浅析MATLAB在海洋钢结构物测量中的应用

张吉合　徐东方　曾红杰

摘 要：文章结合海洋钢结构物实际测量工作，展示MATLAB在测量数据分析中的优异性，给出了部分源代码及主要的注释。

关键词：Matlab；海洋钢结构物；深水导管；TLP平台；深水组块

引言

随着我国逐步迈入海洋深水油气田的开发时代，海洋钢结构物的质量控制工作也相应的要求越来越高。受场地，资源，吊装等各方面因素影响，动则上万吨的海洋钢结构物在预制阶段是分片建造的，最后进行陆地总装或者是海上对接的工作。现行主要的建造标准是美国海上固定平台规划，设计和建造的推荐做法（API RP 2A-WSD），标准中关于结构物总体尺寸允许偏差范围绝大部分都在十毫米左右，相较于结构物数百米高和上万吨的规模，对尺寸控制工作要求之严可略见一斑。

在测量过程中，除了制定科学的测量方法并应用先进的测量仪器，测量数据的分析也同时是非常重要的一环，Matlab正可以作为一种可靠的数据分析计算软件。

Matlab目前由美国的Math Works公司不断完善，名字取自矩阵（matrix）和实验室（laboratory）两个英文单词的前三个字母组合。MATLAB具有可靠的数值计算能力，同时具有绘图功能，利于数据的可视化。对于非计算机专业的测量人员来说，Matlab直观的程序开发环境和无需编程人员再次验证的丰富的库函数，都是编写测量数据分析程序的有利保证。

1 Matlab实例应用分析

1.1 钢结构物建造过程中沉降测量

考虑到运输的成本及便利性，大型的海洋钢结构物，如深水导管架，大型油气平台等都需要在海边的场地上进行建造。而海边的生产基地一般是在回填区上兴建的，在很长一段时间中总是会有地面沉降的情况，在整个结构物建造的过程中，基准面沉降观测是一个持续进行的工作，是整个工程顺利完工的重要保障。

以某结构物与地面一处接触基准点为例，一星期观测高程一次，至发文时共进行9次观测。数据如表1所示：

这样，通过Matlab的帮助，测量结果直观的显示了结构物的沉降情况及趋势，为建造过程中进行实时的调整提供了有力的保证。

1.2 圆心坐标测量

海洋钢结构物在建造中会有大量的对接工作，如组块在陆地组装时，各层甲板片的对接，组块在海上与下部导管架相对接等。要保证空间对接的准确性，在预制的时候就需要得到各立柱腿的圆心坐标，然后计算出准确的立柱跨距值。

立柱腿是由符合条件的钢板卷制，焊接形成的，基本结构是中空的圆柱体，外径减内径之差就是钢板的厚度。对于这样的结构体，因全站仪采集数据的时候只能采集到直观可见的点位信息，故很难直接得到圆心的坐标值。这样就需要通过测量圆柱体外表面上的部分点位信息，通过三点拟合圆心的经典方法间接来确定目标的圆心坐标信息。

在二维平面中，已知三点坐标A（X1，Y1）；B（X2，Y2）；C（X3，Y3），通过这三点的圆的圆心坐标设为O（X，Y），半径为R，可通过以下三个方程得到圆心坐标值及半径。

结果显示此圆圆心坐标为（11，-6），半径值为11.4018。整个过程方便准确，使用全站仪测存所有需要的点位信息后，选择将数据输出为"TXT"文件格式，然后通过Matlab中Import data功能将数据导入Matlab中，需注意的是要选择好程序辨认数据的符号，如Comma（逗号），Semicolon（分号），Space（空格）等。

2 Matlab应用于深水平台前瞻

我国海洋石油作业水深早已成功的突破300米，但对于1500米深度以上的油田开发还有很多需要学习和借鉴外部先进技术的地方。

在深海，传统的桩基式平台已不能满足需要，未来必然需要建造大量的深水平台才能有效的开发深海中的资源。当今世界上主流的深水平台主要有两种，TLP（深水张力腿平台）和spar（深吃水柱筒式平台）。

第一座实用的TLP平台于1984年在北海投产，主要由平台上体结构，立柱和张力腿系统组成。为了减少建造成本，平台上体结构尽量采用模块化拼接，且重量控制非常严格，同时根据立柱的不同设计模式，准确测量间距，垂直度，水平角的数据，这样严格的测量数据分析过程必不可少，matlab中大量的数值运算函数将会有力的帮助测量人员分析数据。对于Spar平台，结构较为简单，但可直接进行井口作业，在建造时相应的一些小模块体通过采集大量的数据形成实际三维模型，并与设计模型对比，可分析出尺寸的精确程度，matlab中的二维及三维图形函数有望得到更多的开发及利用。

