大型储油洞穴容量计量技术研究

发布时间：2017-11-02 12:15

  本文关键词：大型储油洞穴容量计量技术研究

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【摘要】：我国目前的石油储备方式为地面立式金属罐，这种储备方式自身安全系数较低，战时容易遇袭。因此，国家战略石油储备工程中对于地下洞穴储油非常重视。地下洞穴储油因其管理容易、安全、可靠，成为今后战略石油储备的主要方式。本文对储油洞穴容量计量技术进行研究，为大型洞穴储油工程提供技术保障。 文中介绍了目前国内外常用的储油洞穴容量测量技术，包括声纳测量法、摄影测量法和全站仪法，，分别从测量原理、精度、特点等方面对其进行了阐述，提出了适用于地下储油洞穴的容量测量新方法三维激光扫描法。详述了三维激光扫描仪的工作原理及应用现状，并对扫描仪进行测距、测角及点位精度实验，得到其测量精度分别为±2.5mm、0.0044°和3mm。研究了将扫描仪应用于储油洞穴容积测量时数据采集和数据处理理论与方法。数据采集过程中，利用三维激光扫描仪对洞壁进行扫描，获得洞壁点云数据，具体包括站点、标靶布设和扫描参数设置等。数据处理分为点云预处理和容积计算两部分，通过预处理将扫描获得的点云数据进行配准、去噪，获得完整的三维点云模型；容积计算基于积分思想，将点云数据分割成若干小棱柱，利用三角形面积积分法和棱台体积叠加法计算洞穴各截面面积和总容积，获得其容积表。 对于三维激光扫描法应用于大空间容积测量进行了实验验证。利用三维激光扫描法分别对立式金属罐、房间、隧道和洞穴进行实验测试；分别对房间与山洞隧道采用手工测量法进行测量，并对其测量精度进行了评价。将立式罐扫描数据与国标规定方法进行比对，测量结果偏差在0.26‰以内；房间与隧道扫描结果与手工测量的容积表相对偏差分别在2‰和1.5‰以内，说明三维激光扫描技术用于洞穴容积测量是可行的。最后，将扫描仪法应用于实际洞穴扫描，获得其容积表，并通过评定扫描仪和计算方法测量不确定度，得到三维激光扫描测量系统在洞穴容量计量中的测量不确定度为0.63‰。
【关键词】：储油洞穴 三维激光扫描法 三角形面积积分法 棱台体积叠加法 测量不确定度评定
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE822
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目次9-12
• 图清单12-14
• 表清单14-15
• 1 绪论15-25
• 1.1 课题研究背景15
• 1.2 课题研究目的及意义15-16
• 1.3 储油洞穴发展现状16-19
• 1.3.1 地下盐穴储库16-17
• 1.3.2 水封石洞储库17-19
• 1.4 储油洞穴容量计量研究现状19-22
• 1.5 主要研究内容及技术路线22-25
• 1.5.1 研究内容及创新点22-23
• 1.5.2 技术路线及论文结构23-25
• 2 储油洞穴容量计量技术25-32
• 2.1 引言25
• 2.2 声纳测量技术25-27
• 2.2.1 测量系统组成及原理25-27
• 2.2.2 声纳测量系统的特点27
• 2.3 摄影测量技术27-29
• 2.3.1 摄影测量的基本原理27-28
• 2.3.2 摄影测量法误差分析28-29
• 2.3.3 摄影测量法的特点29
• 2.4 全站仪法29-30
• 2.4.1 全站仪测量原理29
• 2.4.2 储油洞穴容量测量的全站仪法29-30
• 2.4.3 全站仪法测量特点30
• 2.5 本章小结30-32
• 3 三维激光扫描技术及其在储油洞穴中的应用32-49
• 3.1 引言32
• 3.2 三维激光扫描技术原理32-36
• 3.2.1 三维激光扫描系统组成及原理32-34
• 3.2.2 三维激光扫描仪分类及特点34-35
• 3.2.3 三维激光扫描仪的应用35-36
• 3.3 三维激光扫描技术洞穴容积测量流程36-39
• 3.3.1 扫描前准备工作38
• 3.3.2 点云数据采集38-39
• 3.4 点云数据预处理39-44
• 3.4.1 点云数据配准39-42
• 3.4.2 点云去噪42-44
• 3.4.3 点云简化44
• 3.4.4 坐标变换44
• 3.5 储油洞穴容积计算44-47
• 3.5.1 容积计算思想44-46
• 3.5.2 体积计算46-47
• 3.6 本章小结47-49
• 4 三维激光扫描仪精度校验及容积计量方法验证49-64
• 4.1 引言49
• 4.2 三维激光扫描仪精度实验49-57
• 4.2.1 扫描仪点位精度50-54
• 4.2.2 测距精度校验54-55
• 4.2.3 测角精度校验55-57
• 4.3 三维激光扫描法金属罐扫描实验验证57-60
• 4.3.1 干燥壁面扫描测量结果比较57-59
• 4.3.2 潮湿壁面扫描测量结果比较59-60
• 4.4 三维激光扫描方法房间扫描实验验证60-63
• 4.4.1 单站扫描测量结果比较60-62
• 4.4.2 多站扫描测量结果比较62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 三维激光扫描技术在洞穴容积计量中的应用64-81
• 5.1 引言64
• 5.2 三维激光扫描仪洞穴扫描实验研究64-67
• 5.2.1 三维激光扫描仪在洞穴扫描中的重复性、复现性研究64-66
• 5.2.2 三维激光扫描仪在洞穴扫描容积测量66-67
• 5.3 三维激光扫描法与手工测量容积比较67-72
• 5.3.1 手工测量结果67-68
• 5.3.2 手工测量方法精度评定68-70
• 5.3.3 三维激光扫描法与手工测量容积比较70-72
• 5.4 三维激光扫描仪洞穴容积测量72-74
• 5.5 三维激光扫描测量系统不确定度评定74-79
• 5.5.1 数学模型75
• 5.5.2 三维激光扫描仪测量不确定度评定75-77
• 5.5.3 容积计算方法测量不确定度评定77-79
• 5.5.4 由附件引起的测量不确定度79
• 5.5.5 扩展不确定度79
• 5.6 本章小结79-81
• 6 总结与展望81-84
• 6.1 总结81-83
• 6.2 进一步研究工作83-84
• 参考文献84-88
• 作者简历88

【参考文献】

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本文编号：1131514