本發(fā)明涉及儲罐安全管理及測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種外浮頂儲罐群的變形監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大型儲罐具有節(jié)省鋼材、占地少、投資省、便于操作管理等優(yōu)點。發(fā)達國家建造、使用大型儲罐已有近30年的歷史，隨著生產(chǎn)的需要和我國石油戰(zhàn)略儲備計劃的實施，近些年大型儲罐在國內(nèi)也得到了迅速發(fā)展。外浮頂儲罐是大型儲罐的一種常見形式，其儲存油品蒸發(fā)損耗小，而且罐頂自重受儲液支承，使其受力均勻，故大型儲罐多采用此種形式。外浮頂儲罐壁板在制作和安裝過程中如果沒有很好的按程序和標準執(zhí)行，都有可能使壁板的垂直度及橢圓度發(fā)生超差，影響油罐的密封效果；同時外浮頂儲罐幾何形體變形的大小一般隨儲罐投用時間的增加而增加，在使用一段時間后，由于罐內(nèi)液位的升降、地基變形、大風和日照等因素，儲罐發(fā)生一定的變形也在所難免。通常罐體局部凹凸、橢圓度、最大傾斜度，基礎(chǔ)沉降等幾何尺寸都是很重要的指標，如果這些指標過大，將導(dǎo)致儲罐浮頂密封圈密封不嚴，引起油氣濃度偏高，不僅會造成油氣損耗增大，還極易成為火災(zāi)爆炸的源頭；同時罐體發(fā)生局部變形和不均勻沉降后，超過一定限度會使得儲罐不能完全利用或根本無法使用，造成生產(chǎn)和人員安全隱患，一旦發(fā)生事故，損失將十分慘重。此外變形過大將導(dǎo)致儲罐浮頂密封圈密封不嚴，對生產(chǎn)和人員造成安全隱患。因此精確掌握外浮頂儲罐幾何變形是十分必要的。

浮頂儲罐安全檢測通常使用光學參比法和光電法對儲罐變形進行測量。光學參比法需要使用光學垂準儀、水平直尺、移動式磁性標尺儀等，但這種基于單點測量的方式在罐壁變形復(fù)雜時，會產(chǎn)生較大的測量誤差。光電法測量儲罐變形一般采用全站儀和GPS等，該方法依然屬于單點式測量，也就是只能以點觀 測而獲取較少觀測點的形變數(shù)據(jù)進而推斷整體變形情況，無法獲取局部和整體精確的變形細節(jié)，并且設(shè)備現(xiàn)場安裝難度較大，測量時間比較長，因此對環(huán)境的穩(wěn)定性要求很高，其測量精度和穩(wěn)定性往往受到較大影響，因而檢測效率和精度都無法得到有效保障，不能滿足實際生產(chǎn)需求。

另外，對于在一個區(qū)域內(nèi)放置多個儲罐的外浮頂儲罐群，通過上述方法進行檢測或監(jiān)測，需要測量的幾何參數(shù)多，操作復(fù)雜，人員勞動強度大，而且測量過程中受人為因素影響較大，在測量變形大的罐體時誤差較大；測量過程中罐內(nèi)含氧量不足、有毒、有害、腐蝕介質(zhì)對人身安全會造成一定的危害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種外浮頂儲罐群的變形監(jiān)測系統(tǒng)及方法，通過在遠離儲罐群的區(qū)域設(shè)置基準點，將三維激光掃描的坐標轉(zhuǎn)換成基準點絕對坐標，能夠較全面地實時獲得外浮頂儲罐群中每個儲罐幾何變形指標，從而實現(xiàn)對外浮頂儲罐群幾何變形狀況的連續(xù)精確監(jiān)測。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種外浮頂儲罐群的變形監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)處理裝置、定位裝置、設(shè)置在每個所述外浮頂儲罐頂部的控制點的全站儀，設(shè)置在每個所述外浮頂儲罐的浮頂上表面的至少一個測量點的三維激光掃描儀以及設(shè)置在每個所述外浮頂儲罐的浮頂上的相鄰測量點之間的至少一組掃描靶組；