3 结束语

诚然，Matlab也有明显的缺点，其程序不经过编译等预处理，也不生成可执行文件，程序必须依托Matlab执行，运算较慢，可移植性差，难以加入其他的软件进行联合运算。但是，其给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境，程序书写形式自由，这样非专业编程人员的测量工程师也能便利的写出自己需要的程序，加上准确可靠的函数，不得不说是数据分析处理及数据可视化的有力工具。相信将来，Matlab在海洋钢结构测量数据处理过程中会有更多的应用。

参考文献

[1]邓薇.MATLAB函数全能速查宝典[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]张智，等.1990年后世界TLP平台的发展状况[J].中国海洋平台，2004，19（2）：5-11.

作者简介：张吉合（1982-），男，工程师，现从事海洋钢结构质量管理工作。

徐东方（1988-），男，助理工程师。

曾红杰（1987-），男，助理工程师。endprint

摘 要：文章结合海洋钢结构物实际测量工作，展示MATLAB在测量数据分析中的优异性，给出了部分源代码及主要的注释。

关键词：Matlab；海洋钢结构物；深水导管；TLP平台；深水组块

引言

随着我国逐步迈入海洋深水油气田的开发时代，海洋钢结构物的质量控制工作也相应的要求越来越高。受场地，资源，吊装等各方面因素影响，动则上万吨的海洋钢结构物在预制阶段是分片建造的，最后进行陆地总装或者是海上对接的工作。现行主要的建造标准是美国海上固定平台规划，设计和建造的推荐做法（API RP 2A-WSD），标准中关于结构物总体尺寸允许偏差范围绝大部分都在十毫米左右，相较于结构物数百米高和上万吨的规模，对尺寸控制工作要求之严可略见一斑。

在测量过程中，除了制定科学的测量方法并应用先进的测量仪器，测量数据的分析也同时是非常重要的一环，Matlab正可以作为一种可靠的数据分析计算软件。

Matlab目前由美国的Math Works公司不断完善，名字取自矩阵（matrix）和实验室（laboratory）两个英文单词的前三个字母组合。MATLAB具有可靠的数值计算能力，同时具有绘图功能，利于数据的可视化。对于非计算机专业的测量人员来说，Matlab直观的程序开发环境和无需编程人员再次验证的丰富的库函数，都是编写测量数据分析程序的有利保证。

1 Matlab实例应用分析

1.1 钢结构物建造过程中沉降测量

考虑到运输的成本及便利性，大型的海洋钢结构物，如深水导管架，大型油气平台等都需要在海边的场地上进行建造。而海边的生产基地一般是在回填区上兴建的，在很长一段时间中总是会有地面沉降的情况，在整个结构物建造的过程中，基准面沉降观测是一个持续进行的工作，是整个工程顺利完工的重要保障。

以某结构物与地面一处接触基准点为例，一星期观测高程一次，至发文时共进行9次观测。数据如表1所示：

这样，通过Matlab的帮助，测量结果直观的显示了结构物的沉降情况及趋势，为建造过程中进行实时的调整提供了有力的保证。

1.2 圆心坐标测量

海洋钢结构物在建造中会有大量的对接工作，如组块在陆地组装时，各层甲板片的对接，组块在海上与下部导管架相对接等。要保证空间对接的准确性，在预制的时候就需要得到各立柱腿的圆心坐标，然后计算出准确的立柱跨距值。

立柱腿是由符合条件的钢板卷制，焊接形成的，基本结构是中空的圆柱体，外径减内径之差就是钢板的厚度。对于这样的结构体，因全站仪采集数据的时候只能采集到直观可见的点位信息，故很难直接得到圆心的坐标值。这样就需要通过测量圆柱体外表面上的部分点位信息，通过三点拟合圆心的经典方法间接来确定目标的圆心坐标信息。

在二维平面中，已知三点坐标A（X1，Y1）；B（X2，Y2）；C（X3，Y3），通过这三点的圆的圆心坐标设为O（X，Y），半径为R，可通过以下三个方程得到圆心坐标值及半径。

结果显示此圆圆心坐标为（11，-6），半径值为11.4018。整个过程方便准确，使用全站仪测存所有需要的点位信息后，选择将数据输出为"TXT"文件格式，然后通过Matlab中Import data功能将数据导入Matlab中，需注意的是要选择好程序辨认数据的符号，如Comma（逗号），Semicolon（分号），Space（空格）等。

