地面装备的非接触式实时3D测绘

优先权声明

本申请要求于2021年5月24日提交的美国专利申请号17/328,159的优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本披露内容适用于确定装备的状况。

背景技术

井口和地面结构会受到复杂的力和热梯度的影响，从而导致结构变化或损坏，包括例如各向异性膨胀、疲劳、位移等。这些影响可能会损坏平台、井口或这两者。传统系统可能会作为例行检查的一部分来手动测量结构变化，并且由于井的数量及其位置，进行测量的时间可能是零星的。

发明内容

本披露内容描述了可以用于使用光子感测系统来表征井口的结构位移的技术。在一些实施方式中，一种计算机实施的方法包括以下内容。由分析和呈现系统使用通过指向一个或多个对象的结构光传感器(SLSe)阵列的结构光照射收集的光信息来生成该一个或多个对象的三维(3D)点云。生成该点云包括定义该3D点云的关于该一个或多个对象上的参考点的点。使用该3D点云对该一个或多个对象执行实时非接触式3D表面测量。由该分析和呈现系统通过分析这些实时非接触式3D表面测量来确定该一个或多个对象的一个或多个部分的变化。

前面描述的实施方式可以使用以下各项来实施：计算机实施的方法；存储有计算机可读指令以执行计算机实施的方法的非暂态计算机可读介质；以及包括计算机存储器的计算机实施的系统，该计算机存储器与硬件处理器可互操作地耦接，该硬件处理器被配置为执行计算机实施的方法、存储在非暂态计算机可读介质上的指令。

本说明书中描述的主题可以以特定实施方式实施，以实现以下优点中的一个或多个。本披露内容的使用光子感测系统的技术可以用于例如在石油和天然气应用中提供高准确度、高速和非接触的方法来表征地面结构的变形。这些技术还可以用于通过吸光度或交叉偏振光谱法来表征材料变化和污染。结构光感测可以用于以非接触方式实时表征变形。术语“实时”可以对应于在指定时间段内(例如，在几秒内或一分钟以下)发生的事件。这些技术可以用于井口变形表征(例如，上游光子学计划和高级传感器计划)和井口位移分析的工具和方法的持续开发。本披露内容的技术可以通过提高结果的分辨率和降低采集速度来解决传统系统的问题。这些技术可以用于使用结构光来生成(例如，装备表面的)三维(3D)点云。进一步地，这些技术可以用于：表征轴向、径向和方位角变形；通过分析反射光束的交叉偏振光谱(例如，探测光束是椭圆偏振的)来表征机械张力和应变；通过使用反射光谱识别材料退化和污染；以及得到位移、温度和流速之间的相关性。这些技术可以扩展、修改或定制以表征其他地面装备的位移。这提供了优于传统系统的优势，例如，传统系统通常是反应性的，并且对与装备相关联的问题的反应可能较慢。

本说明书的主题的一个或多个实施方式的细节在具体实施方式、附图和权利要求中进行阐述。根据具体实施方式、权利要求和附图，主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本披露内容的一些实施方式的用于表征位移的光子感测系统的示例的图。

图2是根据本披露内容的一些实施方式在感测和表征过程中使用的光子感测系统的图。

图3是示出根据本披露内容的一些实施方式的井口中的信标的位置的示例的图。

图4是根据本披露内容的一些实施方式的光子传感器的示例结构的示意性表示。

图5是示出根据本披露内容的一些实施方式的在井口结构上使用的光子感测系统的示例的图。

图6A和图6B示出了根据本披露内容的一些实施方式的光子感测系统的示例俯视图。

图7是根据本披露内容的一些实施方式的用于使用实时非接触式三维(3D)表面测量来确定一个或多个对象的一个或多个部分的变化的方法的示例的流程图。

图8是根据本披露内容的一些实施方式的框图，其展示了用于提供与如本披露内容中描述的算法、方法、功能、过程、流程和规程相关联的计算功能的示例计算机系统。

在各个附图中，相似的参考标记和名称指示相似元素。

具体实施方式

以下具体实施方式描述了用于提供光子感测系统以执行自动方法来表征装备表面的位移并实时监测变化的技术。例如，一种方法和系统可以用于基于结构光照射的非接触式三维(3D)表面测量。激光图案化照射可以用于获得地面装备(例如，井口、生产油管和管汇)的实时三维地图。术语“实时”可以对应于在指定时间段内(例如，在几秒内或一分钟以下)发生的事件。实时地图可以用于跟踪对象表面上已知标记的位置的相对变化。该过程会创建点云，该点云可以用于得到结构性质和变化，比如位移、变形和应力/应变状态。另外，使用不同的激光波长或超光谱结构光照射可以实现对材料积聚(污染)和退化的实时监测。这些技术可以并入到石化行业中使用的监测系统中，或者与石化行业中使用的监测系统一起使用，比如天然气作业，包括海上气井。