其中，所述定位裝置設(shè)置于所述外浮頂儲罐群的周圍的預(yù)設(shè)的基準點上，所述基準點設(shè)置在距離所述外浮頂儲罐群的最外邊的外浮頂儲罐的預(yù)設(shè)距離的地面上,所述定位裝置用于測量所述基準點的大地坐標并對所述基準點進行定位；

所述全站儀用于測量所述基準點與每個所述外浮頂儲罐的控制點之間的方位角和邊長數(shù)據(jù)以及每個所述外浮頂儲罐的控制點與測量點之間的方位角和邊長數(shù)據(jù)；

所述三維激光掃描儀用于對每個所述外浮頂儲罐的掃描標靶組、儲罐內(nèi)壁以及浮頂進行掃描；

所述數(shù)據(jù)處理裝置獲得每個所述外浮頂儲罐的所述定位裝置、全站儀和三維激光掃描儀的測量數(shù)據(jù)，分別進行數(shù)據(jù)處理后得到每個所述外浮頂儲罐的變形情況。

其中，所述定位裝置包括固定墩，強制歸心裝置和反射棱鏡，所述固定墩設(shè)置在每個所述基準點上，所述強制歸心裝置固定在所述固定墩上，所述反射棱鏡設(shè)置在所述強制歸心裝置上。

其中，所述定位裝置還包括GPS測量儀，用于測量每個所述基準點位的大地坐標。

其中，，每個所述外浮頂儲罐的掃描標靶組至少為一組，并且每個掃描標靶組中的標靶點排列成除直線外的其他形式。

其中，所述掃描標靶組中至少一個掃描標靶組具有三個標靶點，并且所述三個標靶點呈三角形分布。

其中，所述測量點至少包括位于所述浮頂上表面正中心的第一測量點。

其中，所述基準點與距離所述外浮頂儲罐群最近的外浮頂儲罐的水平距離值至少為距離所述外浮頂儲罐群最近的外浮頂儲罐的直徑的一半的值。

其中，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括數(shù)據(jù)存儲單元、坐標解算單元、去噪拼接單元、坐標轉(zhuǎn)換單元、三維建模單元和計算分析單元。

其中，所述數(shù)據(jù)存儲單元用于存儲所在外浮頂儲罐的定位裝置、全站儀和三維激光掃描儀的測量數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理后得到的數(shù)據(jù)。

所述坐標解算單元用于根據(jù)所在外浮頂儲罐的全站儀測量的基準點與控制點位的方位角和邊長數(shù)據(jù)，利用后方交會法解算該控制點的坐標。

所述去噪拼接單元用于去除所在外浮頂儲罐的三維激光掃描儀測量的儲罐點云數(shù)據(jù)中的噪聲點，并對去噪后的數(shù)據(jù)進行拼接，得到該外浮頂儲罐整體的點云數(shù)據(jù)文件；

所述坐標轉(zhuǎn)換單元用于根據(jù)所在外浮頂儲罐的基準點坐標、控制點坐標和三維激光掃描儀坐標對該外浮頂儲罐的點云數(shù)據(jù)文件進行坐標轉(zhuǎn)換，得到大地坐標下的點云數(shù)據(jù)文件；

