CN102564536A - 一种油罐容积表校正系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油罐容积表校正系统和方法，所述系统包括：液位检测系统、计量系统和自动分析系统，其中：所述液位检测系统，用于检测并保存油罐内成品油的罐存数据，所述罐存数据包括液位高度；所述计量系统，用于检测油罐油料的进出量并保存；所述自动分析系统，用于收集所述成品油的罐存数据和所述油罐油量的进出量数据，并根据所述收集到的成品油的罐存数据和油罐油量的进出量数据分析拟合出油罐高度-容积表曲线。由于本发明直接测量油罐全程范围内的油高和体积对应关系，使用原始数据直接进行曲线拟合，属于直接测量，对油罐形状、工作状态等外部条件不做限制，适用范围广。

Description

一种油罐容积表校正系统和方法

技术领域

本发明属于储罐标定技术领域，尤其涉及一种油罐容积表校正系统和方法。

背景技术

随着加油站管理的逐步精细化，石油公司对进销存管理的准确性要求越来越高，油罐容积表的准确性是加油站进销存损益管理的基础。国内加油站当前使用的储油罐，多为一次性埋放后长期使用，在运行过程中不可避免的会产生沉降、倾斜、变形等现象，从而导致油罐容积表出现误差。这使国内部分加油站容积表存在失准现象，不仅给油站经营带来较大的不确定因素，也对石油公司的信息化建设基础数据的准确性造成制约。

长期以来，标定油罐容积表一直采用手工方式定期对各油站的油罐进行测量标定，但手工标定的方式在精度方面存在一定的误差。而实际操作中，人为因素和环境因素对计量精度的影响更大。目前的常规标定方法为几何测量法或内部测量法，参见GB/T 17605-1998《石油和液体石油产品卧式圆筒形金属油罐容积标定法》，该标定方法假定油罐罐体为规则几何形状，在测量几何特征参数的基础上，得出容量与高度的计算公式，并将油罐内置物所占体积全程均值化，通过10mm的高度-容积数据对，形成容积表。

现有技术中的自动化标定方法请参见专利US4977528《用于计算油罐内物料容量的装备和方法》、US5544518《用于多种罐体标定的系统和方法》、US5665895《用于标定储存罐体系统和方法》，以上三个专利是进阶式的，逐一优化的方法，在技术实现路线上具有一致性。其实现自动化标定的原理是：在假定油罐形状规则的前提下，直接与加油机流量计设备连接，获取付油数据，通过自动化的方式，使用容积对比法，拟合油罐几何特征模型并推导得出罐体的各个参数，根据上述参数套用合适的标准计算公式计算获得各点容积表。主要几何特征包括：1)罐体长度；2)探棒偏移值；3)封头形状；4)直径；5)倾斜度。该方法实质是几何测量法的扩展应用。

显然，上述标定方法存在如下缺点：上述几何测量法或自动化方法均对油罐本身质量要求严格，只适用于形状规则的标准油罐；而对于国内目前大量使用的非标准罐、油罐已变形、油罐安装基础沉降造成油罐倾斜等情况，无法使用上述方法，使用范围有太大的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油罐容积表校正系统和方法，以使标定过程不再局限于油罐形状和状态，实现在复杂现场情况下对容积表进行校准。

为此，本发明解决技术问题的具体方案为：

一种油罐容积表校正系统，包括：液位检测系统、计量系统和自动分析系统，其中：

所述液位检测系统，用于检测并保存油罐内成品油的罐存数据，所述罐存数据包括液位高度；

所述计量系统，用于检测油罐油料的进出量并保存；

所述自动分析系统，用于收集所述成品油的罐存数据和所述油罐油量的进出量数据，并根据所述收集到的数据分析拟合出油罐高度-容积表曲线。

同时，本发明还提供了一种油罐容积表校正方法，包括步骤：

A、检测并保存油罐内成品油的罐存数据，所述罐存数据包括液位高度；

B、检测油罐油料的进出量并保存；

C、接收所述的成品油罐存数据和油罐油料的进出量数据，并根据所述数据分析拟合出油罐的高度-容积表曲线。

与现有技术的标定方法相比，本发明带来如下有益效果：由于本发明直接测量油高和体积对应关系，使用原始数据直接进行曲线拟合，属于直接测量，校罐过程对油罐本身没有特殊要求，适用于各种类型标准或非标准罐，同样对油罐工作状态没有限制，可适用于国内普遍存在的油罐变形，地基沉降或地下水位变化导致的油罐倾斜等非正常工作状态下油罐容积表的校准，适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的油罐容积表校正系统结构图；