可以对所披露的实施方式进行各种修改、变更和置换，并且这些修改、变更和置换对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的，并且所定义的一般原理可以应用于其他实施方式和应用，而不脱离本披露内容的范围。在一些情况下，可以省略对理解所描述的主题不必要的细节，以免用不必要的细节掩盖一个或多个所描述的实施方式，因为这种细节在本领域普通技术人员的技能范围内。本披露内容不旨在局限于所描述或展示的实施方式，而是旨在就所描述的原理和特征达成最广泛范围的一致。

图1是根据本披露内容的一些实施方式的用于表征位移的光子感测系统100的示例的图。光子感测系统100可以提供远程感测并且可以使用例如使得能够实时且非接触式地监测井口104的增长(growth)102的工作流程。光子感测系统100可以包括单个传感器106或传感器106的阵列(或组)、数据传输系统、计算机化数据收集系统、以及用于可视化和数据分析的工具箱(例如，用户界面108)。用户使用的用户界面108可以将增长102(例如，以英寸(in.)为单位)呈现为例如一个或多个图表，其示出井口增长108和生产率110(例如，以千标准立方英尺/天(MMSCFD)为单位)随时间114(例如，以周、月或年为单位)的变化。

光子感测系统100可以包括指向一个或多个对象(比如井口104处的装备)的结构光传感器(SLSe)(例如，传感器106)阵列。计算机化数据收集系统被配置为从SLSe阵列收集光信息。从SLSe阵列收集的光信息可以由分析和呈现系统用于提供光信息的分析和可视化。数据传输系统可以在SLSe阵列、计算机化数据收集系统以及分析和呈现系统之间传输信息。

传感器的空间分辨率可以是例如100×10

图2是根据本披露内容的一些实施方式在感测和表征过程中使用的光子感测系统200的图。例如，光子感测系统200可以生成井口104的点云。生成点云102可以包括系统特征204，这些系统特征包括结构光传感器系统、信号处理、点云生成和存储，包括使用光流(例如，使用人工智能(AI))来确定变形并传输到监控和数据采集(SCADA)系统。该过程可以在与SCADA系统集成之前进行。该过程可以使用后分析例程和机器学习引擎。光子感测系统200可以使用结构光、多激光测距、激光阵列测距或激光图案化光束阵列测距来获得n个点的点云P，例如，这些点的坐标可以是：

在使用从1到n的索引i的范围

注意，f

光子感测系统200可以提供点云捕获过程、分析和传输。可以通过并入神经引擎来在边缘进行基本分析，该神经引擎计算两个连续采集之间的点云的光流。可替代地，数据可以被传输到中央处理机构。该信息可以提供位置/位移的瞬时变化。该数据可以进一步在其他分析工具箱中使用，以使用可通过SCADA系统获得的数据来关联和预测流量。

图3是示出根据本披露内容的一些实施方式的井口300中的信标302的位置的示例的图。例如，信标302可以用于光子感测系统200中。在一些实施方式中，在图3中被描绘为白色正方形的信标302(或追踪器)可以被放置在井口300的已知位置，以用作与图3相关联的计算中的参考或锚。

图4是根据本披露内容的一些实施方式的光子传感器400的示例结构的示意性表示。光子传感器400包括现场外壳部件402a至402g(“S1”到“S7”)。传感器402可以是图案化的光传感器和接收器(例如，市售的)。透镜404可以由二氧化钛/二氧化硅(TiO2/SiO2)、TiO2/金刚石、二氧化钛TiO2/IRFS(红外熔融石英玻璃)或分级金刚石/金刚石窗口制成，其中TiO2层用于自清洁。光束406可以是投射到测量目标和从测量目标反射的光束。冷却器408可以是具有空气循环的热电冷却器和散热器，以将设备操作维持在阈值温度(例如，50摄氏(C)度)以下。空气部件410可以包括气泵和导管。循环空气可以用于至少两个目的，包括保持光子传感器400冷却和使用离子化空气喷嘴412清洁窗口。电力部件414可以包括电源和蓄电池(例如，锂(Li)离子或氢电池)。外壳416可以容纳高增益和高温光电池(例如，使用氮化镓(GaN))。

