三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用

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摘要

為務實推進“共享中國石油”頂層設計，實現(xiàn)數(shù)字化轉型和智能化發(fā)展，中國石油集團圍繞兩化融合總體目標，緊密結合主營業(yè)務，全力建設以“崗位標準化、屬地規(guī)范化、管理數(shù)字化”和“自動化生產(chǎn)、數(shù)字化辦公、智能化管理”兩個“三化”為特色的數(shù)字化油氣田。

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石油石化工廠管道三維激光掃描技術應用,油田站場三維建模,數(shù)字化工廠三維掃描技術服務解決方案,為務實推進“共享中國石油”頂層設計，實現(xiàn)數(shù)字化轉型和智能化發(fā)展，中國石油集團圍繞兩化融合總體目標，緊密結合主營業(yè)務，全力建設以“崗位標準化、屬地規(guī)范化、管理數(shù)字化”和“自動化生產(chǎn)、數(shù)字化辦公、智能化管理”兩個“三化”為特色的數(shù)字化油氣田。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用

? 油氣田的全面數(shù)字化在管理和建設方面有了突破性的提升。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

  1. 運營管理方面，可以實現(xiàn)便捷的新員工培訓和日?，F(xiàn)狀查詢調查。
  2. 資產(chǎn)管理方面，可以實現(xiàn)精準的設備設計統(tǒng)計備份，可視化分類管理，對設備狀態(tài)查詢方便精準。
  3. 安全管理方面，可以輕松實現(xiàn)智能巡檢、實時安全檢查、應急預案推演、大型設備（罐體、管道等）形變檢測分析等，及時、迅速、有效、直觀地對事故做出應急措施。
  4. 在油田建設方面，可以實現(xiàn)1:1復制搬遷，改建過程中可根據(jù)三維模型輔助設計，安裝階段可實現(xiàn)模擬碰撞分析，讓改擴建更精準便捷。

一、項目技術要求

  1. 場站設備、管線、建筑內部結構等采用2mm精度的三維激光掃描儀進行數(shù)據(jù)采集，并重構模型。貼圖材質用單反相機單獨采集，不低于10px/cm。模型按生產(chǎn)流程、功能模塊劃分組織結構。
  2. 場站外部場景采用傾斜攝影方式進行三維建模，分辨率≤5cm。
  3. 所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一到國家2000坐標系統(tǒng)。

二、技術路線

  1. 根據(jù)項目要求，采取空地一體化數(shù)據(jù)采集。其中空中影像數(shù)據(jù)用大疆精靈4RTK；地面采用FARO三維激光掃描儀進行三維點云數(shù)據(jù)采集；用RTK做相控點，保證空地數(shù)據(jù)能精準結合到同一個坐標系統(tǒng)；紋理貼圖用佳能單反相機拍攝。以先進的技術手段全面、細致的記錄油田場站內部的真實現(xiàn)狀，滿足現(xiàn)狀空間三維信息全記錄的基本要求，為后續(xù)的管理、建設、維護提供重要依據(jù)。
  2. 作業(yè)流程如下：

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? ? ? 三維激光掃描技術的特點就是實景復制，即將現(xiàn)狀數(shù)據(jù)實現(xiàn)快速、準確地三維模型重建，保證了在建三維系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)來源于實際情況。因此避免了因為依賴設計數(shù)據(jù)，而導致管道和設備在建設施工期間的變更，以及后續(xù)的更新改造變更部分數(shù)據(jù)的不準確。從而實現(xiàn)信息提供的實時性和準確性。無人機傾斜建模，與三維點云數(shù)據(jù)配合，形成場站室內外、包括屋頂?shù)娜轿坏男畔⒂涗?。無人機傾斜攝影測量技術也可以生成建筑的真實模型，記錄油田場站真是的風貌。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

3.設備介紹文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

  • 三維激光掃描儀2臺
  • 無人機攝影測量系統(tǒng)：大疆精靈4 RTK 1臺
  • 單反相機：佳能5D Ⅱ
  • RTK：Trimble R10

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用
? ? ? FARO FocusS 350是一款具有超長掃描距離的高速三維掃描儀。FARO FocusS 350將掃描范圍擴展至全新的尺寸，能夠在陽光直射下掃描距離為350米的物體。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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? ? ? FARO FocusS 350 能夠掃描距離為350米物體。只需進行次數(shù)更少的掃描，就能對遠處的大型的、地形復雜的、難以靠近的建筑，地基坑道或物體完成測量，因此能夠極大地提高測量速度。
其主要特征有：

