淺析MATLAB在海洋鋼結構物測量中的應用

張吉合　徐東方　曾紅杰

摘 要：文章結合海洋鋼結構物實際測量工作，展示MATLAB在測量數(shù)據(jù)分析中的優(yōu)異性，給出了部分源代碼及主要的注釋。

關鍵詞：Matlab；海洋鋼結構物；深水導管；TLP平臺；深水組塊

引言

隨著我國逐步邁入海洋深水油氣田的開發(fā)時代，海洋鋼結構物的質量控制工作也相應的要求越來越高。受場地，資源，吊裝等各方面因素影響，動則上萬噸的海洋鋼結構物在預制階段是分片建造的，最后進行陸地總裝或者是海上對接的工作?，F(xiàn)行主要的建造標準是美國海上固定平臺規(guī)劃，設計和建造的推薦做法（API RP 2A-WSD），標準中關于結構物總體尺寸允許偏差范圍絕大部分都在十毫米左右，相較于結構物數(shù)百米高和上萬噸的規(guī)模，對尺寸控制工作要求之嚴可略見一斑。

在測量過程中，除了制定科學的測量方法并應用先進的測量儀器，測量數(shù)據(jù)的分析也同時是非常重要的一環(huán)，Matlab正可以作為一種可靠的數(shù)據(jù)分析計算軟件。

Matlab目前由美國的Math Works公司不斷完善，名字取自矩陣（matrix）和實驗室（laboratory）兩個英文單詞的前三個字母組合。MATLAB具有可靠的數(shù)值計算能力，同時具有繪圖功能，利于數(shù)據(jù)的可視化。對于非計算機專業(yè)的測量人員來說，Matlab直觀的程序開發(fā)環(huán)境和無需編程人員再次驗證的豐富的庫函數(shù)，都是編寫測量數(shù)據(jù)分析程序的有利保證。

1 Matlab實例應用分析

1.1 鋼結構物建造過程中沉降測量

考慮到運輸?shù)某杀炯氨憷裕笮偷暮Ｑ箐摻Y構物，如深水導管架，大型油氣平臺等都需要在海邊的場地上進行建造。而海邊的生產基地一般是在回填區(qū)上興建的，在很長一段時間中總是會有地面沉降的情況，在整個結構物建造的過程中，基準面沉降觀測是一個持續(xù)進行的工作，是整個工程順利完工的重要保障。

以某結構物與地面一處接觸基準點為例，一星期觀測高程一次，至發(fā)文時共進行9次觀測。數(shù)據(jù)如表1所示：

這樣，通過Matlab的幫助，測量結果直觀的顯示了結構物的沉降情況及趨勢，為建造過程中進行實時的調整提供了有力的保證。

1.2 圓心坐標測量

海洋鋼結構物在建造中會有大量的對接工作，如組塊在陸地組裝時，各層甲板片的對接，組塊在海上與下部導管架相對接等。要保證空間對接的準確性，在預制的時候就需要得到各立柱腿的圓心坐標，然后計算出準確的立柱跨距值。

立柱腿是由符合條件的鋼板卷制，焊接形成的，基本結構是中空的圓柱體，外徑減內徑之差就是鋼板的厚度。對于這樣的結構體，因全站儀采集數(shù)據(jù)的時候只能采集到直觀可見的點位信息，故很難直接得到圓心的坐標值。這樣就需要通過測量圓柱體外表面上的部分點位信息，通過三點擬合圓心的經典方法間接來確定目標的圓心坐標信息。

在二維平面中，已知三點坐標A（X1，Y1）；B（X2，Y2）；C（X3，Y3），通過這三點的圓的圓心坐標設為O（X，Y），半徑為R，可通過以下三個方程得到圓心坐標值及半徑。