图4的光子传感器400可以用集成感测头或结构光传感器(SLS)系统和现场外壳来实施。光子传感器400可以以各种组合使用市场上可购得的几种结构光传感器和激光测距传感器，例如，Ladimo、Blackrock或Velodyne。在大多数情况下，所使用的设备数量会随着轴向或纵向分辨率的要求而变化。在一些实施方式中，如果轴向分辨率要优于0.1毫米(mm)，则可以每30厘米(cm)到50cm定位和使用一个传感器。该比率可能取决于所使用的传感器的特征。例如，传感器阵列的使用可以取决于每个SLS的位置，因为每个光束406可能被遮挡而看不到井口的一些部分。板载边缘计算系统可以使用全光学处理或ASIC处理。光子传感器400可以包括自清洁和防雾窗口，其有助于确保长期免维护的光学监测。可以使用两种互不排斥的路线来实现以下两个示例。

第一个示例包括对表面进行改性，使其表现出以下非典型行为中的至少一种：疏水性、亲水性、疏油性、超疏水性和超疏油性。这允许表面完全排斥液体和颗粒(疏水/疏油或超疏水/疏油表面)，或者将液体均匀地散布在整个表面上以避免透镜效应或扩散效应，同时冲洗掉污染物(例如，亲水或超亲水表面)。使用金刚石窗口的实施方式可以包括沉积定制的金刚石纳米膜或类金刚石碳结构以展示持久的自清洁和防雾效果，同时保持高透光率。

第二个示例包括使用基于TiO2的光催化表面。当环境紫外光与TiO2相互作用时，表面释放出活性氧。氧自由基燃烧附着在表面的有机物，从而清洁表面。光催化表面可以表现出防雾和自清洁性质以及抗菌和防污性质。

图5是示出根据本披露内容的一些实施方式的在井口结构502上使用的光子感测系统500的示例的图。光子感测系统500包括SLS阵列和投影504。SLS阵列可以安装在机架上。每个SLS 506可以并入有激光计来确定每个SLS 506与地面之间的距离。这些特征可以使光子感测系统500能够测量相对于地面的绝对位移。SLS阵列的参考/信标标记508在井口结构502上用白色圆圈示出。光子感测系统500产生表示井口结构502上的点的点云510。

每个SLSe都可以安装在机架上。每个SLS可以使用SLS底部的激光测距系统来监测到下一个测量设备(例如，SLS下方)的距离。这使得该过程能够知道每个测量设备的相对位置并且从而改进轴向/纵向位移表征。

结构光传感器的水平(H)和垂直(V)分辨率可以根据所使用的光子感测系统的配置而变化。因此，分辨率Δ

Δ

SLS的视场(FOV)通常可以在水平方向上跨越例如170-360度并且在垂直方向上跨越5-30度。这些跨度和到目标的距离可以确定阵列配置中所需的SLSe数量。

图6A和图6B示出了根据本披露内容的一些实施方式的光子感测系统的示例俯视图600和602。俯视图600和602以从顶部看到的远程结构光传感器(RSLSe)的推荐位置的示例示出了井口结构604和SLS阵列606。井口结构604具有井口的最大半径608，包括井口的臂。可以选择抛物线的长轴和短轴，使得由每个光束投影在结构上的图案覆盖预定区域，例如，30厘米(cm)到50cm宽的平面，该平面与环绕井口结构604的圆柱体相切。可以选择建议的位置，以使视图和表征最大化。

光子感测系统还可以用于表征沿着结构(例如，井口结构604)的应力。在这种情况下，可以修改光子感测系统以执行光子应力分析层析成像。在这种设置中，分析器的输出光束可以使用可变或永久波长延迟器进行椭圆偏振。偏振也可以被构建到提供光束的激光系统中。该偏振步骤是在产生图案之前完成的。该结构完全或部分覆盖有双折射膜(例如，对光源中使用的波长透明的环氧树脂或油)。然后将反射光束分离成其基本偏振，并比较每个偏振的强度模式。所得的偏振和光谱分布可以用于根据应变/应力光学定律导出应力图。

图7是根据本披露内容的一些实施方式的用于使用实时非接触式3D表面测量来确定一个或多个对象的一个或多个部分的变化的方法700的示例的流程图。为了呈现的清楚起见，下面的描述总体上在本说明书中的其他图的上下文中描述方法700。然而，应当理解，在适当时，方法700可以例如通过任何合适的系统、环境、软件和硬件、或者系统、环境、软件和硬件的组合来执行。在一些实施方式中，方法700的各个步骤可以并行、组合、循环或以任何顺序进行。