图2是本发明实施例提供的油罐容积表校正系统另一结构图；

图3是本发明实施例提供的油罐容积表校正系统又一结构图；

图4是本发明实施例提供的油罐容积表校正系统工装图；

图5是本发明实施例提供的油罐容积表校正系统工作流程图；

图6是本发明实施例提供的油罐校正的基本原理图；

图7是本发明实施例提供的油罐体积在单位高度上的变化曲线图；

图8是本发明实施例提供的对图7的部分曲线放大之后的曲线图；

图9是本发明实施例提供的对图8的部分曲线放大之后的曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于目前的油罐容积表校正方法均对油罐本身质量要求严格，只适用于形状规则的标准油罐；而对于国内目前大量使用的非标准罐、油罐已变形、油罐安装基础沉降造成油罐倾斜等情况均不适用，使用范围有太大的局限性。

为解决上述问题，本发明提供了一种油罐容积表校正系统和方法，图1即示出了油罐容积表校正系统的一种结构，其可包括液位检测系统100、计量系统200和自动分析系统300。其中，上述液位检测系统100，用于检测并保存油罐内成品油的罐存数据，上述罐存数据包括液位高度；上述计量系统200，用于检测油罐油料的进出量并保存；上述自动分析系统，用于收集上述成品油的罐存数据和上述油罐油料的进出量数据，并根据上述收集到的数据分析拟合出油罐高度-容积表曲线。

可见，由于本发明直接测量油高和体积对应关系，使用原始数据直接进行曲线拟合，属于直接测量，校罐过程对油罐本身没有特殊要求，适用于各种类型标准或非标准罐，同样对油罐工作状态没有限制，可适用于国内普遍存在的油罐变形，地基沉降或地下水位变化导致的油罐倾斜等非正常工作状态下油罐容积表的校准，适用范围广。

在本发明其他实施例中，参见图2，上述液位检测系统100可包括液位仪110和加油站数据采集系统120，其中：上述液位仪110，用于检测并缓存油罐内成品油的罐存数据，并将上述罐存数据通过internet网络上传给加油站数据采集系统120；上述加油站数据采集系统120，用于接收上述液位仪上传的成品油罐存数据并保存。

在本发明其他实施例中，参见图3，上述计量系统200可包括站端管控机210和加油卡系统220，其中：上述站端管控机210，用于检测油罐油料的进出量数据并缓存，并将上述进出量数据通过internet网络上传给加油卡系统220；上述加油卡系统220，用于接收上传的成品油进出量数据并保存。

在本发明其他实施例中，上述自动分析系统300可包括预处理器、配对器、过滤器和拟合器，上述预处理器，用于对上述接收到的罐存数据和进出量数据进行预处理；上述配对器，用于将上述经过预处理的罐存数据和进出量数据进行配对；上述过滤器，用于处理上述经过配对的数据对中的交叉付油，并过滤掉液位高度变化小于最小阈值的单组数据对和相对于原始容积表数据信息异常的数据对；上述拟合器，用于根据上述过滤后的数据对进行容积表曲线拟合并验证。

在本发明其他实施例中，上述预处理器可包括排序单元，用于对罐存数据和进出量数据进行排序；过滤单元，用于过滤掉付油量为0的记录；分组单元，用于以进卸油为区间对罐存数据进行分组；遗漏检测单元，用于检查是否有遗漏的销售数据，并在有遗漏情况下，产生虚拟付油记录；切片单元，用于对罐存数据和销售数据进行切片。对所采集到的基础数据进行的各种统计分析处理和软件算法的实现过程，如排序、遗漏处理、数据配对、无效数据过滤等等、并最终根据处理后的数据对进行油罐容积表曲线的拟合，均在上述各对应的器件和单元内实现。

其中，上述加油卡系统220、加油站数据采集系统120以及自动分析系统300均安置在服务器端，均为服务器端软件，相应地对基础数据的统计分析和软件算法过程也是在服务器端实现的；上述液位仪110和站端管控机210均安置在站端，在站端采集的两类数据分别通过internet网络传输至上述服务器端。

