CN111780826B - 一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，包括：均匀分散布置在立式储罐外表面的传感点Pi，根据所有传感点Pi的坐标里面最大值与最小值关系，确定椭圆长轴；设椭圆半焦距为c，运用优化算法确定c值，计算椭圆短轴，得到立式储罐外表面方程；将传感点Pi的坐标xi代入立式储罐外表面方程，计算得到yi1、yi2，并取yi1、yi2中与yi同号的结果；分别定义椭圆长轴分别为x轴或y轴时的方程，并得到传感点Pi处的法向量方程式；通过立式储罐壁厚tsuf、底板厚度tbottom，分别计算椭圆长轴为x轴或y轴时传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果。

Description

一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法。
背景技术
立式储罐是液货交接的重要计量器具，计量的准确性直接关系企业、国家经济利益。采用蒙特卡罗法测量立式储罐容量时，需要在立式储罐内表面分布一定数量的传感点，通过传感点坐标等信息计算容量。考虑到立式储罐的密封性、操作便捷性等，在立式储罐外表面布置传感点会比在内表面布置更加便捷，但由于立式储罐容量是不包括罐体自身厚度，所以需要将布置在外表面的传感点坐标变换成内表面坐标系的坐标。
当采用蒙特卡罗法测量立式储罐容量时，主要存在以下问题：
由于立式储罐的密封性等原因，在立式储罐外表面布置传感点会比在内表面布置更加便捷，但由于立式储罐容量是不包括罐体自身厚度，由于储罐壁厚引起传感点坐标的差异。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，实现在立式储罐外表面布置传感点再转换成内表面坐标系的坐标，操作简单便捷，提升采用蒙特卡罗法测量立式储罐容量的效率。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，包括：
步骤A均匀分散布置在立式储罐外表面的传感点Pi，根据所有传感点Pi的坐标里面最大值与最小值关系，确定椭圆长轴；
步骤B设椭圆半焦距为c，运用优化算法确定c值，计算椭圆短轴，得到立式储罐外表面方程；
步骤C将传感点Pi的坐标xi代入立式储罐外表面方程，计算得到yi1、yi2，并取yi1、yi2中与yi同号的结果；
步骤D分别定义椭圆长轴分别为x轴或y轴时的方程，并得到传感点Pi处的法向量方程式；
步骤E通过立式储罐壁厚tsuf、底板厚度tbottom，分别计算椭圆长轴为x轴或y轴时传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
可快速将布置在立式储罐外表面的传感点坐标转换成内表面坐标系的坐标，提升采用蒙特卡罗法测量立式储罐容量的效率。
附图说明
图1是一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法流程图；
图2是一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法具体流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1和图2所示，为一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法流程，包括以下步骤：
步骤10均匀分散布置在立式储罐外表面的传感点Pi，根据所有传感点Pi的坐标里面最大值与最小值关系，确定椭圆长轴；
所述传感点Pi＝(xi,yi,zi)，其中i∈N+,i≤Nsensors，Nsensors为传感点数量，所有传感点的坐标里面最大值为xmax,ymax,zmax，最小值为xmin,ymin,zmin，计算(xmax-xmin)、(ymax-ymin)；
若(xmax-xmin)≥(ymax-ymin)，则以x轴作为椭圆长轴进行执行，且椭圆长轴长度为a＝(xmax-xmin)/2；
若(xmax-xmin)＜(ymax-ymin)，则以y轴作为椭圆长轴进行执行，且椭圆长轴长度为a＝(ymax-ymin)/2。
步骤20设椭圆半焦距为c，运用优化算法确定c值，计算椭圆短轴，得到立式储罐外表面方程；
所述半圆焦距c，0≤c≤a为未知量；
若x轴为椭圆长轴，则：
Figure BDA0002578649480000031
若y轴为椭圆长轴，则：
Figure BDA0002578649480000032
运用优化算法确定c值，使得f(a)最小；计算椭圆短轴
Figure BDA0002578649480000033
得到立式储罐外表面方程：若x轴为椭圆长轴，
Figure BDA0002578649480000034
若y轴为椭圆长轴，
Figure BDA0002578649480000035
步骤30将传感点Pi的坐标xi代入立式储罐外表面方程，计算得到yi1、yi2，并取yi1、yi2中与yi同号的结果；所述同号都为正、或都为负；
假设yi1与yi同号，后续的步骤表述中出现的yi1只是代表了yi1、yi2中与yi同号的结果。
步骤40分别定义椭圆长轴分别为x轴或y轴时的方程，并得到传感点Pi处的法向量方程式；
若x轴为椭圆长轴，定义方程
Figure BDA0002578649480000036
则
Figure BDA0002578649480000037
传感点Pi处的法向量
Figure BDA0002578649480000038
若y轴为椭圆长轴，定义方程
Figure BDA0002578649480000039
则