所述三維建模單元用于根據(jù)所在外浮頂儲罐的大地坐標下的點云數(shù)據(jù)建立 三維模型；

所述計算分析單元根據(jù)所在外浮頂儲罐的三維模型，計算該外浮頂儲罐的幾何變形指標數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的一種外浮頂儲罐群變形監(jiān)測系統(tǒng)，可在大型外浮頂儲罐群工作狀態(tài)下實施，將全站儀測量技術(shù)與三維激光掃描技術(shù)結(jié)合起來，利用后方交會測量，以自由設(shè)站控制點和罐群外部穩(wěn)定區(qū)基準點為已知點，并將基準點的絕對坐標系引入掃描儀坐標系，從而使掃描儀測量可以自由架站，進而真實描述外浮頂儲罐內(nèi)部的罐體結(jié)構(gòu)及形態(tài)特性，以快速、準確地生成三維數(shù)據(jù)模型，得到外浮頂儲罐不同方位和角度的幾何參數(shù)值，針對外浮頂儲罐的罐壁凹凸、罐體橢圓變形和罐體傾斜沉降進行快速、準確測量，計算關(guān)鍵幾何變形指標并進行安全評估，對不符合閾值要求指標進行安全預(yù)警，從而實現(xiàn)動態(tài)掌握外浮頂儲罐群每個儲罐變形狀況，有效避免了傳統(tǒng)變形測量手段基于點數(shù)據(jù)進行變形分析造成的局部性和片面性，同時也避免了傳統(tǒng)停罐離線檢測的低工作效率和人力物力消耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實施例的外浮頂儲罐群的變形監(jiān)測系統(tǒng)的基準點布置示意圖。

圖2示出了本發(fā)明的安裝在單個外浮頂儲罐的監(jiān)測設(shè)備的布置示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明的一種外浮頂儲罐群變形監(jiān)測系統(tǒng)予以詳細描述。

圖1示出了本發(fā)明實施例的外浮頂儲罐群的變形監(jiān)測系統(tǒng)的基準點布置示意圖。

圖2示出了本發(fā)明的安裝在單個外浮頂儲罐的監(jiān)測設(shè)備的布置示意圖。

在本發(fā)明的一個實施例中，參照圖1和2，提供一種外浮頂儲罐群的變形監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)處理裝置12、定位裝置(未示出)、設(shè)置在每個外浮頂儲罐2內(nèi)罐壁頂部的控制點的全站儀11，設(shè)置在每個外浮頂儲罐的浮頂上表面的至少一個測量點7的三維激光掃描儀8以及設(shè)置在每個所述外浮頂儲罐的浮頂上的相鄰測量點之間的至少一組掃描靶組9；

其中，定位裝置設(shè)置于外浮頂儲罐群的周圍的預(yù)設(shè)的基準點10上，基準點10設(shè)置在距離所述外浮頂儲罐群的最外邊的儲罐的預(yù)設(shè)距離的地面上，定位裝置用于測量所述基準點的大地坐標并對基準點進行定位；

全站儀11用于測量基準點與每個外浮頂儲罐的控制點之間的方位角和邊長數(shù)據(jù)以及每個外浮頂儲罐的控制點與測量點之間的方位角和邊長數(shù)據(jù)；

所述三維激光掃描儀用于對每個外浮頂儲罐的掃描標靶組9、儲罐內(nèi)壁以及浮頂進行掃描；

數(shù)據(jù)處理裝置獲得每個外浮頂儲罐的定位裝置、全站儀和三維激光掃描儀的測量數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理后得到每個外浮頂儲罐的變形情況。

上述實施例中，基準點10沿著監(jiān)測的外浮頂儲罐群的四周布設(shè)一圈，并且基準點距離最近的儲罐距離至少為0.5d，其中d為距離最近的儲罐直徑，在每個基準點上設(shè)置定位裝置，具體地，定位裝置包括固定墩，強制歸心裝置和反射棱鏡，所述固定墩設(shè)置在每個所述基準點上，所述強制歸心裝置固定在所述固定墩上，所述反射棱鏡設(shè)置在所述強制歸心裝置上。在本實施例中，每個外浮頂儲罐的大小可以是相同的，也可以是不同的，如果每個儲罐的大小不同，則基準點距離外浮頂儲罐群的距離可以根據(jù)情況設(shè)定，如其距離可以設(shè)定為距離基準點最近的儲罐的直徑的值。，另外，如果外浮頂儲罐的個數(shù)比較多，則可以設(shè)定為儲罐直徑的平均值的一半的值。

另外，在另一個實施例中，也可以使用在強制歸心裝置上設(shè)置球形標靶，并在球形標靶上黏貼反射片，從而代替反射棱鏡。反射片或是反射棱鏡是用于在全站儀在進行測量時，對基準點進行定位。