在702处，分析和呈现系统使用通过指向一个或多个对象的SLSe阵列的结构光照射收集的光信息来生成一个或多个对象的3D点云。例如，SLSe可以包括激光图案化的照射设备。生成点云包括定义3D点云的关于一个或多个对象上的参考点的点。一个或多个对象可以包括石化工业操作中使用的装备。该装备包括井口、生产油管和管汇中的一个或多个。参考点可以是位于装备上特定位置的标记。SLSe可以提供例如100微米的空间分辨率和例如大于或等于60赫兹(Hz)的重复率。SLSe可以为点云中的每个点确定x、y、z、λ值，其中，x、y、z是3D空间坐标，并且λ是3D空间坐标处的照射波长。在一些实施方式中，分析和呈现系统可以包括用于使用可通过监控和数据采集(SCADA)系统获得的数据来关联和预测流量的分析工具。方法700从702前进到704。

在704处，使用3D点云对一个或多个对象执行实时非接触式3D表面测量。方法700从704前进到706。

在706处，分析和呈现系统通过分析实时非接触式3D表面测量来确定一个或多个对象的一个或多个部分的变化。作为示例，确定一个或多个对象的一个或多个部分的变化可以包括得到结构性质的变化，包括位移、变形、应力/应变状态、以及材料积聚/污染和退化。在706之后，方法700可以停止。

图8是根据本披露内容的一些实施方式的用于提供与本披露内容中描述的所描述的算法、方法、功能、过程、流程和规程相关联的计算功能的示例计算机系统800的框图。所展示的计算机802旨在涵盖任何计算设备，比如服务器、台式计算机、膝上型/笔记本计算机、无线数据端口、智能电话、个人数据助理(PDA)、平板计算设备或这些设备内的一个或多个处理器，包括物理实例、虚拟实例或两者。计算机802可以包括可以接受用户信息的输入设备，比如小键盘、键盘和触摸屏。此外，计算机802可以包括可以传送与计算机802的操作相关联的信息的输出设备。信息可以包括数字数据、视觉数据、音频信息或信息的组合。信息可以呈现在图形用户界面(UI)(或GUI)中。

计算机802可以充当客户端、网络部件、服务器、数据库、持久体或用于执行本披露内容中描述的主题的计算机系统的部件。所展示的计算机802与网络830可通信地耦接。在一些实施方式中，计算机802的一个或多个部件可以被配置为在不同的环境内运行，这些不同的环境包括基于云计算的环境、本地环境、全局环境以及环境的组合。

在最高层面上，计算机802是可操作以接收、发射、处理、存储和管理与所描述的主题相关联的数据和信息的电子计算设备。根据一些实施方式，计算机802还可以包括应用服务器、电子邮件服务器、网络服务器、缓存服务器、流媒体数据服务器或服务器的组合，或者与这些服务器可通信地耦接。

计算机802可以通过网络830从客户端应用(例如，在另一台计算机802上执行)接收请求。计算机802可以通过使用软件应用程序处理接收到的请求来响应该接收到的请求。请求还可以从内部用户(例如，从命令控制台)、外部团体(或第三方)、自动化应用程序、实体、个体、系统和计算机发送到计算机802。

计算机802的每个部件可以使用系统总线803进行通信。在一些实施方式中，计算机802的任何或所有部件(包括硬件或软件部件)可以通过系统总线803彼此或与接口804(或两者的组合)进行接口连接。接口可以使用应用编程接口(API)812、服务层813或API812和服务层813的组合。API 812可以包括用于例程、数据结构和对象类的规范。API 812可以独立于或依赖于计算机语言。API 812可以指完整的接口、单个功能或一组API。

服务层813可以向计算机802和可通信地耦接到计算机802的其他部件(无论是否展示)提供软件服务。使用该服务层的所有服务消费者都可以访问计算机802的功能。软件服务，比如由服务层813提供的软件服务，可以通过定义接口来提供可重用的、定义的功能。例如，接口可以是用JAVA、C++或以可扩展标记语言(XML)格式提供数据的语言编写的软件。虽然被展示为计算机802的集成部件，但在替代性实施方式中，API 812或服务层813可以是相对于计算机802的其他部件和可通信地耦接到计算机802的其他部件的独立部件。此外，在不脱离本披露内容的范围的情况下，API 812或服务层813的任何或所有部分都可以被实施为另一软件模块、企业应用程序或硬件模块的子代或子模块。

