对储油罐罐体倾斜度主要人工测量，费时费力，少数在线测量方法，传感器往往需要贴附到储油罐罐壁上，防爆要求高，并增加额外的安全隐患。因此迫切需要一种快速，便捷的储油罐罐体倾斜度非接触测量系统及方法为石油库区行业的安全生产提供技术保障。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统及方法，利用三维激光扫描仪获取储油罐的三维点云数据，再通过点云数据分析得到储油罐罐体倾斜角度值，实现储油罐罐体倾斜度在线非接触测量，测量过程十分便捷和高效。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统，包括4台三维激光扫描仪和1台终端，其中4台三维激光扫描仪按同一圆周90度等间隔布置于储油罐罐体四周，用于获取完整储油罐罐体的罐壁点云数据，终端对罐壁点云数据进行包括拼接、切片、椭圆轮廓拟合的处理，最终获得立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量值。
[0005]本专利技术还提供了一种基于权利要求1所述系统的基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量方法，实现如下：将4台三维激光扫描仪按同一圆周、90度等间隔布置于立式圆柱形储油罐四周，分别获取储油罐1/4罐壁轮廓的点云数据；将4台三维激光扫描仪获取的点云数据拼接为完整储油罐罐体罐壁轮廓点云数据；在垂直方向上，对储油罐罐体罐壁轮廓点云数据进行等间隔p切片处理，每个切片的厚度d相同，切片数量为n；对每个切片的点云数据进行椭圆拟合，建立椭圆拟合方程，通过拟合方程计算得到拟合椭圆的中心点坐标；对所有拟合椭圆的中心点进行直线拟合，建立直线拟合方程，计算拟合直线与水平面的夹角A；计算立式储油罐罐体倾斜度θ=90
°‑
A。
[0006]在本专利技术一实施例中，d取值范围为20mm
‑
150mm，切片数量n满足：3≦n≦(h
‑
z0)/(d+p)，其中z0为切面的起始高度，h为储油罐罐体罐壁轮廓的高度。
[0007]在本专利技术一实施例中，所述p=800mm，d=60mm，n=8；z0=500mm，h=8000mm，则各个点云切片的高度分别为z
n
=z0+i(d+p)，i=1,2,...,8。
[0008]在本专利技术一实施例中，将4台三维激光扫描仪获取的点云数据拼接为完整储油罐罐体罐壁轮廓点云数据前，需利用VoxelGrid滤波器和三角网格去噪算法对激光扫描仪获取的点云数据进行滤波去噪处理。
[0009]在本专利技术一实施例中，将4台三维激光扫描仪获取的点云数据拼接为完整储油罐罐体罐壁轮廓点云数据是通过ICP配准算法实现。
[0010]在本专利技术一实施例中，结合RANSAC算法和最小二乘法，对每个切片的点云数据进行椭圆拟合，建立椭圆轮廓拟合方程，通过椭圆轮廓拟合方程计算得到拟合椭圆的中心点坐标。
[0011]在本专利技术一实施例中，结合RANSAC算法和最小二乘法，对所有拟合椭圆的中心点进行直线拟合，建立直线拟合方程，计算拟合直线与水平面的夹角A。
[0012]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术为非接触测量方法，避免测量系统对储油罐安全造成不利影响，降低测量系统的防爆要求，降低成本。测量系统实现基于三维点云的储油罐罐体倾斜度自动测量，节约人力，改善人员测量作业环境，测量精度高，数字化信息更方便进行远程传输和监控。
附图说明
[0013]图1为本专利技术立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统的组成结构图。
[0014]图中，1为第1台三维激光扫描仪，2为第2台三维激光扫描仪，3为第3台三维激光扫描仪，4为第4台三维激光扫描仪，5为测量系统的终端，6为立式圆柱形储油罐。
[0015]图2为本专利技术实施例的方法流程图。
