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在測量數據分析中的優異性，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。現行主要的建造標準是美國海上固定平臺規劃，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，相較于結構物數百米高和上萬噸的規模，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，測量數據的分析也同時是非常重要的一環，Matlab正可以作為一種可靠的數據分析計算軟件。

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具有可靠的數值計算能力，同時具有繪圖功能，利于數據的可視化。對于非計算機專業的測量人員來說，Matlab直觀的程序開發環境和無需編程人員再次驗證的豐富的庫函數，都是編寫測量數據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

考慮到運輸的成本及便利性，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，至發文時共進行9次觀測。數據如表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，因全站儀采集數據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，選擇將數據輸出為"TXT"文件格式，然后通過Matlab中Import data功能將數據導入Matlab中，需注意的是要選擇好程序辨認數據的符號，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，同時根據立柱的不同設計模式，準確測量間距，垂直度，水平角的數據，這樣嚴格的測量數據分析過程必不可少，matlab中大量的數值運算函數將會有力的幫助測量人員分析數據。對于Spar平臺，結構較為簡單，但可直接進行井口作業，在建造時相應的一些小模塊體通過采集大量的數據形成實際三維模型，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有望得到更多的開發及利用。

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，也不生成可執行文件，程序必須依托Matlab執行，運算較慢，可移植性差，難以加入其他的軟件進行聯合運算。但是，其給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發環境，程序書寫形式自由，這樣非專業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，不得不說是數據分析處理及數據可視化的有力工具。相信將來，Matlab在海洋鋼結構測量數據處理過程中會有更多的應用。

參考文獻

[1]鄧薇.MATLAB函數全能速查寶典[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在測量數據分析中的優異性，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。現行主要的建造標準是美國海上固定平臺規劃，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，相較于結構物數百米高和上萬噸的規模，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，測量數據的分析也同時是非常重要的一環，Matlab正可以作為一種可靠的數據分析計算軟件。

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具有可靠的數值計算能力，同時具有繪圖功能，利于數據的可視化。對于非計算機專業的測量人員來說，Matlab直觀的程序開發環境和無需編程人員再次驗證的豐富的庫函數，都是編寫測量數據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

考慮到運輸的成本及便利性，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，至發文時共進行9次觀測。數據如表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，因全站儀采集數據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，選擇將數據輸出為"TXT"文件格式，然后通過Matlab中Import data功能將數據導入Matlab中，需注意的是要選擇好程序辨認數據的符號，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，同時根據立柱的不同設計模式，準確測量間距，垂直度，水平角的數據，這樣嚴格的測量數據分析過程必不可少，matlab中大量的數值運算函數將會有力的幫助測量人員分析數據。對于Spar平臺，結構較為簡單，但可直接進行井口作業，在建造時相應的一些小模塊體通過采集大量的數據形成實際三維模型，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有望得到更多的開發及利用。

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，也不生成可執行文件，程序必須依托Matlab執行，運算較慢，可移植性差，難以加入其他的軟件進行聯合運算。但是，其給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發環境，程序書寫形式自由，這樣非專業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，不得不說是數據分析處理及數據可視化的有力工具。相信將來，Matlab在海洋鋼結構測量數據處理過程中會有更多的應用。

參考文獻

[1]鄧薇.MATLAB函數全能速查寶典[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在測量數據分析中的優異性，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。現行主要的建造標準是美國海上固定平臺規劃，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，相較于結構物數百米高和上萬噸的規模，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，測量數據的分析也同時是非常重要的一環，Matlab正可以作為一種可靠的數據分析計算軟件。

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具有可靠的數值計算能力，同時具有繪圖功能，利于數據的可視化。對于非計算機專業的測量人員來說，Matlab直觀的程序開發環境和無需編程人員再次驗證的豐富的庫函數，都是編寫測量數據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

考慮到運輸的成本及便利性，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，至發文時共進行9次觀測。數據如表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，因全站儀采集數據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，選擇將數據輸出為"TXT"文件格式，然后通過Matlab中Import data功能將數據導入Matlab中，需注意的是要選擇好程序辨認數據的符號，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，同時根據立柱的不同設計模式，準確測量間距，垂直度，水平角的數據，這樣嚴格的測量數據分析過程必不可少，matlab中大量的數值運算函數將會有力的幫助測量人員分析數據。對于Spar平臺，結構較為簡單，但可直接進行井口作業，在建造時相應的一些小模塊體通過采集大量的數據形成實際三維模型，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有望得到更多的開發及利用。

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，也不生成可執行文件，程序必須依托Matlab執行，運算較慢，可移植性差，難以加入其他的軟件進行聯合運算。但是，其給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發環境，程序書寫形式自由，這樣非專業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，不得不說是數據分析處理及數據可視化的有力工具。相信將來，Matlab在海洋鋼結構測量數據處理過程中會有更多的應用。

參考文獻

[1]鄧薇.MATLAB函數全能速查寶典[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