另外，定位裝置包括用于測量基準點的大地坐標的設(shè)備，如GPS測量儀。

進一步地，測量點至少包括位于所述浮頂上表面正中心的第一測量點7，測量點的選擇位置要求通視條件好，可以使得三維激光掃描儀在有效范圍內(nèi)盡可能多的獲取罐體的特征，提高測量效率，并減少后期數(shù)據(jù)處理誤差。為了提高測量精度，在浮頂上方設(shè)置有多個測量點，如在第一測量點7的一側(cè)設(shè)置的第二測量點6，并且相鄰測量點之間設(shè)置有至少一個掃描標靶組，在優(yōu)選的實施例中，每個所述掃描標靶組至少包括三個標靶點，并且每個掃描標靶組中的各個標靶點排列成除直線外的其他形式。此外，掃描標靶組中至少一個掃描標靶組具有三個標靶點，并且三個標靶點呈三角形分布。掃描標靶組通過固定裝置固定于每個外浮頂儲罐的浮頂上方，從而保證在檢測過程中位置的嚴格固定。

一個實施例中，數(shù)據(jù)處理裝置包括數(shù)據(jù)存儲單元、坐標解算單元、去噪拼接單元、坐標轉(zhuǎn)換單元、三維建模單元和計算分析單元；

具體地，數(shù)據(jù)存儲單元用于存儲所述定位裝置、全站儀和三維激光掃描儀的測量數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理后得到的數(shù)據(jù)；另外，數(shù)據(jù)存儲單元還可以具有如下功能：數(shù)據(jù)導(dǎo)入更新、顯示檢索查詢、歷史數(shù)據(jù)模型回放、冗余數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)信息管理、數(shù)據(jù)安全管理。

所述坐標解算單元用于根據(jù)所在外浮頂儲罐的全站儀測量的基準點與控制點位的方位角和邊長數(shù)據(jù)，利用后方交會法解算該控制點的坐標。

進一步地，坐標解算單元采用全圓測回法測量控制點和基準點的方位角和邊長，并利用后方交會法解算控制點位在大地坐標系下的坐標。

所述去噪拼接單元用于去除所在外浮頂儲罐的三維激光掃描儀測量的儲罐點云數(shù)據(jù)中的噪聲點，并對去噪后的數(shù)據(jù)進行拼接，得到該外浮頂儲罐整體的點云數(shù)據(jù)文件；具體用于對明顯遠離點云的、飄浮于點云上方的稀疏、離散的點，遠離點云中心區(qū)、小而密集的點以及多余掃描的點等噪聲點進行根據(jù)人工篩除法或系統(tǒng)自動進行刪除。

進一步地，去噪拼接子單元，根據(jù)不同掃描測量站點位三維激光掃描儀測得的同一個標靶組中標靶的標靶點云數(shù)據(jù)計算出坐標變換的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣和所述平移矩陣對去除噪聲點的儲罐點云數(shù)據(jù)進行坐標 轉(zhuǎn)換拼接。

所述坐標轉(zhuǎn)換單元用于根據(jù)所在外浮頂儲罐的基準點坐標、控制點坐標和三維激光掃描儀坐標對該外浮頂儲罐的點云數(shù)據(jù)文件進行坐標轉(zhuǎn)換，得到大地坐標下的點云數(shù)據(jù)文件。

本實施例中，根據(jù)所在外浮頂儲罐的基準點坐標、控制點坐標和三維激光掃描儀坐標，采用雙站極坐標法測量并計算測量點在大地坐標系下坐標，然后將測得的掃描數(shù)據(jù)進行坐標轉(zhuǎn)換，得到大地坐標下的點云數(shù)據(jù)文件。

所述三維建模單元用于根據(jù)所在外浮頂儲罐的大地坐標下的點云數(shù)據(jù)建立三維模型。

所述計算分析單元根據(jù)所在外浮頂儲罐的三維模型，計算該外浮頂儲罐的幾何變形指標數(shù)據(jù)。

在另一個實施例中，該監(jiān)測系統(tǒng)還包括安全評估預(yù)警單元，其具體包括安全評估子單元，用于根據(jù)所述外浮頂儲罐群幾何變形指標數(shù)據(jù)及安全閾值條件評斷儲罐是否滿足安全要求。