? 高精度
? 高分辨率
? 高速
? 可通過內置觸摸屏進行直觀控制
? 尺寸小、重量輕，集成了快速充電電池，從而實現(xiàn)高移動性
? 逼真三維彩色掃描，通過集成的彩色照相機進行。
? 集成雙軸補償器，用于自動校平捕獲的掃描數(shù)據(jù)。
? 集成 GPS 傳感器，用于確定掃描儀的位置。
? 集成羅盤和高度計，用于為掃描提供方向和高度信息。

? ? ? FARO FocusS 350 的工作原理是將紅外線激光束射到旋轉光學鏡的中心。該光學鏡將使激光在圍繞掃描環(huán)境垂直旋轉的方向上產(chǎn)生偏差；之后，將周圍對象的散射光反射回掃描儀。
? ? ? FARO FocusS 350 使用相位偏移技術測量距離。這意味著使用不同長度的等幅波對激光束進行調制。通過測量紅外線光波的相位偏移，即可準確判斷掃描儀到對象的距離。借助特殊的調制技術，HYPERMODULATIONTM 可大幅提高調制信號的信噪比。之后，通過使用角度編碼器測量 FARO FocusS 350 的鏡像旋轉和水平旋轉，計算各點的 X、 Y、 Z 坐標。會同時使用距離測量對這些角度進行編碼。距離、垂直角度和水平角度組成極坐標 (δ, α, β)，該坐標隨后會轉換為笛卡爾坐標 (x, y, z)。掃描儀可覆蓋 360° x 300° 的視野。
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測距單元
可視范圍: 122 - 488 kpts/sec (在614m處);976 kpts/sec(在307m處)
反射率 90% (白) 10% (黑-灰) 2% (黑)
范圍 0.6-350 m 

測距噪聲 10m 10m-噪聲壓縮 3 25m 25m-噪聲壓縮 3
90% 反射率 0.3mm 0.15mm 0.3mm 0.3mm
10% 反射率 0.4mm 0.2mm 0.5mm 0.25mm
2% 反射率 1.3mm 0.65mm 2mm 1mm
測量速度 (pts/sec): 122,000 / 244,000 / 488,000 / 976,000
測距誤差 4 : ±1mm
測角精度 5 : 19arcsec - 豎直/水平角
3D 點位精度 6 : 10m: 2mm / 25m: 3.5mm

彩色單元
分辨率:高達一億七千萬像素，彩色
HDR: 曝光倍率 2x, 3x, 5x
視差: 同軸設計-無視差

折射單元
視野(垂直 7 /水平): 300° / 360°
步長 (垂直/水平): 0.009° (360°含40960三維像素) /0.009° (360°含40960三維像素)
垂直掃描速度: 97Hz

激光 (光發(fā)射器)
激光等級: 1級激光
波長: 1550nm
光束發(fā)散角: 0.3mrad (1/e,半角)
出射光直徑: 2.12mm (1/e,半角)

數(shù)據(jù)處理和控制
數(shù)據(jù)存儲: SD, SDHC?, SDXC?; 包括32GB內存卡
掃描儀控制: 通過觸摸屏顯示和無線局域網(wǎng)連接,通過移動設備訪問HTML5.

接口連接
WLAN: 802.11n (150Mbit/s), 在現(xiàn)有的網(wǎng)絡接入點或客戶端連接.

集成傳感器
雙軸補償器: 精度0.005°；范圍±2° .
高度傳感器: 可通過電子氣壓計為每次掃描添加相對于某一參考點的相對高度信息.
指南針 8 : 電子羅盤為掃描提供了一個方向.
GNSS: 集成 GPS & GLONASS.