计算机802包括接口804。尽管在图8中被展示为单个接口804，但是根据计算机802的特定需要、期望或特定实施方式以及所描述的功能，也可以使用两个或更多个接口804。计算机802可以使用接口804与在分布式环境中连接到网络830(无论是否展示)的其他系统进行通信。一般而言，接口804可以包括编码在可操作用于与网络830通信的软件或硬件(或软件和硬件的组合)中的逻辑，或者使用该逻辑来实施。更具体地，接口804可以包括支持与通信相关联的一个或多个通信协议的软件。如此，网络830或接口的硬件可以可操作用于在所展示的计算机802内部和外部传送物理信号。

计算机802包括处理器805。尽管在图8中被展示为单个处理器805，但是根据计算机802的特定需要、期望或特定实施方式以及所描述的功能，也可以使用两个或更多个处理器805。通常，处理器805可以执行指令并且可以操纵数据来执行计算机802的操作，包括使用如本披露内容中描述的算法、方法、功能、过程、流程和规程的操作。

计算机802还包括数据库806，该数据库可以保存计算机802或连接到网络830的其他部件(无论是否展示)的数据。例如，数据库806可以是内存数据库、传统数据库或存储符合本披露内容的数据的数据库。在一些实施方式中，根据计算机802的特定需求、期望或特定实施方式以及所描述的功能，数据库806可以是两种或更多种不同数据库类型的组合(例如，混合内存数据库和传统数据库)。尽管在图8中被展示为单个数据库806，但是根据计算机802的特定需要、期望或特定实施方式以及所描述的功能，也可以使用两个或更多个数据库(具有相同类型、不同类型或各类型的组合)。虽然数据库806被展示为计算机802的内部部件，但是在替代性实施方式中，数据库806可以在计算机802的外部。

计算机802还包括存储器807，该存储器可以保存计算机802或连接到网络830的各部件的组合(无论是否展示)的数据。存储器807可以存储符合本披露内容的任何数据。在一些实施方式中，根据计算机802的特定需求、期望或特定实施方式以及所描述的功能，存储器807可以是两种或更多种不同类型的存储器的组合(例如，半导体和磁存储器的组合)。尽管在图8中被展示为单个存储器807，但是根据计算机802的特定需要、期望或特定实施方式以及所描述的功能，也可以使用两个或更多个存储器807(具有相同类型、不同类型或各类型的组合)。虽然存储器807被展示为计算机802的内部部件，但是在替代性实施方式中，存储器807可以在计算机802的外部。

应用程序808可以是根据计算机802的特定需求、期望或特定实施方式以及所描述的功能来提供功能的算法软件引擎。例如，应用程序808可以充当一个或多个部件、模块或应用程序。进一步地，尽管被展示为单个应用程序808，但是应用程序808也可以被实施为计算机802上的多个应用程序808。另外，尽管被展示为在计算机802的内部，但是在替代性实施方式中，应用程序808可以在计算机802的外部。

计算机802还可以包括电源814。电源814可以包括可再充电或不可再充电的电池，该电池可以被配置为用户可替换的或用户不可替换的。在一些实施方式中，电源814可以包括功率转换和管理电路，该功率转换和管理电路包括再充电、待机和功率管理功能。在一些实施方式中，电源814可以包括电源插头，用于使计算机802插入墙壁插座或电源中以例如为计算机802供电或者为可再充电电池充电。

可以有任何数量的计算机802与包含计算机802的计算机系统相关联或在该计算机系统的外部，其中每个计算机802通过网络830进行通信。进一步地，在不脱离本披露内容的范围的情况下，术语“客户端”、“用户”和其他适当的术语可以适当地互换使用。此外，本披露内容设想许多用户可以使用一台计算机802，并且一名用户可以使用多台计算机802。

所描述的主题实施方式可以包括单独或组合的一个或多个特征。

例如，在第一实施方式中，一种计算机实施的方法包括以下内容。由分析和呈现系统使用通过指向一个或多个对象的结构光传感器(SLSe)阵列的结构光照射收集的光信息来生成该一个或多个对象的三维(3D)点云。生成该点云包括定义该3D点云的关于该一个或多个对象上的参考点的点。使用该3D点云对该一个或多个对象执行实时非接触式3D表面测量。由该分析和呈现系统通过分析这些实时非接触式3D表面测量来确定该一个或多个对象的一个或多个部分的变化。

前述和其他描述的实施方式可以各自任选地包括以下特征中的一个或多个：

第一特征，可与以下任何特征相结合，其中，该一个或多个对象包括石化工业操作中使用的装备，其中，该装备包括井口、生产油管和管汇中的一个或多个，并且其中，这些参考点是位于该装备上特定位置的标记。