本发明实施例为了对油罐容积表校正系统进行更为形象的说明，提供了该系统的工装图，参见图4。

图5示出了利用本发明提供的系统对油罐容积表进行校正的流程，其具体可包括如下步骤：

S1：液位仪检测油罐液位变化，采集油罐实时罐存油品信息如液位、温度等并缓存，同时通过internet网络上传给加油站数据采集系统。

本系统实施例采用磁致伸缩液位仪，其是由浮子来跟随液面进行检测的，因此液位波动对系统的测量精度影响是很大的。实验证明，液位波动是整个容积标定过程中主要的误差来源，也是数据处理部分的主要工作。经过综合分析，液面作为一种弹性介质，其始终是围绕静态真值波动，所以采用最小二乘法拟合的处理方式来消除波动误差。

S2：站端管控机实时检测油罐油料的进出量数据并加以缓存，通过internet网络同步上传至加油卡系统。

其中站端管控机通过分配器与油罐相连；而采集到的两类数据通过网络控制器如PD-3上传到服务器端。两类数据的获取是通过直接与站端设备连接，直接结合站端付油作业进行的，以保证基础数据来源和准确性。

在这里需要指出的是，步骤S1和步骤S2的操作均在站端实现，在时间上不分先后次序、同时进行；且采集到的数据在站端缓存，站端设备有足够的缓存能力，保证在网络出现故障时能不丢失数据，确保样本数据的完整性。同时，由于为了保证标定数据的准确性，罐存数据、进出量数据等信息不能随意丢弃，导致了自动标定所需要的数据量非常大，为了降低对服务器的要求以及提供更高的响应，需查找常用的数据无损压缩方法，通过研究对应算法的方式达成存储海量数据的要求。

S3：收集数据采集系统和加油卡系统中的油品基础数据，根据实时的液位数据及油品进出量数据进行分析，在考虑各种误差、渗漏因素的基础上，拟合获得完整的容积表。

由于在实际加油站工作环境中，总可能由于外部因素导致液位计量不准确、加油数据计量不准确或者数据采集出现遗漏的情况发生，虽然这样的采样数据也是真实的，但会加大容积标定结果的误差。受计量器具本身的误差和测量条件等因素的影响基础数据中不可避免地会包含如下误差：粗大误差、系统误差和随机误差等等。

下面通过数学分析方法对数据、计算做误差分析，并对上述误差采取相应消减措施。

粗大误差是指明显超出规定条件下预期的误差，一般是由于设备故障、外界干扰产生的。自动分析系统通过利用3σ准则和罗曼诺夫斯基准则来去除粗大误差。当基础数据比较少时，采用罗曼诺夫斯基准则：

设对某量作多次等精度独立测量，得x1，x2，...，xn。若认为测得值xd为可疑数据，将其预剔除后计算平均值(计算时不包括xd)：

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{n-1}\underset{i=1,i\≠d}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i,$

并求得测量列的标准差估计量(计算时不包括

)

$S=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{v_i}^2}{n-2}},$

根据测量次数n和选取的显著度，可查表得t检验系数K(n，)。若有

$|x_d-\stackrel{\‾}{x}|\≥K\left(\begin{array}{cc}n,& \end{array}\right)S,$

则数据xd含有粗大误差，应予剔除。否则，予以保留。

当基础数据比较多时，采用3σ准则：

先以测得值xi的平均值

代替真值，求得残差

再以贝塞尔(Bessel)公式算得的标准偏差S代替σ，以3S值与各残差vi作比较，对某个可疑数据xd，若其残差vd满足下式则为粗大误差，应剔除数据xd。

$\left|v_d\right|=|x_d-\stackrel{\‾}{x}|>3S$

系统误差是指在相同条件下对同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以可预知方式变化的测量误差的分量，即误差的绝对值和符号固定不变。自动分析系统通过添加补偿值的方式来消除系统误差。

随机误差是指在相同条件下对同一量的多次重复测量过程中，以不可预知方式变化的一种误差，它是整个测量误差中的一个分量。这一分量的大小和符号不可预定，它的分散程度，称为“精密区”。随机误差不可消除，因此自动分析系统通过相邻数据合并，相同数据平均以及线性回归的算法来减小随机误差，同时确定采集数据的不确定度。

在针对油罐变形和倾斜的情况进行处理时，由于本发明提供的系统是以实际数据为基础，结合微分思想进行运算的，无论油罐倾斜还是变形，所采集的数据都能够反映油罐的真实情况，因此，本发明的系统在油罐变形和倾斜的情况下完全可以使用。