[0016]图3为本专利技术实施例的4台三维激光扫描仪布置示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0018]本专利技术一种基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统，包括4台三维激光扫描仪和1台终端，其中4台三维激光扫描仪按同一圆周90度等间隔布置于储油罐罐体四周，用于获取完整储油罐罐体的罐壁点云数据，终端对罐壁点云数据进行包括拼接、切片、椭圆轮廓拟合的处理，最终获得立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量值。
[0019]本专利技术还提供了一种基于权利要求1所述系统的基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量方法，实现如下：将4台三维激光扫描仪按同一圆周、90度等间隔布置于立式圆柱形储油罐四周，分别获取储油罐1/4罐壁轮廓的点云数据；将4台三维激光扫描仪获取的点云数据拼接为完整储油罐罐体罐壁轮廓点云数据；在垂直方向上，对储油罐罐体罐壁轮廓点云数据进行等间隔p切片处理，每个切片
的厚度d相同，切片数量为n；对每个切片的点云数据进行椭圆拟合，建立椭圆拟合方程，通过拟合方程计算得到拟合椭圆的中心点坐标；对所有拟合椭圆的中心点进行直线拟合，建立直线拟合方程，计算拟合直线与水平面的夹角A；计算立式储油罐罐体倾斜度θ=90
°‑
A。
[0020]以下为本专利技术具体实施实例。
[0021]如图1所示，本实施例提供的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统包括：4台可获取储油罐轮廓点云的三维激光扫描仪1、2、3、4和可同时连接、接收并处理4台三维激光扫描仪点云数据的终端5。三维激光扫描仪1、2、3和4分别用于获取储油罐6的1/4罐壁轮廓的点云数据，并将点云数据发送给终端5，终端5按照图2所示的流程对点云数据进行处理和分析，获得储油罐罐体倾斜度。使用4台三维激光扫描仪确保点云数据可覆盖整个储油罐罐壁。
[0022]如图2所示，本实施例提供了一种立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量方法，具体包括以下步骤：如图3所示，将4台三维激光扫描仪按同一圆周、90度间隔布置于立式圆柱形储油罐四周，分别获取储油罐1/4罐壁轮廓的点云数据；进一步地，利用VoxelGrid滤波器和三角网格去噪算法对激光扫描仪获取的点云数据进行滤波去噪处理。
[0023]进一步地，利用ICP配准算法将4台三维激光扫描仪获取的点云数据拼接为完整储油罐罐壁轮廓点云数据；进一步地，在垂直方向上，对储油罐罐壁轮廓点云数据进行等间隔p切片处理，每个切片的厚度d相同，等间隔值p=800mm，d取值60mm，切片数量n=8；初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量系统，其特征在于，包括4台三维激光扫描仪和1台终端，其中4台三维激光扫描仪按同一圆周90度等间隔布置于储油罐罐体四周，用于获取完整储油罐罐体的罐壁点云数据，终端对罐壁点云数据进行包括拼接、切片、椭圆轮廓拟合的处理，最终获得立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量值。2.一种基于权利要求1所述系统的基于点云的立式圆柱形储油罐罐体倾斜度测量方法，其特征在于，实现如下：将4台三维激光扫描仪按同一圆周、90度等间隔布置于立式圆柱形储油罐四周，分别获取储油罐1/4罐壁轮廓的点云数据；将4台三维激光扫描仪获取的点云数据拼接为完整储油罐罐体罐壁轮廓点云数据；在垂直方向上，对储油罐罐体罐壁轮廓点云数据进行等间隔p切片处理，每个切片的厚度d相同，切片数量为n；对每个切片的点云数据进行椭圆拟合，建立椭圆拟合方程，通过拟合方程计算得到拟合椭圆的中心点坐标；对所有拟合椭圆的中心点进行直线拟合，建立直线拟合方程，计算拟合直线与水平面的夹角A；计算立式储油罐罐体倾斜度θ=90
°‑
A。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，d取值范围为20mm
‑
150mm，切片数...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶锦华，郑贤彬，林炜盛，杨富春，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：