第二特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe包括激光图案化的照射设备。

第三特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，确定该一个或多个对象的一个或多个部分的变化包括得到结构性质的变化，包括位移、变形、应力/应变状态、以及材料积聚/污染和退化。

第四特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe提供100微米的空间分辨率和大于或等于60赫兹(Hz)的重复率。

第五特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe为该点云中的每个点确定x、y、z、λ值，并且其中，x、y、z是3D空间坐标，并且λ是这些3D空间坐标处的照射波长。

第六特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，该分析和呈现系统包括用于使用可通过监控和数据采集(SCADA)系统获得的数据来关联和预测流量的分析工具。

在第二实施方式中，一种非暂态计算机可读介质存储可由计算机系统执行以执行包括以下各项的操作的一个或多个指令。由分析和呈现系统使用通过指向一个或多个对象的结构光传感器(SLSe)阵列的结构光照射收集的光信息来生成该一个或多个对象的三维(3D)点云。生成该点云包括定义该3D点云的关于该一个或多个对象上的参考点的点。使用该3D点云对该一个或多个对象执行实时非接触式3D表面测量。由该分析和呈现系统通过分析这些实时非接触式3D表面测量来确定该一个或多个对象的一个或多个部分的变化。

前述和其他描述的实施方式可以各自任选地包括以下特征中的一个或多个：

第一特征，可与以下任何特征相结合，其中，该一个或多个对象包括石化工业操作中使用的装备，其中，该装备包括井口、生产油管和管汇中的一个或多个，并且其中，这些参考点是位于该装备上特定位置的标记。

第二特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe包括激光图案化的照射设备。

第三特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，确定该一个或多个对象的一个或多个部分的变化包括得到结构性质的变化，包括位移、变形、应力/应变状态、以及材料积聚/污染和退化。

第四特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe提供100微米的空间分辨率和大于或等于60赫兹(Hz)的重复率。

第五特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe为该点云中的每个点确定x、y、z、λ值，并且其中，x、y、z是3D空间坐标，并且λ是这些3D空间坐标处的照射波长。

第六特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，该分析和呈现系统包括用于使用可通过监控和数据采集(SCADA)系统获得的数据来关联和预测流量的分析工具。

在第三实施方式中，一种计算机实施的系统包括：指向一个或多个对象的结构光传感器(SLSe)阵列；计算机化数据收集系统，该计算机化数据收集系统被配置为从该SLSe阵列收集光信息；分析和呈现系统，该分析和呈现系统被配置为提供从该SLSe阵列收集的光信息的分析和可视化；以及数据传输系统，该数据传输系统用于在SLSe阵列、计算机化数据收集系统以及分析和呈现系统之间传输信息。该计算机实施的系统包括一个或多个处理器和非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质耦接到该一个或多个处理器并存储用于由该一个或多个处理器执行的编程指令。这些编程指令指示一个或多个处理器执行包括以下各项的操作。由分析和呈现系统使用通过指向一个或多个对象的结构光传感器(SLSe)阵列的结构光照射收集的光信息来生成该一个或多个对象的三维(3D)点云。生成该点云包括定义该3D点云的关于该一个或多个对象上的参考点的点。使用该3D点云对该一个或多个对象执行实时非接触式3D表面测量。由该分析和呈现系统通过分析这些实时非接触式3D表面测量来确定该一个或多个对象的一个或多个部分的变化。

前述和其他描述的实施方式可以各自任选地包括以下特征中的一个或多个：

第一特征，可与以下任何特征相结合，其中，该一个或多个对象包括石化工业操作中使用的装备，其中，该装备包括井口、生产油管和管汇中的一个或多个，并且其中，这些参考点是位于该装备上特定位置的标记。

第二特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe包括激光图案化的照射设备。

第三特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，确定该一个或多个对象的一个或多个部分的变化包括得到结构性质的变化，包括位移、变形、应力/应变状态、以及材料积聚/污染和退化。

第四特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe提供100微米的空间分辨率和大于或等于60赫兹(Hz)的重复率。

第五特征，可与前面或以下任何特征相结合，其中，这些SLSe为该点云中的每个点确定x、y、z、λ值，并且其中，x、y、z是3D空间坐标，并且λ是这些3D空间坐标处的照射波长。

