Cálculo do volume de grandes tanques de armazenamento - Slam100

Com o rápido desenvolvimento da economia nacional, o número de tanques de armazenamento continua a aumentar, tornando-se um equipamento fundamental para o armazenamento de recursos de petróleo e gás e materiais químicos. Ao mesmo tempo, os tanques de armazenamento também estão se tornando cada vez maiores, o que impõe requisitos mais rigorosos para a medição do volume em projetos de armazenamento e transporte. Atualmente, os métodos de medição mais comuns, tanto nacionais quanto internacionais, incluem o método da circunferência, o método da linha de referência óptica, o método de medição óptica com trilhos-guia e o método de escaneamento a laser tridimensional. O scanner de estação, por sua vez, apresenta vantagens como alta precisão, alta densidade e medição a longa distância, mas também apresenta problemas como baixa eficiência, necessidade frequente de trocas de estação e grande quantidade de emendas no local de trabalho.

Com o rápido desenvolvimento de scanners a laser 3D portáteis, surge um novo meio técnico e método para obter informações espaciais detalhadas de tanques de armazenamento. Este método utiliza algoritmos SLAM para construir mapas contínuos de nuvens de pontos 3D sem a necessidade de mudanças frequentes de estação. Tomando como exemplo um tanque de armazenamento vertical em uma grande fazenda, o autor demonstrará como o SLAM100 calcula rapidamente o volume do tanque.

Para melhorar o nível de gestão e alcançar um controle dinâmico e preciso da alimentação, uma granja de criação em larga escala precisa compreender o volume vazio dentro do silo de ração em tempo real, a fim de auxiliar na tomada de decisões para os planos de produção e distribuição de ração. O silo tem cerca de 22 metros de altura, 10 metros de diâmetro, com as extremidades superior e inferior em formato cônico e a parte central cilíndrica.

A medição de distância máxima (120 m) do SLAM100 permite cobrir a distância máxima (aproximadamente 22 m) do fundo ao topo do tanque, possibilitando ao scanner obter uma nuvem de pontos com visão completa do interior do tanque a partir do topo. Para evitar que o SLAM100 escaneie dados irrelevantes fora do tanque e sobrecarregue desnecessariamente o processamento subsequente da nuvem de pontos, todo o processo de escaneamento (inicialização, escaneamento e desligamento) é realizado dentro do tanque. O escaneamento de um tanque leva cerca de 5 minutos, sendo possível escanear um total de 3 tanques.

O interior do tanque é liso e não apresenta características óbvias. Trata-se de uma cena com poucos detalhes e texturas pouco definidas, o que representa um grande desafio para a correspondência de nuvens de pontos. Com o auxílio de um algoritmo SLAM de nível industrial e um limiar de correspondência rigoroso, o erro de correspondência é reduzido e a solução da nuvem de pontos é concluída. Os resultados da nuvem de pontos são de alta precisão e exatidão. A densidade da nuvem de pontos é uniforme, a superfície é plana e livre de ruído, e a espessura é de aproximadamente 1,2 cm. Isso auxilia na obtenção de um modelo de tanque melhor e mais preciso, além de reduzir a necessidade de processamento para suavização e remoção de ruído do modelo. Leva cerca de 10 minutos para resolver uma única nuvem de pontos de tanque.

Para melhorar o efeito de encapsulamento do modelo do tanque e acelerar a otimização do modelo, a nuvem de pontos pode ser simplificada, mantendo-se a integridade da forma das características da nuvem de pontos. Comparando e analisando os efeitos de três métodos de amostragem comuns (afinamento por distância espacial, afinamento por voxel e amostragem aleatória), o método de amostragem por distância espacial foi selecionado para simplificar a nuvem de pontos. Após múltiplos ajustes de parâmetros, a distância de amostragem foi finalmente determinada em 0,05 m. Os dados originais da nuvem de pontos contêm 626.685 pontos, e os dados da nuvem de pontos amostrada contêm 169.190 pontos.

Dados completos de nuvem de pontos são úteis para o encapsulamento do modelo do tanque e reduzem suas vulnerabilidades. Como há uma abertura na parte superior do tanque, o ajuste da superfície pode ser realizado com base nos dados da nuvem de pontos ao redor, e o tanque pode ser encapsulado como um todo para eliminar falhas no modelo. O encapsulamento de um único modelo de tanque leva cerca de 20 minutos.

Utilize ferramentas de análise para calcular os volumes dos tanques. Os volumes dos três tanques são 1383,62 m³, 1387,98 m³ e 1396,94 m³, respectivamente. Após contato com o proprietário, o volume vazio do tanque é de 1400 m³. Como foi constatada uma pequena quantidade de ração residual no fundo do tanque durante a inspeção em campo, os resultados dos cálculos são todos inferiores a 1400 m³, o que está de acordo com a situação real.

O SLAM100 apresenta vantagens como alta eficiência e precisão na medição do volume de grandes tanques. Ele supera as limitações e deficiências dos métodos de medição convencionais para obter um único ponto, evitando frequentes mudanças de estação e problemas de junção de dados em scanners de diferentes estações. Permite a digitalização tridimensional rápida de tanques, resultando em nuvens de pontos com alta precisão e estrutura completa. Através do agrupamento de pontos, é possível realizar a reprodução em escala 1:1 do corpo do tanque e calcular seu volume com precisão.