結果顯示此圓圓心坐標為（11，-6），半徑值為11.4018。整個過程方便準確，使用全站儀測存所有需要的點位信息后，選擇將數(shù)據(jù)輸出為"TXT"文件格式，然后通過Matlab中Import data功能將數(shù)據(jù)導入Matlab中，需注意的是要選擇好程序辨認數(shù)據(jù)的符號，如Comma（逗號），Semicolon（分號），Space（空格）等。

2 Matlab應用于深水平臺前瞻

我國海洋石油作業(yè)水深早已成功的突破300米，但對于1500米深度以上的油田開發(fā)還有很多需要學習和借鑒外部先進技術的地方。

在深海，傳統(tǒng)的樁基式平臺已不能滿足需要，未來必然需要建造大量的深水平臺才能有效的開發(fā)深海中的資源。當今世界上主流的深水平臺主要有兩種，TLP（深水張力腿平臺）和spar（深吃水柱筒式平臺）。

第一座實用的TLP平臺于1984年在北海投產，主要由平臺上體結構，立柱和張力腿系統(tǒng)組成。為了減少建造成本，平臺上體結構盡量采用模塊化拼接，且重量控制非常嚴格，同時根據(jù)立柱的不同設計模式，準確測量間距，垂直度，水平角的數(shù)據(jù)，這樣嚴格的測量數(shù)據(jù)分析過程必不可少，matlab中大量的數(shù)值運算函數(shù)將會有力的幫助測量人員分析數(shù)據(jù)。對于Spar平臺，結構較為簡單，但可直接進行井口作業(yè)，在建造時相應的一些小模塊體通過采集大量的數(shù)據(jù)形成實際三維模型，并與設計模型對比，可分析出尺寸的精確程度，matlab中的二維及三維圖形函數(shù)有望得到更多的開發(fā)及利用。

3 結束語

誠然，Matlab也有明顯的缺點，其程序不經過編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序必須依托Matlab執(zhí)行，運算較慢，可移植性差，難以加入其他的軟件進行聯(lián)合運算。但是，其給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境，程序書寫形式自由，這樣非專業(yè)編程人員的測量工程師也能便利的寫出自己需要的程序，加上準確可靠的函數(shù)，不得不說是數(shù)據(jù)分析處理及數(shù)據(jù)可視化的有力工具。相信將來，Matlab在海洋鋼結構測量數(shù)據(jù)處理過程中會有更多的應用。

參考文獻

[1]鄧薇.MATLAB函數(shù)全能速查寶典[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]張智，等.1990年后世界TLP平臺的發(fā)展狀況[J].中國海洋平臺，2004，19（2）：5-11.

作者簡介：張吉合（1982-），男，工程師，現(xiàn)從事海洋鋼結構質量管理工作。

徐東方（1988-），男，助理工程師。

曾紅杰（1987-），男，助理工程師。endprint

摘 要：文章結合海洋鋼結構物實際測量工作，展示MATLAB在測量數(shù)據(jù)分析中的優(yōu)異性，給出了部分源代碼及主要的注釋。

關鍵詞：Matlab；海洋鋼結構物；深水導管；TLP平臺；深水組塊

引言

隨著我國逐步邁入海洋深水油氣田的開發(fā)時代，海洋鋼結構物的質量控制工作也相應的要求越來越高。受場地，資源，吊裝等各方面因素影響，動則上萬噸的海洋鋼結構物在預制階段是分片建造的，最后進行陸地總裝或者是海上對接的工作?，F(xiàn)行主要的建造標準是美國海上固定平臺規(guī)劃，設計和建造的推薦做法（API RP 2A-WSD），標準中關于結構物總體尺寸允許偏差范圍絕大部分都在十毫米左右，相較于結構物數(shù)百米高和上萬噸的規(guī)模，對尺寸控制工作要求之嚴可略見一斑。

在測量過程中，除了制定科學的測量方法并應用先進的測量儀器，測量數(shù)據(jù)的分析也同時是非常重要的一環(huán)，Matlab正可以作為一種可靠的數(shù)據(jù)分析計算軟件。