本说明书中描述的主题和功能操作的实施方式可以以数字电子电路系统、有形地体现的计算机软件或固件、计算机硬件(包括本说明书中披露的结构和其结构等同物)、或以其中的一个或多个的组合来实施。所述主题的软件实施方式可以被实施为一个或多个计算机程序。每个计算机程序可以包括编码在有形的非暂态计算机可读计算机存储介质上以由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。替代性地或另外地，程序指令可以编码在人工生成的传播信号中/上。例如，信号可以是机器生成的电信号、光信号或电磁信号，产生这些信号是为了对信息进行编码以将其传输到合适的接收器装置从而由数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或计算机存储介质的组合。

术语“数据处理装置”、“计算机”和“电子计算机设备”(或本领域普通技术人员理解的等同物)指的是数据处理硬件。例如，数据处理装置可以涵盖用于处理数据的各种各样的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。该装置还可以包括专用逻辑电路系统，包括例如中央处理单元(CPU)、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。在一些实施方式中，数据处理装置或专用逻辑电路系统(或数据处理装置或专用逻辑电路系统的组合)可以是基于硬件或基于软件的(或基于硬件和基于软件的组合)。该装置可以可选地包括为计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或各执行环境的组合的代码。本披露内容设想了使用具有或不具有如LINUX、UNIX、WINDOWS、MAC OS、ANDROID或IOS等传统操作系统的数据处理装置。

计算机程序，也可以称为或描述为程序、软件、软件应用程序、模块、软件模块、脚本或代码，可以用任何形式的编程语言编写。编程语言可以包括例如编译语言、解释语言、声明语言或程序语言。程序可以用任何形式进行部署，包括作为独立程序、模块、部件、子例程或在计算环境中使用的单元。计算机程序可以但不需要对应于文件系统中的文件。程序可以存储在文件的保存其他程序或数据的部分(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)中、存储在专用于所讨论的程序的单个文件中、或者存储在存储一个或多个模块、子程序、或代码的各部分的多个协调文件中。计算机程序可以被部署用于在一个计算机上或者在位于例如一个站点或跨通过通信网络互连的多个站点分布的计算机上被执行。虽然各个附图中展示的程序的各部分可以被示出为通过各种对象、方法或过程来实施各种特征和功能的单独模块，但是程序可以替代地包括多个子模块、第三方服务、部件和库。相反，各种部件的特征和功能可以适当地组合成单个部件。用于进行计算确定的阈值可以静态地、动态地或者以静态和动态两种方式确定。

本说明书中描述的方法、过程或逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序以通过操作输入数据并生成输出来执行功能的一个或多个可编程计算机执行。这些方法、过程或逻辑流程还可以由专用逻辑电路系统(例如，CPU、FPGA或ASIC)来执行，并且装置还可以被实施为该专用逻辑电路。

适于执行计算机程序的计算机可以基于通用和专用微处理器以及其他种类的CPU中的一个或多个。计算机的元件是用于执行或实施指令的CPU和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，CPU可以从存储器接收指令和数据(并将数据写入存储器)。

图形处理单元(GPU)也可以与CPU结合使用。GPU可以提供与由CPU执行的处理并行发生的专用处理。例如，专用处理可以包括人工智能(AI)应用和处理。GPU可以用于GPU集群或多GPU计算中。

计算机可以包括或者操作性地耦接到用于存储数据的一个或多个大容量存储设备。在一些实施方式中，计算机可以从大容量存储设备接收数据并向该大容量存储设备传输数据，该大容量存储设备包括例如磁盘、磁光盘或光盘。此外，计算机可以嵌入在另一个设备，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器、或比如通用串行总线(USB)闪存驱动器等便携式存储设备。

适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质(暂态或非暂态，视情况而定)可以包括所有形式的永久/非永久和易失性/非易失性存储器、介质和存储器设备。计算机可读介质可以包括例如半导体存储器设备，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、相变存储器(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存设备。计算机可读介质还可以包括例如磁性设备，如磁带、盒式磁带、磁带盒和内部/可移动磁盘。计算机可读介质还可以包括磁光盘和光学存储器设备和技术，包括例如数字视频光盘(DVD)、CD-ROM、DVD+/-R、DVD-RAM、DVD-ROM、HD-DVD和BLU-RAY。存储器可以存储各种对象或数据，包括缓存、类、框架、应用程序、模块、备份数据、任务、网页、网页模板、数据结构、数据库表、储存库和动态信息。存储在存储器中的对象和数据的类型可以包括参数、变量、算法、指令、规则、约束和参考。另外，存储器可以包括日志、策略、安全或访问数据以及报告文件。处理器和存储器可以由专用逻辑电路系统补充或并入专用逻辑电路系统中。

