Berechnung des Volumens großer Lagertanks - Slam100

Mit der rasanten Entwicklung der Volkswirtschaft steigt die Anzahl der Lagertanks kontinuierlich an und sie haben sich zu einer wichtigen Basisausrüstung für die Lagerung von Öl- und Gasressourcen sowie chemischen Stoffen entwickelt. Gleichzeitig werden Lagertanks immer größer, was höhere Anforderungen an die Tankvolumenmessung bei Lager- und Transportprojekten stellt. Gängige Messmethoden im In- und Ausland sind derzeit die Umfangsmessung, die optische Referenzlinienmessung, die optische Messung mit Führungsschienen und die dreidimensionale Laserscanning-Messung. Stationäre Scanner zeichnen sich durch hohe Präzision, hohe Messdichte und große Messdistanzen aus, weisen aber auch Nachteile wie geringe Effizienz, häufige Stationswechsel und einen hohen Aufwand für die Büroarbeit auf.

Die rasante Entwicklung mobiler, handgeführter 3D-Laserscanner eröffnet neue technische Möglichkeiten zur Erfassung detaillierter räumlicher Informationen von Lagertanks. Mithilfe von SLAM-Algorithmen werden kontinuierliche 3D-Punktwolkenkarten ohne häufige Stationswechsel erstellt. Am Beispiel eines vertikalen Lagertanks in einem großen landwirtschaftlichen Betrieb wird erläutert, wie SLAM100 die Volumenberechnung des Tanks schnell durchführt.

Um das Management zu optimieren und eine dynamische und präzise Futterkontrolle zu gewährleisten, muss ein großer Zuchtbetrieb das Leervolumen im Futtertank zeitnah erfassen, um fundierte Entscheidungen für die Futterproduktion und -verteilung zu ermöglichen. Der Tank ist ca. 22 m hoch, hat einen Durchmesser von ca. 10 m und ist oben und unten kegelförmig, der mittlere Teil zylindrisch.

Die maximale Entfernungsmessung (120 m) des SLAM100 deckt die maximale Distanz (ca. 22 m) vom Tankboden bis zur Oberseite ab. Der Scanner erfasst dabei eine vollständige Punktwolke im Tankinneren. Um zu vermeiden, dass der SLAM100 unnötige Daten außerhalb des Tanks erfasst und die nachfolgende Punktwolkenverarbeitung unnötig belastet, findet der gesamte Scanvorgang (Start, Initialisierung, Scannen und Abschalten) innerhalb des Tanks statt. Das Scannen eines Tanks dauert ca. 5 Minuten; insgesamt werden drei Tanks gescannt.

Das Innere des Tanks ist glatt und weist keine erkennbaren Strukturen auf. Die geringe Kontur- und Texturintensität stellt eine große Herausforderung für das Punktwolken-Matching dar. Mithilfe eines industrietauglichen SLAM-Algorithmus und eines strengen Matching-Schwellenwerts wird der Matching-Fehler reduziert und die Punktwolkenlösung abgeschlossen. Die Ergebnisse sind hochpräzise und gleichmäßig. Die Punktwolkendichte ist homogen, die Oberfläche eben und rauschfrei, und die Dicke beträgt etwa 1,2 cm. Dies trägt zur Erstellung eines besseren und genaueren Tankmodells durch die Punktwolken-Paketierung bei und reduziert den Aufwand für Modellglättung und Rauschunterdrückung. Die Lösung einer einzelnen Tank-Punktwolke dauert etwa 10 Minuten.

Um die Kapselung des Tankmodells zu verbessern und die Modelloptimierung zu beschleunigen, kann die Punktwolke vereinfacht werden, wobei die Integrität der Merkmalsformen erhalten bleibt. Durch Vergleich und Analyse der Auswirkungen dreier gängiger Sampling-Methoden (räumliche Distanzreduzierung, Voxelreduzierung und Zufallsstichprobe) wurde die räumliche Distanzsampling-Methode zur Vereinfachung der Punktwolke ausgewählt. Nach mehreren Parameteranpassungen wurde die Sampling-Distanz schließlich auf 0,05 m festgelegt. Die ursprünglichen Punktwolkendaten umfassen 6.266.854 Punkte, die abgetasteten Punktwolkendaten umfassen 169.190 Punkte.

Vollständige Punktwolkendaten sind hilfreich für die Kapselung von Tankmodellen und reduzieren deren Schwachstellen. Da der Tank oben eine Öffnung aufweist, kann die Oberflächenanpassung anhand der umliegenden Punktwolkendaten erfolgen, und der Tank kann als Ganzes gekapselt werden, um Modelllücken zu schließen. Die Kapselung eines einzelnen Tankmodells dauert etwa 20 Minuten.

Mithilfe von Analysetools wurden die Tankvolumina berechnet. Die Volumina der drei Tanks betragen 1383,62 m³, 1387,98 m³ bzw. 1396,94 m³. Nach Rücksprache mit dem Eigentümer beträgt das Leervolumen des Tanks 1400 m³. Da bei der Feldmessung geringe Restmengen an Futtermittel am Tankboden festgestellt wurden, liegen die Berechnungsergebnisse alle unter 1400 m³, was der tatsächlichen Situation entspricht.

SLAM100 zeichnet sich durch hohe Effizienz und Genauigkeit bei der Volumenmessung großer Tanks aus. Es überwindet die Einschränkungen und Schwächen herkömmlicher Messmethoden, die auf Einzelpunktmessungen basieren, vermeidet häufige Stationswechsel und Datenspleißprobleme von Stationsscannern und ermöglicht schnelles digitales 3D-Tankscanning. Die resultierenden Punktwolken weisen eine hohe Präzision und vollständige Struktur auf. Durch die Punktwolkenbündelung lässt sich eine 1:1-Reproduktion des Tankkörpers realisieren und dessen Volumen präzise berechnen.