Matlab目前由美國的Math Works公司不斷完善，名字取自矩陣（matrix）和實驗室（laboratory）兩個英文單詞的前三個字母組合。MATLAB具有可靠的數(shù)值計算能力，同時具有繪圖功能，利于數(shù)據(jù)的可視化。對于非計算機專業(yè)的測量人員來說，Matlab直觀的程序開發(fā)環(huán)境和無需編程人員再次驗證的豐富的庫函數(shù)，都是編寫測量數(shù)據(jù)分析程序的有利保證。

1 Matlab實例應用分析

1.1 鋼結構物建造過程中沉降測量

考慮到運輸?shù)某杀炯氨憷裕笮偷暮Ｑ箐摻Y構物，如深水導管架，大型油氣平臺等都需要在海邊的場地上進行建造。而海邊的生產基地一般是在回填區(qū)上興建的，在很長一段時間中總是會有地面沉降的情況，在整個結構物建造的過程中，基準面沉降觀測是一個持續(xù)進行的工作，是整個工程順利完工的重要保障。

以某結構物與地面一處接觸基準點為例，一星期觀測高程一次，至發(fā)文時共進行9次觀測。數(shù)據(jù)如表1所示：

這樣，通過Matlab的幫助，測量結果直觀的顯示了結構物的沉降情況及趨勢，為建造過程中進行實時的調整提供了有力的保證。

1.2 圓心坐標測量

海洋鋼結構物在建造中會有大量的對接工作，如組塊在陸地組裝時，各層甲板片的對接，組塊在海上與下部導管架相對接等。要保證空間對接的準確性，在預制的時候就需要得到各立柱腿的圓心坐標，然后計算出準確的立柱跨距值。

立柱腿是由符合條件的鋼板卷制，焊接形成的，基本結構是中空的圓柱體，外徑減內徑之差就是鋼板的厚度。對于這樣的結構體，因全站儀采集數(shù)據(jù)的時候只能采集到直觀可見的點位信息，故很難直接得到圓心的坐標值。這樣就需要通過測量圓柱體外表面上的部分點位信息，通過三點擬合圓心的經典方法間接來確定目標的圓心坐標信息。

在二維平面中，已知三點坐標A（X1，Y1）；B（X2，Y2）；C（X3，Y3），通過這三點的圓的圓心坐標設為O（X，Y），半徑為R，可通過以下三個方程得到圓心坐標值及半徑。

結果顯示此圓圓心坐標為（11，-6），半徑值為11.4018。整個過程方便準確，使用全站儀測存所有需要的點位信息后，選擇將數(shù)據(jù)輸出為"TXT"文件格式，然后通過Matlab中Import data功能將數(shù)據(jù)導入Matlab中，需注意的是要選擇好程序辨認數(shù)據(jù)的符號，如Comma（逗號），Semicolon（分號），Space（空格）等。

2 Matlab應用于深水平臺前瞻

我國海洋石油作業(yè)水深早已成功的突破300米，但對于1500米深度以上的油田開發(fā)還有很多需要學習和借鑒外部先進技術的地方。

在深海，傳統(tǒng)的樁基式平臺已不能滿足需要，未來必然需要建造大量的深水平臺才能有效的開發(fā)深海中的資源。當今世界上主流的深水平臺主要有兩種，TLP（深水張力腿平臺）和spar（深吃水柱筒式平臺）。

第一座實用的TLP平臺于1984年在北海投產，主要由平臺上體結構，立柱和張力腿系統(tǒng)組成。為了減少建造成本，平臺上體結構盡量采用模塊化拼接，且重量控制非常嚴格，同時根據(jù)立柱的不同設計模式，準確測量間距，垂直度，水平角的數(shù)據(jù)，這樣嚴格的測量數(shù)據(jù)分析過程必不可少，matlab中大量的數(shù)值運算函數(shù)將會有力的幫助測量人員分析數(shù)據(jù)。對于Spar平臺，結構較為簡單，但可直接進行井口作業(yè)，在建造時相應的一些小模塊體通過采集大量的數(shù)據(jù)形成實際三維模型，并與設計模型對比，可分析出尺寸的精確程度，matlab中的二維及三維圖形函數(shù)有望得到更多的開發(fā)及利用。