本披露内容中描述的主题的实施方式可以在具有显示设备的计算机上实施，该显示设备用于提供与用户的交互，包括向用户显示信息(以及从用户接收输入)。显示设备的类型可以包括例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)和等离子监视器。显示设备可以包括键盘和定点设备，包括例如鼠标、轨迹球或轨迹板。用户输入还可以通过使用触摸屏(比如具有压力灵敏度的平板计算机表面或使用电容或电传感的多点触摸屏)提供给计算机。可以使用其他种类的设备来提供与用户的交互，该交互包括接收用户反馈，该用户反馈包括例如感官反馈，该感官反馈包括视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。来自用户的输入可以用声音、语音或触觉输入的形式接收。另外，计算机可以通过将文档发送给用户所使用的设备并且从该设备接收文档来与用户交互。例如，响应于从网页浏览器接收的请求，计算机可以将网页发送给用户客户端设备上的网页浏览器。

术语“图形用户界面”或“GUI”可以以单数或复数形式使用，以描述一个或多个图形用户界面以及特定图形用户界面的每个显示。因此，GUI可以表示任何图形用户界面，包括但不限于处理信息并向用户高效地呈现信息结果的网页浏览器、触摸屏或命令行界面(CLI)。通常，GUI可以包括多个用户界面(UI)元素，其中一些或全部与网页浏览器相关联，比如交互式字段、下拉列表和按钮。这些和其他UI元素可以与网页浏览器的功能相关或表示网页浏览器的功能。

本说明书中描述的主题的实施方式可以在包括后端部件(例如作为数据服务器)或者包括中间件部件(例如，应用服务器)的计算系统中实施。此外，计算系统可以包括前端部件，例如，具有图形用户界面或网页浏览器中的一者或两者的客户端计算机，用户可以通过该客户端计算机与计算机进行交互。系统的部件可以通过通信网络中任何形式或媒介的有线或无线数字数据通信(或数据通信的组合)来互连。通信网络的示例包括局域网(LAN)、无线电接入网(RAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、全球微波接入互操作性(WIMAX)、无线局域网(WLAN)(例如，使用802.11a/b/g/n或802.20或协议的组合)、互联网的全部或一部分、或位于一个或多个位置的任何其他通信系统(或通信网络的组合)。网络可以与例如互联网协议(IP)分组、帧中继帧、异步传输模式(ATM)信元、语音、视频、数据或网络地址之间的通信类型的组合进行通信。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常可以彼此远离并且通常可以通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系可以借助于在相应的计算机上运行并且具有客户端-服务器关系的计算机程序产生。

集群文件系统可以是可从多个服务器读取和更新的任何文件系统类型。锁定或一致性跟踪可能不是必需的，因为交换文件系统的锁定可以在应用程序层完成。此外，Unicode数据文件可以不同于非Unicode数据文件。

虽然本说明书包含许多特定实施方式细节，但这些不应被解释为对可能要求保护的事物的范围的限制，而是被解释为对可能特定于特定实施方式的特征的描述。在单独的实施方式的背景下在本说明书中所描述的某些特征还可以组合地在单个实施方式中实施。与此相反，在单个实施方式的背景下描述的不同特征也可以单独地或以任何适合的子组合形式在多个实施方式中实施。此外，尽管先前描述的特征可以被描述为在某些组合中起作用并且甚至最初也是如此要求保护的，但是在一些情况下，可以从组合中除去来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变化。

已经描述了主题的特定实施方式。所描述的实施方式的其他实施方式、更改和排列在所附权利要求的范围内，这对于本领域的技术人员将是显而易见的。虽然附图或权利要求中以具体顺序描绘了操作，但这不应被理解成要求这种操作以所示的具体顺序或以有序顺序执行，或者要求可以执行所有展示的操作(一些操作可以被认为是任选的)，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理或并行处理(或多任务处理和并行处理的组合)可能是有利的，并在被认为适当的情况下执行。

此外，先前描述的实施方式中各种系统模块和部件的分离或集成不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离或集成。应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以在单个软件产品中集成在一起或封装到多个软件产品中。

因此，先前描述的示例实施方式不限定或限制本披露。在不脱离本披露的精神和范围的情况下，其他改变、替代和变更也是可能的。

此外，任何所要求保护的实施方式都被认为至少适用于以下各项：计算机实施的方法；存储有计算机可读指令以执行计算机实施的方法的非暂态计算机可读介质；以及计算机系统，该计算机系统包括与硬件处理器可互操作地耦接的计算机存储器，该硬件处理器被配置为执行计算机实施的方法或存储在非暂态计算机可读介质上的指令。