三维激光扫描仪在山洞异形罐容积标定中应用初探.pdfVIP

三维激光扫描仪在山洞异形罐容积标定中的应用初探 徐忠阳‘陈亮2赵月2 (1．索佳测绘仪器贸易上海有限公司北京100176，2．中测瑞格测量技术(北京)有限公司北 京100125) 摘要，本文简要介绍了三维激光扫描仪的测量原理．及其在山洞异形罐容积标定中尝试，包括三维激光扫描仪 在山洞罐中的数据采集和处理，并用全站仪的方法进行结果比较．试验表明三维激光扫描仪在山洞罐容量标定 中的应用是可行的． 关键词t三维激光扫描仪，山洞异形罐，容量标定 中图分类号tTB938．3 文献标示码·A 文章编号。(2010)-07 1引言 上世纪90年中代后期，世界上出现了三维激光扫描仪．三雏激光扫描仪的基本 测量元素与全站仪类似，还是距离和角度，但直接记录的一般是测点的三维坐标． 由于激光扫描仪的测量速度很快，每秒测点数可达几万一几十万个，因此可以形成 采样密度迭Imm的点云数据，为被测物的三维建模、呈现和量测等提供非常好的 数据条件，现已广泛应用于文物古建、土木工程、石油化工等领域． 早期的三维激光扫描仪的测量精度为厘米级，体积和重量都较大．随着技术的 不断发展，三维激光扫描仪的小型化取得了突破性进展，已接近全站仪的水平：标 称测量精度也达到了2mm．三维激光扫描仪此类技术指标的改进，为大容量的计量 检定提供了新的应用前景．2009年，中国计量院引进三维激光扫描仪，开始在立罐 或卧罐容积检定中的应用研究．2010年4月，结合某山洞异形(近似矩形)罐的容 VZ400三雏激光扫描仪，并与索佳全站仪的标定结 量标定，我们尝试使用了Rigel 果进行比对，取得一些成功经验，供大家参考． 2三维激光扫描仪基本原理 三维激光扫描仪采用激光测距原理，在实现方法上又分为脉冲测距法和相位测 距法，长距离的三维激光扫描仪通常采用脉冲测距法．脉冲测距法的原理是由激光 器发射出的脉冲激光打到建筑物，树木等物体产生散射．一部分光波会经过反射返 回到到激光扫描仪的接收器中．接收器通常是一个光电二极管，它将光信号转变为 电信号，并记录下来．同时由所配备的计时器记录下来同一个脉冲激光由发射到被 接收的时间T． 于是，就能够得到由三维激光扫描仪到目标物的距离R为： R=CT／2． 这里c代表光速，是一个常数，真空光速为C=299792453公里卢秒． 三雏激光扫描仪通常以每秒几万到几十万个脉冲的频率发射激光脉冲．激光脉 冲被旋转棱镜按一定扫描角度范围发射出去形成垂直方向的激光扫描线．扫描仪底 部的电机驱动扫描仪在水平方向旋转形成三维激光扫描． 3三维激光扫描仪在某异形罐容积标定中的应用 l、数据采集 此次标定的近似矩形山洞罐，长约110米，宽约12米，高约lO米，总容积约 45 1万立方米．为了保证数据采集效果，在罐长1凸处、2／3处分别设站进行全用360 度扫描；为了保证对下计量板的锢懂精度，专门在下计量扳附近设站，也进行了360 度全圆周扫描． 由于仪器本身带有lo’左右的双轴倾斜补偿分功能，因此在设站时不用专门垫平 仪器，开审垢进行简单设置后，2分钟左右就完成了一站的扫描甜量，所有3站的 测量工作(包括迁站时间)在10分钟内完成，可见速度是非常快的，十分有利于墙 短人员在罐内的工作时间，战轻罐内有害气体对工作人员身体健康的影响． 另外，三维激光扫描仪在扫描测量过程中，还同时大量采集了罐底的数据。元 需专门对罐底进行剥量，这也是三维激光扫描仪用于油罐测量的特点之一． 图1山洞异形(矩形罐)示意图 2、数据处理 完成现场数据采集之后，即可在PC机上通过相关软件进行数据处理． (1)不同剥站的数据拼接 在异形罐中，扫描仪分3站对油罐的内壁进行扫描采集，因此要先进行3站数 据的拼接，谊过程通过扫描仪自带gj软ff-完成，如图2所示． 图2山洞异形(矩形罐)扫描数据姘接完成后一一俯视图 (2)三维模型的建立 在完成数据拼接之后，通过软件拟台点云数据，对,J4蒂l异形(矩形罐)进行TIN 网处理．完成表面模型的建立，如图3所示．