3 結束語

誠然，Matlab也有明顯的缺點，其程序不經過編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序必須依托Matlab執(zhí)行，運算較慢，可移植性差，難以加入其他的軟件進行聯(lián)合運算。但是，其給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境，程序書寫形式自由，這樣非專業(yè)編程人員的測量工程師也能便利的寫出自己需要的程序，加上準確可靠的函數(shù)，不得不說是數(shù)據(jù)分析處理及數(shù)據(jù)可視化的有力工具。相信將來，Matlab在海洋鋼結構測量數(shù)據(jù)處理過程中會有更多的應用。

參考文獻

[1]鄧薇.MATLAB函數(shù)全能速查寶典[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]張智，等.1990年后世界TLP平臺的發(fā)展狀況[J].中國海洋平臺，2004，19（2）：5-11.

作者簡介：張吉合（1982-），男，工程師，現(xiàn)從事海洋鋼結構質量管理工作。

徐東方（1988-），男，助理工程師。

曾紅杰（1987-），男，助理工程師。endprint

摘 要：文章結合海洋鋼結構物實際測量工作，展示MATLAB在測量數(shù)據(jù)分析中的優(yōu)異性，給出了部分源代碼及主要的注釋。

關鍵詞：Matlab；海洋鋼結構物；深水導管；TLP平臺；深水組塊

引言

隨著我國逐步邁入海洋深水油氣田的開發(fā)時代，海洋鋼結構物的質量控制工作也相應的要求越來越高。受場地，資源，吊裝等各方面因素影響，動則上萬噸的海洋鋼結構物在預制階段是分片建造的，最后進行陸地總裝或者是海上對接的工作?，F(xiàn)行主要的建造標準是美國海上固定平臺規(guī)劃，設計和建造的推薦做法（API RP 2A-WSD），標準中關于結構物總體尺寸允許偏差范圍絕大部分都在十毫米左右，相較于結構物數(shù)百米高和上萬噸的規(guī)模，對尺寸控制工作要求之嚴可略見一斑。

在測量過程中，除了制定科學的測量方法并應用先進的測量儀器，測量數(shù)據(jù)的分析也同時是非常重要的一環(huán)，Matlab正可以作為一種可靠的數(shù)據(jù)分析計算軟件。

Matlab目前由美國的Math Works公司不斷完善，名字取自矩陣（matrix）和實驗室（laboratory）兩個英文單詞的前三個字母組合。MATLAB具有可靠的數(shù)值計算能力，同時具有繪圖功能，利于數(shù)據(jù)的可視化。對于非計算機專業(yè)的測量人員來說，Matlab直觀的程序開發(fā)環(huán)境和無需編程人員再次驗證的豐富的庫函數(shù)，都是編寫測量數(shù)據(jù)分析程序的有利保證。

1 Matlab實例應用分析

1.1 鋼結構物建造過程中沉降測量

考慮到運輸?shù)某杀炯氨憷?，大型的海洋鋼結構物，如深水導管架，大型油氣平臺等都需要在海邊的場地上進行建造。而海邊的生產基地一般是在回填區(qū)上興建的，在很長一段時間中總是會有地面沉降的情況，在整個結構物建造的過程中，基準面沉降觀測是一個持續(xù)進行的工作，是整個工程順利完工的重要保障。