Figure BDA00025786494800000310
传感点Pi处的法向量
Figure BDA00025786494800000311
步骤50通过立式储罐壁厚tsuf、底板厚度tbottom，分别计算椭圆长轴为x轴或y轴时传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果。
所述步骤E具体包括：
若x轴为椭圆长轴，则传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果为：
Figure BDA0002578649480000041
若y轴为椭圆长轴，则传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果为：
Figure BDA0002578649480000042
所述外表面坐标系的原点在立式储罐外底面的中心，x轴、y轴与包含所有传感点的最小长方体的底边平行，z轴与包含所有传感点的最小长方体的侧边平行；所述内表面坐标系的原点在立式储罐内底面的中心，x轴、y轴、z轴与外表面坐标系平行。外表面坐标系、内表面坐标系均为笛卡尔直角坐标系，并均满足右手法则。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤A均匀分散布置在立式储罐外表面的传感点Pi，根据所有传感点Pi的坐标里面最大值与最小值关系，确定椭圆长轴；
步骤B设椭圆半焦距为c，运用优化算法确定c值，计算椭圆短轴，得到立式储罐外表面方程；
所述椭圆半圆焦距c，0≤c≤a为未知量；
若x轴为椭圆长轴，则；
Figure FDA0003427195510000011
若y轴为椭圆长轴，则：
Figure FDA0003427195510000012
运用优化算法确定c值，使得f(a)最小；计算椭圆短轴
Figure FDA0003427195510000013
得到立式储罐外表面方程：若x轴为椭圆长轴，
Figure FDA0003427195510000014
若y轴为椭圆长轴，
Figure FDA0003427195510000015
Nsensors为传感点数量；a为椭圆长轴长度，b为椭圆短轴长度；
步骤C将传感点Pi的横坐标xi代入立式储罐外表面方程，计算得到yi1、yi2，并取yi1、yi2中与yi同号的结果，yi为传感点Pi的y轴坐标；
步骤D分别定义椭圆长轴分别为x轴或y轴时的方程，并得到传感点Pi处的法向量方程式；
步骤E通过立式储罐壁厚tsuf、底板厚度tbottom，分别计算椭圆长轴为x轴或y轴时传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果；
若x轴为椭圆长轴，则传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果为：
Figure FDA0003427195510000016
z′i＝zi-tbottom；
若y轴为椭圆长轴，则传感点Pi的坐标从外表面坐标系转换到内表面坐标系的结果为：
Figure FDA0003427195510000021
z′i＝zi-tbottom。
2.如权利要求1所述的传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：所述传感点Pi＝(xi,yi,zi)，其中i∈N+,i≤Nsensors，Nsensors为传感点数量，所有传感点的坐标里面最大值为xmax,ymax,zmax，最小值为xmin,ymin,zmin，计算(xmax-xmin)、(ymax-ymin)；
若(xmax-xmin)≥(ymax-ymin)，则以x轴作为椭圆长轴进行执行，且椭圆长轴长度为a＝(xmax-xmin)/2；
若(xmax-xmin)＜(ymax-ymin)，则以y轴作为椭圆长轴进行执行，且椭圆长轴长度为a＝(ymax-ymin)/2。
3.如权利要求1所述的传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，其特征在于，所述步骤C中:假设yi1与yi同号，后续执行中出现的yi1只是代表了yi1、yi2中与yi同号的结果。
4.如权利要求1所述的传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：
若x轴为椭圆长轴，定义方程
Figure FDA0003427195510000022
则
Figure FDA0003427195510000023
传感点Pi处的法向量
Figure FDA0003427195510000024
若y轴为椭圆长轴，定义方程
Figure FDA0003427195510000025
则
Figure FDA0003427195510000026
传感点Pi处的法向量
Figure FDA0003427195510000027
其中，a为椭圆长轴长度，b为椭圆短轴长度。
5.如权利要求1所述的传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，其特征在于，
所述外表面坐标系的原点在立式储罐外底面的中心，x轴、y轴与包含所有传感点的最小长方体的底边平行，z轴与包含所有传感点的最小长方体的侧边平行；
所述内表面坐标系的原点在立式储罐内底面的中心，x轴、y轴、z轴与外表面坐标系平行。
6.如权利要求5所述的传感点坐标在立式储罐内外表面坐标系变换的方法，其特征在于，外表面坐标系、内表面坐标系均为笛卡尔直角坐标系，并均满足右手法则。
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