立式油罐容积标定新技术

 

立式圆筒形金属油罐容积标定的主要工作就是确定各圈板的半径。现行的主要方法有围尺法、容量比较法、光学垂准线法、光学参比线法和光学三角法，每一种方法都与测量工具密切相关，最终都是为了确定各圈板的半径。随着新型测量工具的出现、数学处理方式的改进，我们可以预见新的容积标定方法必将不断涌现。

全站仪，是一种集电子测角、电子测距和数据存储于一身的现代测量仪器。将全站仪用于立式油罐容积标定的方法，我们称之为油罐标定的全站仪法（Electronic Total Station Method，简称ETSM）。早在1984年，该方法已由SHIN NIHON KENTEI KYOKAI（新日本测量员协会）推荐，1985年由国际标准化组织ISO/TC 28/SC 3确定为国际标准。该方法适用于内测，特别适用于地下油库和带保温层的油罐。

瑞士徕卡测量系统有限公司，作为全球测量系统的先驱，早在八十年代就出现了高精度的全站仪。在中国，于八十年代末就已经开始利用徕卡的全站仪进行油罐容积标定的研究，并在中国人民解放军测绘学院（现解放军信息工程大学）、中国石油化工科学研究院、燕山石化、金山石化、中国计量科学研究院、国家大容量第一计量站、国家大容量第二计量站、上海市计量院等单位的大力推进下，拉开了徕卡全站仪在油罐容积标定方面应用的序幕。由中国石油化工总公司石油化工科学研究院标准化室则起草的GB/T 13235.3《石油和液体石油产品立式圆筒形金属油罐容积标定法（光电内测距法）》于1995年施行，并于1997年获国家标准化管理委员会颁布的优秀标准三等奖。2002年，中国计量科学研究院、国家大容量第一计量站、国家大容量第二计量站起草了JJG168-2002 《立式金属罐容量》国家计量检定规程（送审稿），也提及全站仪的应用。2004年初，徕卡公司又推出了高性能的TPS1200系列全站仪。徕卡测量系统（上海）有限公司于2004年中着手开发TPS1200立式油罐测量机载程序，并已顺利通过软件测评与登记。先进的TPS1200全站仪测量性能与人性化应用软件的有机结合，使立式油罐容积标定的数据采集与数据处理工作效率大大提高，显示出更为广阔的应用前景。

基本原理

用ETSM法进行立式油罐容积标定时，理论上可将全站仪置于油罐内的任意地方（如可能，尽量置于油罐中央，以便提高测量速度），设定一个起始方向，可以每隔一定的水平角度或距离来采集油罐内壁相关点的坐标，在机载软件的控制下，通过调整垂直角，保证全站仪扫描一圈为水平面，各点的坐标自动记录在仪器内存中。点位采集的越密，其计算出来的半径就愈接近油罐的实际半径，测量数据的获取参见下图。

为了便于进行数据处理，首先应建立坐标系。在ETSM测量中，以测站为坐标系的原点，以任意设定的一个起始方向为X轴，以垂直于X轴的方向为Y轴，天顶方向为Z轴并构成左旋系。

设油罐的实际中心坐标（A，B），一般很接近坐标原点。为了求某一层的半径，我们可按下列步骤进行迭代计算。

首先，假定油罐中心的起始坐标为：

则有如下计算半径的递推公式：

其中：Am和Bm为第m步计算的油罐中心X、Y坐标。

上述计算一直进行到第m步和第m-1步计算的油罐半径Rm和Rm-1之差小于0.1mm，即：
，则以Rm为最后的半径值。

徕卡TPS1200系列全站仪简介

2004年2月瑞士徕卡测量系统股份有限公司向全球同步推出新型1200系列测量系统，这是测量仪器发展的又一个里程碑。1200系列测量系统是基于先进的X-FUNCTION理念与前瞻的测量方式，将GPS与全站仪（TPS）有机的结合起来并实现底层技术的全面兼容，可真正实现GPS与全站仪的联合作业。

作为1200系统重要的组成部分，TPS1200系列全站仪是油罐容积标定的理想设备，与油罐容积标定相关的技术性能主要表现为：

1）新型的高性能无棱镜测距技术
?测程远：18%反射率（柯达灰卡）分别可达100米（R100型）和300米（R300型）
?精度高：3mm + 2ppm
?光斑小：100米处的光斑大小为12 mm x 40 mm，是同类产品的1/2-1/3
?同轴、可见红色激光

2）快速、可靠的液体补偿器
?更好地消除温度变化的影响
?精度更高、更可靠

3）自动测量性能超群
?最快测量速度：每秒测量7-8次
?最大跟踪速度得到改进 (横向) : 在20m距离处为15 km/h
?目标搜索更加智能化

4）操作更加方便
?用户可定义菜单、热键、配置集
?图形显示、界面友好
?带背景光的显示器和键盘?便于在黑暗中工作（如油罐内等）

5）高性能锂电池
?电池使用寿命长(充电400次后尚存70% 容量)
?一块电池最少工作时间: 6-8 小时(开启ATR、PowerSearch等功能的情况下)

6）大容量数据存储
?CF卡: 可识别32 MB 到 256 MB
?内存:可选配32 MB内存

对于油罐容积标定，我们推荐使用TCRM1202或TCRA1202全站仪。

TPS1200机载立式油罐容积标定应用软件

TPS1200全站仪机载立式油罐容积标定应用软件是根据上述基本原理和全站仪的特点，参考ISO 7507 -petroleum and liquid petroleum products-volumetic calibration of vertical cylindrical tanks，JJG168-87 《立式金属罐容量试行检定规程》，JJG168-2002《立式金属罐容量检定规程》送审稿以及GB/T 13235.3《石油和液体石油产品立式圆筒形金属油罐容积标定法（光电内测距法）》的基本要求而编制的。

该软件可锁定水平断面、设定水平步进角或步进距和圈板高自动测量各圈板的水平断面，各断面测量点的三维坐标存储在全站仪的CF存储卡上。完成一个水平断面的测量之后，如果没有人工干预，可自动地进入下一个水平断面（圈板）的测量。然后，可将各断面测点坐标拟合计算出每层圈板的半径，再由后续计算机软件进一步处理油罐的容积。

该软件的主要特点有：

1）在立式油罐测量过程中，全站仪测站位置可以自由选定。在各圈板水平断面测量时，全站仪自动调整测点高度，保证断面上各测点在规定的水平限差之内。
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