参见图6，对油罐校正的基本原理是根据相同时间内液位变化所对应的油品进出量数据，采取容积对比的方式获取这段高度内的容积值。

在两类实时数据的基础上，获得油罐容积表的详细过程为：

S31：上述预处理器对接收到的罐存数据和进出量数据进行预处理。

排序单元对罐存数据和进出量数据按照罐号、时间进行排序；然后过滤单元过滤掉付油量为0的无效记录；分组单元以进卸油为区间分别对经过排序和无效处理的罐存数据和付油数据进行分组；遗漏检测单元检查销售数据是否有遗漏，若有遗漏则产生虚拟的付油记录；最后切片单元分别对罐存数据和销售数据进行切片。

S32：配对器将上述经过预处理的罐存数据和进出量数据的切片数据进行配对。

对相同罐号、相同时间内切片数据进行一一配对。

S33：过滤器过滤掉经过配对的数据对中的交叉付油、以及液位高度变化小于最小阈值的单组数据和相对于原始容积表数据信息异常的数据对。如上述最小阈值为100mm。

S34：将虚拟付油记录并入合适的匹配对中，拟合器对上述处理后的数据对进行容积曲线拟合并验证，得出最终的容积表。

数据拟合是一种重要的数据处理方法，多项式曲线拟合又是一种较常用的数据拟合方法。当数据点较多时，多项式阶数太低，拟合精度和效果不太理想。要提高拟合精度和效果就需要提高曲线阶数，但阶数太高又带来计算上的复杂性及其他方面的不利。因此，如果只采用一种多项式曲线函数拟合较多的数据点，难以取得较好的拟合精度和效果，为有效解决这个问题，本实施例采用分段曲线拟合。目前，油罐罐高一般不超过3m，采样数据的液位高度范围一般为300mm-2100mm，经过对大量实验数据的分析，通过分2段、3段、4段、5段的数据与实际数据的比对、分析，得出分2段进行3阶曲线拟合可以有效降低容积标定误差。

系统根据实际采得的样品数据(罐存数据、销售数据等)，得到液位高度变化与销售数据量的对应关系数据，计算每一组数据的刻度范围在原始容积表中体积变化值，再和实际比对，如果每一组的数据均在误差允许范围之内，说明原始容积表准确，不需要重新校正，否则，对经过处理后的数据采用最小二乘法分段拟合，回归出容积表的经验公式，由于油罐在正常运营的过程中，其顶部和底部的数据是无法采集到的，此时通过经验公式可以计算出盲区液位高度对应的油品体积，进而得到有关容积表。

其中，拟合算法是整个系统的核心部分，主要涉及到以下问题：

油罐体积在单位高度上的变化

参见图7，发明人经过对单位刻度的高度对应的油罐体积的变化值的研究和分析，得出了图7中所示曲线，其中，横坐标表示液位高度，纵坐标表示单位液位高度对应的油罐容积变化。将刻度距离放大，可得出图8所示曲线，进而对图8曲线中点和点之间的关系图进行放大以后，得出图9所示曲线，由此可见，油罐体积在高度对应的单位刻度上的变化近似于一条抛物线，在采用一阶函数拟合的基础上，可增加到2阶、3阶。

获取有效的高度变化值和对应的容积变化值数据

从付油数据中取得从某个时间区间内的第一条付油数据，用此付油数据的起始时间来查询所有包含此时间点的付油数据，所有付油数据的时间区间的并集为总时间区间，所有付油数据的销量之和为总销量。

根据此时间点查询罐存时间点在此付油数据时间区间外侧，且距离最近的罐存数据，作为起始罐存，检验此罐存数据的时间点是否在其它付油区间内，如果在，此时间点被替换为更外侧的时间点，重复之前的操作，直到得出的罐存数据的时间不在其它付油区间内为止。

相应地，本发明还提供了一种油罐容积表校正方法，其可包括步骤：

A、检测并保存油罐内成品油的罐存数据，上述罐存数据包括液位高度；

B、检测油罐油料的进出量并保存；

C、收集上述成品油的罐存数据和油罐油料的进出量数据，并根据上述数据分析拟合出油罐的高度-容积表曲线。

在本发明其他实施例中，上述步骤A可包括：检测并缓存油罐内成品油的罐存数据；将上述罐存数据通过internet上传给服务器端进行保存。

在本发明其他实施例中，上述步骤B可包括：检测油罐油料的进出数据并缓存；将上述油料进出数据通过internet上传给服务器端进行保存。

在本发明其他实施例中，上述步骤C可包括：对上述接收到的罐存数据和进出油数据进行预处理；将上述经过预处理的罐存数据和进出油量数据进行配对；处理上述经过配对的数据对中的交叉付油，并过滤掉液位高度变化小于最小阈值的单组数据对和相对于原始容积表数据信息异常的数据对；根据上述过滤后的数据对进行容积表曲线拟合并验证。

