대형 저장 탱크 용량 계산 - Slam100

국가 경제의 급속한 발전과 함께 저장 탱크의 수가 지속적으로 증가하고 있으며, 이는 석유 및 가스 자원과 화학 물질 저장에 있어 주요 기본 설비로 자리 잡았습니다. 동시에 저장 탱크의 크기도 점점 커지고 있어 저장 및 운송 프로젝트에서 탱크 용량 측정에 대한 요구 사항이 높아지고 있습니다. 현재 국내외에서 일반적으로 사용되는 측정 방법으로는 둘레 측정법, 광학 기준선 측정법, 가이드 레일을 이용한 광학 측정법, 3차원 레이저 스캐닝 측정법 등이 있습니다. 스테이션 스캐너는 높은 정밀도, 고밀도, 장거리 측정이 가능하다는 장점이 있지만, 효율이 낮고, 측정 지점을 자주 변경해야 하며, 사무실에서 많은 양의 배선 작업이 필요하다는 문제점도 있습니다.

휴대용 3D 레이저 스캐너의 급속한 발전으로 저장 탱크의 풍부한 공간 정보를 얻을 수 있는 새로운 기술적 수단과 방법이 제공되었습니다. 이 기술은 SLAM 알고리즘을 활용하여 잦은 위치 이동 없이 연속적인 3D 공간 포인트 클라우드 맵을 구축합니다. 대규모 농장의 수직 저장 탱크를 예로 들어, SLAM100이 저장 탱크의 부피를 신속하게 계산하는 방법을 소개합니다.

대규모 사육 농장에서 관리 수준을 향상시키고 사료의 역동적이고 정밀한 제어를 실현하기 위해서는 사료 저장 탱크 내부의 빈 공간을 적시에 파악하여 사료 생산 및 분배 계획 수립에 필요한 의사 결정을 지원해야 합니다. 해당 탱크는 높이가 약 22m, 직경이 약 10m이며, 상단과 하단은 원뿔형이고 중간은 원통형입니다.

SLAM100의 최대 측정 거리(120m)는 탱크 바닥에서 상단까지 최대 거리(약 22m)를 커버할 수 있으며, 스캐너는 탱크 상단에서 탱크 내부의 전체 시야각을 담은 포인트 클라우드를 획득할 수 있습니다. SLAM100이 탱크 외부의 불필요한 데이터를 스캔하여 후속 포인트 클라우드 처리 작업에 과도한 부하를 주는 것을 방지하기 위해 SLAM100의 스캔 과정(시작, 초기화, 스캔 및 종료)은 모두 탱크 내부에서 수행됩니다. 탱크 하나를 스캔하는 데 약 5분이 소요되며, 총 3개의 탱크를 스캔할 수 있습니다.

탱크 내부는 매끄럽고 뚜렷한 특징이 없습니다. 특징과 질감이 미약한 장면이기 때문에 포인트 클라우드 매칭에 상당한 어려움이 있습니다. 산업용 SLAM 알고리즘과 엄격한 매칭 임계값을 활용하여 매칭 오류를 줄이고 포인트 클라우드 솔루션을 완료했습니다. 생성된 포인트 클라우드는 높은 정밀도와 정확도를 자랑합니다. 포인트 클라우드 밀도는 균일하고, 표면은 평평하며 노이즈가 없고, 두께는 약 1.2cm입니다. 이는 포인트 클라우드 패키징을 통해 더욱 정확하고 우수한 탱크 모델을 얻을 수 있도록 도와주며, 모델 평활화 및 노이즈 제거에 필요한 처리 횟수를 줄여줍니다. 탱크 포인트 클라우드 하나를 처리하는 데 약 10분이 소요됩니다.

탱크 모델의 캡슐화 효과를 향상시키고 모델 최적화 속도를 높이기 위해, 포인트 클라우드의 특징 형상 무결성을 보장하는 전제 하에 포인트 클라우드를 단순화할 수 있다. 세 가지 일반적인 샘플링 방법(공간 거리 추출, 복셀 추출, 무작위 샘플링)의 효과를 비교 분석한 결과, 공간 거리 추출 샘플링 방법을 선택하여 포인트 클라우드를 단순화하였다. 여러 매개변수 조정을 거쳐 최종 샘플링 거리는 0.05m로 결정되었다. 원본 포인트 클라우드 데이터는 626,6854개의 포인트를 포함하고 있으며, 샘플링된 포인트 클라우드 데이터는 169,190개의 포인트를 포함한다.

완전한 포인트 클라우드 데이터는 탱크 모델 캡슐화에 도움이 되며 모델의 취약점을 줄여줍니다. 탱크 상단에 개구부가 있기 때문에 주변의 포인트 클라우드 데이터를 기반으로 표면 맞춤을 수행할 수 있으며, 탱크 전체를 하나의 패키지로 패키징하여 모델의 허점을 제거할 수 있습니다. 탱크 모델 하나를 패키징하는 데는 약 20분이 소요됩니다.

분석 도구를 사용하여 탱크 용량을 계산했습니다. 세 탱크의 용량은 각각 1383.62m³, 1387.98m³, 1396.94m³입니다. 소유주와 협의한 결과, 탱크의 빈 용량은 1400m³인 것으로 확인되었습니다. 현장 조사 시 탱크 바닥에 소량의 잔류 사료가 남아 있어 계산 결과가 모두 1400m³보다 작게 나왔으며, 이는 실제 상황과 일치합니다.

SLAM100은 대형 탱크의 부피 측정에 있어 높은 효율성과 정확성을 제공하는 장점을 가지고 있습니다. 기존 측정 방식의 한계와 단점을 극복하여 단일 지점 측정을 가능하게 하고, 잦은 측정 지점 이동과 데이터 접합 문제를 해결하며, 빠르고 정밀한 디지털 3차원 탱크 스캔을 구현하여 포인트 클라우드 결과를 높은 구조와 완벽한 형태로 생성할 수 있습니다. 포인트 클라우드 패키징을 통해 탱크 본체를 1:1로 재현하고 탱크 본체의 부피를 정확하게 계산할 수 있습니다.