立式油罐容积标定--一种令人鼓舞的油罐容积标定新技术 - 文章

立式油罐容积标定--一种令人鼓舞的油罐容积标定新技术

作者：瑞士徕卡测量系统公司

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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。

2）按软件输入的水平角步进或步进距参数，全站仪自动驱动照准部，在360°范围内均匀采集同一水平断面上各点的三维坐标，并自动把测量结果记录在全站仪的CF卡上。

3）如果需要，还可以人工补测水平断面上某些特征位置点的三维坐标。

4）完成一个水平断面的测量工作后，修改或确认事先输入的水平断面高差步进值和水平断面相对某一起算点的高程值，全站仪自动向上或向下测量另一水平断面。

5）对于均匀或非均匀板高的立式油罐，在输入适当的水平角和水平断面高差步进值后，全站仪在无人干预的情况下可全自动完成整个油罐的圈板断面测量。

6)半径计算与数据导出测量数据自动地保存在TPS1200全站仪的数据库中，测量完毕可在仪器中直接计算各圈板的半径。所有的数据可按一定格式导出，导出的数据包括圈板号、测量位置（各圈板的1/4和3/4位置）、测量点号及三维坐标、各圈板相应的半径。导出的数据可被后续的油罐证书制作软件直接调用和进一步的处理。

图、TPS1200容积标定机载程序主菜单

图、内测现场

实践表明，先进的全站仪和专业化的应用程序提供了高效的油罐容积自动化标定，使得立式圆筒形油罐各圈板的半径内测能在半个小时到一个小时内完成，与传统的油罐容积标定方法相比，效率提高5倍以上，充分显示出该方法卓越的先进性、可靠性与经济性。

立式油罐全站仪外测法

TPS1200全站仪，作为一种先进的测量仪器，不仅可以用于油罐的内测，同样也可以用于外测、底量测量和其他相关的测量。

对于外测，主要是使用全站仪来实现径向偏差法的测量要求。参见下图：

如图所示，在架设全站仪后，切准油罐的左右两侧，读取夹角，然后将仪器定位到1/2的夹角处，即为径向方向。瞄准各圈板的1/4和3/4位置，全站仪即可自动测出到各圈板的径向距离（平距）并与到基圆的平距进行比较，即可实现径向偏差法的测量要求。

图、外测现场

另外，参考下图，若想在一个测站（S）测完径向点（A）后，还想测量径向点左右的若干点（B、C…），则只要根据将B、C的观测值化算为相应的径向距离即可。

关于底量的测量

油罐的底量测量通常有容积比较法和几何测量法。

几何测量法主要根据规范的要求在与底部中心相应的同心圆上确定一定数据的观测点（即各同心圆与辐射线的交点），然后用水准仪进行标高测量。事实上，用全站仪的三角高程测量法，完全可以实现相应的要求，并能确保精度要求。

图、底量测量棱镜放置现场

罐容表的计算与证书编制软件

各计量部门或公司也许已使用了各自的油罐容积表计算后处理软件，为了使本方法能很好地展开工作，我们特推荐由北京市科圭石化标准技术服务公司研制开发的、石油静态计量标准化技术归口单位提供技术支持的《立式油罐容积标定证书编制系统（VTVCB2002）》。

该软件是依据GB/T 13235.1《石油和液体石油产品立式圆筒形金属油罐容积标定法（围尺法）》和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）》而编制的。还可根据用户要求，增加采用光学参比线法（GB/T 13235.2）标定立式圆筒形罐的数据处理功能。

该软件不仅能完成标定证书（包括分米表、小数表、静压表和证书封面）的制作，而且能保存所有输入的原始数据，编制用于数据存档的《计算机编表输入数据汇总薄》，并提供油罐容积表的电子文件，通过该公司的《油量计算软件》可直接计算油罐内的油品库存和收发量。

该软件具有较强的适用性，能满足用户多种需求，其显著特点包括：

·静压力容积膨胀值可按水单独编表，也可将其合并编入油罐容积表中。
·油罐容积表即可以按分米编制，也可以按厘米编制。
·对于小型油罐，可由基圆周长按对接、套筒搭接和交互搭接方式推算容积表。
·对于光电内测距法，可以和全站式电子速测仪的测量数据对接，自动区别测量数据的圈板号，测量位置，每个测量圆周的测量点数，计算出测量圆周和各圈板半径，而且可根据底部圈板和顶部圈板圆周的拟合圆心坐标自动计算出油罐倾斜度。
·可根据罐底标定数据的多种来源计算罐底量，包括多环等间距水准测量、液体标定、小型罐规则罐底（圆锥、球缺和椭球）和采用上次容积表罐底数据。
·附件处理简便灵活，只要输入附件的起点标高、止点标高和几何尺寸，其他一概不用您管。其中提供了多种附件类型供您选择。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/9/2006)


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