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2013年深圳杯全国大学生数学建模夏令营

承 诺 书

我们仔细阅读了中国大学生数学建模夏令营的竞赛规则.
我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。
我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。
我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。

我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）：
我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：
所属学校（请填写完整的全名）：
参赛队员 (打印并签名) ：1.
2.
3.
指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：

日期： 年 月 日

赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：

2013年深圳杯全国大学生数学建模夏令营

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注

全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：

全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：

储油罐的变位识别与罐容表标定
摘 要
针对储油罐的变位识别与罐容表标定的问题进行分析，通过数值积分和几何理论求解体积与面积，应用Matlab将数据拟合，采用最小二乘反演方法确定变位参数，由此建立变位高度、变位参数和罐容表之间的关系数学模型。
一．针对问题一
当小椭圆型储油罐罐体无变位时，通过对罐内溶液油的截面进行积分，再利用柱体的体积公式，可求得罐内油位高度与油的容量的函数关系。应用Matlab软件将算得的数据与测得的真实数据进行比较，拟合两者差值与油位高度的关系，得到近似呈线性的拟合函数。据此推测，储油罐内部结构(例如油管，油位探针等)对罐内油的容量产生影响，随着油面升高，浸没的油管体积增加，差值也变大。
当油罐小椭圆型储油罐罐体纵向倾斜变位时，由于有四种临界状况，所以分五种情况进行建模。利用积分关系和几何理论，求出罐内油位高度与油的体积函数，减去油管的影响函数，得到计算的理论值函数。用算得的理论值与实际值相比较，拟合出两者的差值与油位高度的关系，近似为二次函数关系。最后将理论值函数加上差值函数，得到修正后的理论值函数。由所建模型可以分析出，罐体变位后，其罐容表测量的值与实际油量有很大的差别，具体误差在模型中以图形的方式给出。并且根据建立的模型，给出了罐体变位后油位高度间隔为1cm的罐容表标定值。
二．针对问题二
当实际储油罐罐体无变位时，利用积分可以得到罐内油位高度与油的容量的函数关系。用算得的数据与附表(2)中的系统显示高度和系统显示体积数据做差值进行比较，得到极小的误差。据此推测，该实际储油罐的油管及内部装置对罐内油的容量产生的影响可以忽略。
当实际储油罐罐体有变位时，对实际油的体积进行切割，利用积分关系分别求出积分体积后求和，可以得到理论值容积与测量高度、纵向偏角和横向偏角的函数关系。利用最小二乘反演方法，以理论值油位高度变化量对应油的容量的变化量来逼近实际容量变化值(加油量)，计算得到纵向倾斜角度为2.1°和横向偏转角度4.1°。最后将标定高度带入理论计算式求得标定体积，根据一次性注油后的油面高度，计算相应的体积差，以此与每次的加油量相比较，得到的误差较小，验证了所建模型的正确性与可靠性。

关键词：储罐体积;数值积分;拟合;标定;反演
一 问题重述
通常加油站都有若干个储存燃油的地下储油罐，并且一般都有与之配套的“油位计量管理系统”，采用流量计和油位计来测量进/出油量与罐内油位高度等数据，通过预先标定的罐容表（即罐内油位高度与储油量的对应关系）进行实时计算，以得到罐内油位高度和储油量的变化情况。
许多储油罐在使用一段时间后，由于地基变形等原因，使罐体的位置会发生纵向倾斜和横向偏转等变化（以下称为变位），从而导致罐容表发生改变。按照有关规定，需要定期对罐容表进行重新标定。图1是一种典型的储油罐尺寸及形状示意图，其主体为圆柱体，两端为球冠体。图2是其罐体纵向倾斜变位的示意图，图3是罐体横向偏转变位的截面示意图。
请你们用数学建模方法研究解决储油罐的变位识别与罐容表标定的问题。
(1)为了掌握罐体变位后对罐容表的影响，利用如图4的小椭圆型储油罐（两端平头的椭圆柱体），分别对罐体无变位和倾斜角为a=4.10的纵向变位两种情况做了实验，实验数据如附件1所示。请建立数学模型研究罐体变位后对罐容表的影响，并给出罐体变位后油位高度间隔为1cm的罐容表标定值。
(2)对于图1所示的实际储油罐，试建立罐体变位后标定罐容表的数学模型，即罐内储油量与油位高度及变位参数（纵向倾斜角度a和横向偏转角度b ）之间的一般关系。请利用罐体变位后在进/出油过程中的实际检测数据（附件2），根据你们所建立的数学模型确定变位参数，并给出罐体变位后油位高度间隔为10cm的罐容表标定值。进一步利用附件2中的实际检测数据来分析检验你们模型的正确性与方法的可靠性。

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