在本发明其他实施例中，上述预处理包括对罐存数据和进出油数据进行排序；过滤掉付油量为0的记录；以进卸油为区间对罐存数据进行分组；检查是否有遗漏的销售数据，并在有遗漏情况下，产生虚拟付油记录；对罐存数据和销售数据进行切片。

本说明书中对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种油罐容积表校正系统，其特征在于，包括：液位检测系统、计量系统和自动分析系统，其中：

所述液位检测系统，用于检测并保存油罐内成品油的罐存数据，所述罐存数据包括液位高度；

所述计量系统，用于检测油罐油料的进出量并保存；

所述自动分析系统，用于收集所述成品油的罐存数据和所述油罐油料的进出量数据，并根据所述收集到的数据分析拟合出油罐高度-容积表曲线。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述液位检测系统包括液位仪和加油站数据采集系统，其中：

所述液位仪，用于检测并缓存油罐内成品油的罐存数据，并将所述罐存数据通过internet网络上传给加油站数据采集系统；

所述加油站数据采集系统，用于接收所述液位仪上传的成品油的罐存数据并保存。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计量系统包括站端管控机和加油卡系统，其中：

所述站端管控机，用于检测油罐油料的进出量数据并缓存，并将所述进出量数据通过internet网络上传给加油卡系统；

所述加油卡系统，用于接收所述上传的油量进出量数据并保存。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述自动分析系统包括：预处理器、配对器，过滤器和拟合器，其中：

所述预处理器，用于对所述接收到的罐存数据和进出量数据进行预处理；

所述配对器，用于将所述经过预处理的罐存数据和进出量数据进行配对，以组成数据对；

所述过滤器，用于处理所述经过配对的数据对中的交叉付油，并过滤掉液位高度变化小于最小阈值的单组数据对和相对于原始容积表数据信息异常的数据对；

所述拟合器，用于根据所述过滤后的数据对进行容积表曲线拟合并验证。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述预处理器包括排序单元、过滤单元、分组单元、遗漏检测单元和切片单元，其中：

所述排序单元，用于对罐存数据和进出量数据进行排序；

所述过滤单元，用于过滤掉付油量为0的记录；

所述分组单元，用于以进卸油为区间对罐存数据进行分组；

所述遗漏检测单元，用于检查是否有遗漏的销售数据，并在有遗漏情况下，产生虚拟付油记录；

所述切片单元，用于对罐存数据和销售数据进行切片。

6.根据权利要求3～5任意一项所述的系统，其特征在于，所述加油站数据采集系统、加油卡系统和自动分析系统均安置在服务器端。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述液位仪、站端管控机均安置在站端。

8.一种油罐容积表校正方法，其特征在于，包括步骤：

A、检测并保存油罐内成品油的罐存数据，所述罐存数据包括液位高度；

B、检测油罐油料的进出量并保存；

C、收集所述成品油的罐存数据和油罐油料的进出量数据，并根据所述数据分析拟合出油罐的高度-容积表曲线。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

检测并缓存油罐内成品油的罐存数据；

将所述罐存数据通过internet上传给服务器端进行保存。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

检测油罐油料的进出量数据并缓存；

将所述油料进出量数据通过internet上传给服务器端进行保存。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

对所述接收到的罐存数据和进出量数据进行预处理；

将所述经过预处理的罐存数据和进出量数据进行配对；

处理所述经过配对的数据对中的交叉付油，并过滤掉液位高度变化小于最小阈值的单组数据对和相对于原始容积表数据信息异常的数据对；

根据所述过滤后的数据对进行容积表曲线拟合并验证。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述预处理包括：

对罐存数据和进出量数据进行排序；

过滤掉付油量为0的记录；

以进卸油为区间对罐存数据进行分组；

检查是否有遗漏的销售数据，并在有遗漏情况下，产生虚拟付油记录；

对罐存数据和销售数据进行切片。

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