安全預(yù)警子單元，用于判斷所述幾何變形指標數(shù)據(jù)是否大于預(yù)設(shè)的安全閾值，當判斷出所述幾何變形指標數(shù)據(jù)大于所述預(yù)設(shè)的安全閾值時，發(fā)出安全預(yù)警。

此外，在又一個實施例中，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括監(jiān)測設(shè)備管理單元、統(tǒng)計查詢展示單元、系統(tǒng)日志單元，分別通過數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)存儲子單元相連。其中，監(jiān)測設(shè)備管理單元用于監(jiān)測預(yù)警硬件的遠程控制，具備不同工作單元測量參數(shù)設(shè)置、預(yù)警閾值設(shè)置、不同工作單元電池電量監(jiān)測、系統(tǒng)故障診斷等功能；統(tǒng)計查詢展示單元用于對不同期測量建立的儲罐三維模型數(shù)據(jù)、儲罐整體沉降量、傾斜量和傾斜角度、局部變形量和變形角度等數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)時間、統(tǒng)計計算，并提供統(tǒng)計圖、報表、圖形化數(shù)據(jù)瀏覽查詢以及三維可視化模型展示功能；系統(tǒng)日志單元用于提供通訊信息、操作日志等查詢服務(wù)。

此外，在進一步的實施例中，數(shù)據(jù)處理裝置還對不同時間測量的大地坐標系下點云數(shù)據(jù)文件分別進行三維空間建模，進行模型匹配和對比分析，根據(jù)不同時間所述立式儲罐各個數(shù)據(jù)點的坐標變化分析所述立式儲罐的變形情況。

具體地，對儲罐的變形情況的分析，其關(guān)鍵幾何變形指標包括：罐壁高度、罐壁局部凹凸變形值、橢圓度、罐壁傾斜度和整體沉降量。

另外，數(shù)據(jù)處理裝置對每個外浮頂儲罐三維空間模型進行數(shù)據(jù)計算罐壁高度，對儲罐不同高度壁板進行截面圓心擬合及切面處理計算罐壁內(nèi)半徑、局部凹凸變形值、橢圓度，并采用數(shù)據(jù)插值計算罐壁傾斜度和沉降量，從而得到外浮頂儲罐的罐壁凹凸、罐體橢圓變形和罐體傾斜沉降變形情況。

另外，本發(fā)明的系統(tǒng)可以對外浮頂儲罐群進行連續(xù)的監(jiān)測，可以對不同期的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比確定儲罐群中每個儲罐的變形情況，也可以對每個外浮頂儲罐的三維空間模型進行數(shù)據(jù)計算從而得到儲罐變形指標，從而實時地監(jiān)測到外浮頂儲罐群的變形情況。

上述實施例提供的一種外浮頂儲罐群的變形監(jiān)測系統(tǒng)，通過將全站儀測量技術(shù)與三維激光掃描技術(shù)結(jié)合起來，利用后方交會測量，以自由設(shè)站控制點和罐區(qū)外部穩(wěn)定區(qū)基準點為已知點，并將基準點的絕對坐標系引入掃描儀測量坐標系，從而使掃描儀測量可以自由架站，進而真實描述外浮頂儲罐內(nèi)部的罐體結(jié)構(gòu)及形態(tài)特性，以快速、準確地生成三維數(shù)據(jù)模型，得到外浮頂儲罐內(nèi)壁不同方位和角度的幾何參數(shù)值，針對外浮頂儲罐的罐壁凹凸、罐體橢圓變形和罐體傾斜沉降進行快速、準確測量，計算關(guān)鍵幾何變形指標并進行安全評估，對不符合閾值要求指標進行安全預(yù)警，從而實現(xiàn)動態(tài)掌握外浮頂儲罐變形狀況，有效避免了傳統(tǒng)變形監(jiān)測手段基于點數(shù)據(jù)進行變形分析造成的局部性和片面性，同時也避免了傳統(tǒng)停罐離線檢測的低工作效率和人力物力消耗。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同因素。

最后需要說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。