一般技術規(guī)格
電源電壓: 19V (外接電源) 14.4V (內置電池)
功耗: 15W (待機), 25W (掃描),80W (充電)
電池持續(xù)使用時間: 4.5 小時
環(huán)境溫度: 5° - 40°C
擴展工作溫度 : -20° - 55°C
儲存溫度: -10° - 60°C
IP防護等級: IP54
濕度: 無冷凝
重量(包括電池): 4.2kg
尺寸: 230 x 183 x 103mm
維護/校準: 每年一次

項目實施

一、外業(yè)數(shù)據(jù)采集
此次外業(yè)采集組由4個人組成：
三維掃描工程師2名，負責場站內外、設備、管廊等結構三維點云數(shù)據(jù)采集，保證相鄰站間數(shù)據(jù)重合率≥30%。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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（石油場站三維掃描外業(yè)數(shù)據(jù)采集）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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（石油場站三維掃描外業(yè)數(shù)據(jù)采集）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用（石油場站設備數(shù)據(jù)采集）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

（石油場站無人機數(shù)據(jù)采集）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

飛手1名，負責像控點的布設和無人機影像數(shù)據(jù)采集，飛行時間段上午11：00至下午14：00之間。
攝影師1名，負責場景、建筑、設備、管廊等紋理影像拍攝，保證對焦清晰，顏色還原度高。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

二、內業(yè)數(shù)據(jù)處理

1.無人機傾斜建模。
2.三維激光點云數(shù)據(jù)處理。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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維點云建模流程文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

作業(yè)流程的具體說明：
A、對掃描得到的點云進行預處理，配準拼接，形成完整統(tǒng)一的點云。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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（石油場站整體點云數(shù)據(jù)展示）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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（石油場站設備點云數(shù)據(jù)展示）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

B、對點云數(shù)據(jù)進行去噪處理，去除廠區(qū)內不需要體現(xiàn)的人、雜物等點云數(shù)據(jù)，以及對表面比較明顯的噪點進行修整。形成整潔完整的點云數(shù)據(jù)進行后期建模應用。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用（石油場站設備管線點云三維建模）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用（石油場站設備管線點云三維建模）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用（石油場站設備管線點云三維建模）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

C、模型構建，將點云導入相應的建模軟件中，通過點云的識別建管道模型，對于特殊地方需要精細修正。不同口徑、型號、用途的管道采用不同顏色圖層顯示，以方便工作人員區(qū)分。如圖所以：文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用
D、數(shù)據(jù)整合，屬性信息編輯添加。如圖所示，在特征項里，我們可以看到當前選中這段管道的信息，被選中管道型號（管型及尺寸）為CS600,長度4.5168m,以及其他相關信息都詳細的顯示在里面。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用E、成果提交。檢查所有數(shù)據(jù)信息的，查漏補缺，保整成果的完整性和準確性。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

三維激光掃描技術在石油石化油田站場中的應用（石油場站設備管線三維模型）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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（石油場站三維模型）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

成果構成

A、高精彩色點云；(XYZ、PTS、LAS等多種可選）
B、彩色模型；(OBJ、DWF、DXF、DWG等多種格式可選）文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

技術關鍵點

A、高密度點云的采集：控制按需分配的采樣精度和采樣密度，確?？臻g數(shù)據(jù)完整、重點位置細致、一次采集完備；
B、點云數(shù)據(jù)的處理：按空間區(qū)域劃分，實現(xiàn)單元數(shù)據(jù)編組的邏輯關系，達到大數(shù)據(jù)全面、小數(shù)據(jù)精準的綜合目的，從而避免出現(xiàn)因數(shù)據(jù)大而造成的處理困難和怕數(shù)據(jù)大而造成的缺失；
C、模型的建立：根據(jù)項目需求保障建模的精細度，需對閥門、表盤、螺釘?shù)燃毠?jié)獨立封裝模型，工作量大。
D、無人機傾斜模型和地面重構模型的整合問題，由于兩種模型精度有差異，要保證模型整合完整，必須保證坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一，且在兩個模型整合時注意結合點的處理，保證模型完整。文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

項目總結

? ? ? 三維掃描實景建模實現(xiàn)了精準、可視化、直觀、方便交互查詢和查看。通過三維方式展現(xiàn)和表達，利于交互操作，并可以直觀查詢，是數(shù)字油氣田的核心載體,互聯(lián)網(wǎng)+油氣開采”兩化融合路徑，打造信息化條件下推動公司高質量發(fā)展新型能力，持續(xù)推進“兩個三化”管理推動生產(chǎn)組織優(yōu)化轉型升級，掌握了數(shù)字化氣田設計和建設技術，推進“油公司”模式下公司數(shù)字化轉型縱深發(fā)展。
2025年初步建成、2030年全面建成智能油氣田的目標即將實現(xiàn)！文章源自吉優(yōu)賽維數(shù)字孿生建模供應商-http://qq18877.com/3d/9329.html

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