以某結構物與地面一處接觸基準點為例，一星期觀測高程一次，至發(fā)文時共進行9次觀測。數(shù)據(jù)如表1所示：

這樣，通過Matlab的幫助，測量結果直觀的顯示了結構物的沉降情況及趨勢，為建造過程中進行實時的調整提供了有力的保證。

1.2 圓心坐標測量

海洋鋼結構物在建造中會有大量的對接工作，如組塊在陸地組裝時，各層甲板片的對接，組塊在海上與下部導管架相對接等。要保證空間對接的準確性，在預制的時候就需要得到各立柱腿的圓心坐標，然后計算出準確的立柱跨距值。

立柱腿是由符合條件的鋼板卷制，焊接形成的，基本結構是中空的圓柱體，外徑減內徑之差就是鋼板的厚度。對于這樣的結構體，因全站儀采集數(shù)據(jù)的時候只能采集到直觀可見的點位信息，故很難直接得到圓心的坐標值。這樣就需要通過測量圓柱體外表面上的部分點位信息，通過三點擬合圓心的經典方法間接來確定目標的圓心坐標信息。

在二維平面中，已知三點坐標A（X1，Y1）；B（X2，Y2）；C（X3，Y3），通過這三點的圓的圓心坐標設為O（X，Y），半徑為R，可通過以下三個方程得到圓心坐標值及半徑。

結果顯示此圓圓心坐標為（11，-6），半徑值為11.4018。整個過程方便準確，使用全站儀測存所有需要的點位信息后，選擇將數(shù)據(jù)輸出為"TXT"文件格式，然后通過Matlab中Import data功能將數(shù)據(jù)導入Matlab中，需注意的是要選擇好程序辨認數(shù)據(jù)的符號，如Comma（逗號），Semicolon（分號），Space（空格）等。

2 Matlab應用于深水平臺前瞻

我國海洋石油作業(yè)水深早已成功的突破300米，但對于1500米深度以上的油田開發(fā)還有很多需要學習和借鑒外部先進技術的地方。

在深海，傳統(tǒng)的樁基式平臺已不能滿足需要，未來必然需要建造大量的深水平臺才能有效的開發(fā)深海中的資源。當今世界上主流的深水平臺主要有兩種，TLP（深水張力腿平臺）和spar（深吃水柱筒式平臺）。

第一座實用的TLP平臺于1984年在北海投產，主要由平臺上體結構，立柱和張力腿系統(tǒng)組成。為了減少建造成本，平臺上體結構盡量采用模塊化拼接，且重量控制非常嚴格，同時根據(jù)立柱的不同設計模式，準確測量間距，垂直度，水平角的數(shù)據(jù)，這樣嚴格的測量數(shù)據(jù)分析過程必不可少，matlab中大量的數(shù)值運算函數(shù)將會有力的幫助測量人員分析數(shù)據(jù)。對于Spar平臺，結構較為簡單，但可直接進行井口作業(yè)，在建造時相應的一些小模塊體通過采集大量的數(shù)據(jù)形成實際三維模型，并與設計模型對比，可分析出尺寸的精確程度，matlab中的二維及三維圖形函數(shù)有望得到更多的開發(fā)及利用。

3 結束語

誠然，Matlab也有明顯的缺點，其程序不經過編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序必須依托Matlab執(zhí)行，運算較慢，可移植性差，難以加入其他的軟件進行聯(lián)合運算。但是，其給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境，程序書寫形式自由，這樣非專業(yè)編程人員的測量工程師也能便利的寫出自己需要的程序，加上準確可靠的函數(shù)，不得不說是數(shù)據(jù)分析處理及數(shù)據(jù)可視化的有力工具。相信將來，Matlab在海洋鋼結構測量數(shù)據(jù)處理過程中會有更多的應用。

參考文獻

[1]鄧薇.MATLAB函數(shù)全能速查寶典[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]張智，等.1990年后世界TLP平臺的發(fā)展狀況[J].中國海洋平臺，2004，19（2）：5-11.

作者簡介：張吉合（1982-），男，工程師，現(xiàn)從事海洋鋼結構質量管理工作。

徐東方（1988-），男，助理工程師。

曾紅杰（1987-），男，助理工程師。endprint