Calcolo del volume di serbatoi di grandi dimensioni - Slam100

Con il rapido sviluppo dell'economia nazionale, il numero di serbatoi di stoccaggio continua ad aumentare, diventando un'attrezzatura fondamentale per lo stoccaggio di risorse petrolifere, di gas e di materiali chimici. Allo stesso tempo, i serbatoi di stoccaggio si stanno evolvendo verso dimensioni maggiori, il che impone requisiti più stringenti per la misurazione del volume nei progetti di stoccaggio e trasporto. Attualmente, i metodi di misurazione comunemente utilizzati in patria e all'estero includono il metodo della circonferenza, il metodo della linea di riferimento ottica, il metodo di misurazione ottica con guide e il metodo di scansione laser tridimensionale. Lo scanner a stazioni, pur presentando vantaggi quali elevata precisione, alta densità e misurazione a lunga distanza, ha anche problemi quali bassa efficienza, frequenti cambi di stazione e un elevato numero di giunzioni in ufficio.

Con il rapido sviluppo degli scanner laser 3D portatili, si apre una nuova tecnologia per ottenere informazioni spaziali dettagliate sui serbatoi di stoccaggio. Il sistema si basa su algoritmi SLAM per la creazione di mappe continue di nuvole di punti 3D, senza la necessità di frequenti cambi di stazione. Prendendo come esempio un serbatoio verticale in una grande azienda agricola, l'autore illustrerà come SLAM100 calcoli rapidamente il volume del serbatoio.

Al fine di migliorare il livello di gestione e realizzare un controllo dinamico e preciso dell'alimentazione, un allevamento di grandi dimensioni necessita di conoscere tempestivamente il volume vuoto all'interno della cisterna per fornire supporto decisionale nella pianificazione della produzione e distribuzione del mangime. La cisterna ha un'altezza di circa 22 m, un diametro di circa 10 m, la parte superiore e inferiore sono coniche, mentre la parte centrale è cilindrica.

La portata massima di misurazione (120 m) dello SLAM100 consente di coprire una distanza massima (circa 22 m) dal fondo alla parte superiore del serbatoio, permettendo allo scanner di acquisire una nuvola di punti completa all'interno del serbatoio, nella parte superiore. Per evitare che lo SLAM100 acquisisca dati inutili all'esterno del serbatoio e sovraccarichi la successiva elaborazione della nuvola di punti, l'intero processo di scansione (avvio, inizializzazione, scansione e spegnimento) viene eseguito all'interno del serbatoio. La scansione di un serbatoio richiede circa 5 minuti e in totale vengono scansionati 3 serbatoi.

L'interno del serbatoio è liscio e privo di caratteristiche evidenti. Si tratta di una scena con dettagli e texture poco definiti, il che pone grandi sfide alla corrispondenza della nuvola di punti. Grazie all'algoritmo SLAM di livello industriale e a una soglia di corrispondenza rigorosa, l'errore di corrispondenza viene ridotto e la soluzione della nuvola di punti viene completata. I risultati della nuvola di punti sono sia precisi che accurati. La densità della nuvola di punti è uniforme, la superficie è piatta e priva di rumore e lo spessore è di circa 1,2 cm. Questo aiuta a ottenere un modello del serbatoio migliore e più accurato, riducendo anche il numero di elaborazioni necessarie per la levigatura e la riduzione del rumore del modello. Sono necessari circa 10 minuti per risolvere la nuvola di punti di un singolo serbatoio.

Al fine di migliorare l'effetto di incapsulamento del modello del serbatoio e velocizzare l'ottimizzazione del modello, la nuvola di punti può essere semplificata a condizione che venga preservata l'integrità della forma caratteristica della nuvola di punti. Confrontando e analizzando gli effetti di tre metodi di campionamento comuni (assottigliamento della distanza spaziale, assottigliamento dei voxel e campionamento casuale), è stato selezionato il metodo di campionamento della distanza spaziale per semplificare la nuvola di punti. Dopo diverse regolazioni dei parametri, la distanza di campionamento è stata infine determinata pari a 0,05 m. I dati originali della nuvola di punti contengono 6.266.854 punti, mentre i dati campionati contengono 169.190 punti.

I dati completi della nuvola di punti sono utili per l'incapsulamento del modello del serbatoio e riducono le vulnerabilità del modello stesso. Poiché è presente un'apertura sulla parte superiore del serbatoio, è possibile eseguire l'adattamento della superficie in base ai dati della nuvola di punti circostanti, e il serbatoio può essere imballato nella sua interezza per eliminare eventuali punti deboli del modello. L'imballaggio di un singolo modello di serbatoio richiede circa 20 minuti.

Utilizzare strumenti di analisi per calcolare i volumi dei serbatoi. I volumi dei tre serbatoi sono rispettivamente 1383,62 m³, 1387,98 m³ e 1396,94 m³. Dopo aver consultato il proprietario, il volume a vuoto del serbatoio è risultato pari a 1400 m³. Poiché durante l'ispezione in loco è stata rilevata una piccola quantità di mangime residuo sul fondo del serbatoio, i risultati dei calcoli sono tutti inferiori a 1400 m³, il che è in linea con la situazione reale.

SLAM100 offre i vantaggi di elevata efficienza e precisione nella misurazione del volume di serbatoi di grandi dimensioni. Supera i limiti e le carenze dei metodi di misurazione convenzionali basati su un singolo punto, evitando frequenti cambi di stazione e problemi di unione dei dati tipici degli scanner a stazione, e consente una rapida scansione digitale tridimensionale dei serbatoi. I risultati della nuvola di punti presentano elevata precisione e una struttura completa. Grazie all'impacchettamento della nuvola di punti, è possibile realizzare una riproduzione 1:1 del corpo del serbatoio e calcolarne con precisione il volume.