2 Matlab应用于深水平台前瞻

我国海洋石油作业水深早已成功的突破300米，但对于1500米深度以上的油田开发还有很多需要学习和借鉴外部先进技术的地方。

在深海，传统的桩基式平台已不能满足需要，未来必然需要建造大量的深水平台才能有效的开发深海中的资源。当今世界上主流的深水平台主要有两种，TLP（深水张力腿平台）和spar（深吃水柱筒式平台）。

第一座实用的TLP平台于1984年在北海投产，主要由平台上体结构，立柱和张力腿系统组成。为了减少建造成本，平台上体结构尽量采用模块化拼接，且重量控制非常严格，同时根据立柱的不同设计模式，准确测量间距，垂直度，水平角的数据，这样严格的测量数据分析过程必不可少，matlab中大量的数值运算函数将会有力的帮助测量人员分析数据。对于Spar平台，结构较为简单，但可直接进行井口作业，在建造时相应的一些小模块体通过采集大量的数据形成实际三维模型，并与设计模型对比，可分析出尺寸的精确程度，matlab中的二维及三维图形函数有望得到更多的开发及利用。

3 结束语

诚然，Matlab也有明显的缺点，其程序不经过编译等预处理，也不生成可执行文件，程序必须依托Matlab执行，运算较慢，可移植性差，难以加入其他的软件进行联合运算。但是，其给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境，程序书写形式自由，这样非专业编程人员的测量工程师也能便利的写出自己需要的程序，加上准确可靠的函数，不得不说是数据分析处理及数据可视化的有力工具。相信将来，Matlab在海洋钢结构测量数据处理过程中会有更多的应用。

参考文献

[1]邓薇.MATLAB函数全能速查宝典[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]张智，等.1990年后世界TLP平台的发展状况[J].中国海洋平台，2004，19（2）：5-11.

作者简介：张吉合（1982-），男，工程师，现从事海洋钢结构质量管理工作。

徐东方（1988-），男，助理工程师。

曾红杰（1987-），男，助理工程师。endprint

摘 要：文章结合海洋钢结构物实际测量工作，展示MATLAB在测量数据分析中的优异性，给出了部分源代码及主要的注释。

关键词：Matlab；海洋钢结构物；深水导管；TLP平台；深水组块

引言

随着我国逐步迈入海洋深水油气田的开发时代，海洋钢结构物的质量控制工作也相应的要求越来越高。受场地，资源，吊装等各方面因素影响，动则上万吨的海洋钢结构物在预制阶段是分片建造的，最后进行陆地总装或者是海上对接的工作。现行主要的建造标准是美国海上固定平台规划，设计和建造的推荐做法（API RP 2A-WSD），标准中关于结构物总体尺寸允许偏差范围绝大部分都在十毫米左右，相较于结构物数百米高和上万吨的规模，对尺寸控制工作要求之严可略见一斑。

在测量过程中，除了制定科学的测量方法并应用先进的测量仪器，测量数据的分析也同时是非常重要的一环，Matlab正可以作为一种可靠的数据分析计算软件。

Matlab目前由美国的Math Works公司不断完善，名字取自矩阵（matrix）和实验室（laboratory）两个英文单词的前三个字母组合。MATLAB具有可靠的数值计算能力，同时具有绘图功能，利于数据的可视化。对于非计算机专业的测量人员来说，Matlab直观的程序开发环境和无需编程人员再次验证的丰富的库函数，都是编写测量数据分析程序的有利保证。

1 Matlab实例应用分析

1.1 钢结构物建造过程中沉降测量

考虑到运输的成本及便利性，大型的海洋钢结构物，如深水导管架，大型油气平台等都需要在海边的场地上进行建造。而海边的生产基地一般是在回填区上兴建的，在很长一段时间中总是会有地面沉降的情况，在整个结构物建造的过程中，基准面沉降观测是一个持续进行的工作，是整个工程顺利完工的重要保障。

以某结构物与地面一处接触基准点为例，一星期观测高程一次，至发文时共进行9次观测。数据如表1所示：

这样，通过Matlab的帮助，测量结果直观的显示了结构物的沉降情况及趋势，为建造过程中进行实时的调整提供了有力的保证。

1.2 圆心坐标测量

海洋钢结构物在建造中会有大量的对接工作，如组块在陆地组装时，各层甲板片的对接，组块在海上与下部导管架相对接等。要保证空间对接的准确性，在预制的时候就需要得到各立柱腿的圆心坐标，然后计算出准确的立柱跨距值。

立柱腿是由符合条件的钢板卷制，焊接形成的，基本结构是中空的圆柱体，外径减内径之差就是钢板的厚度。对于这样的结构体，因全站仪采集数据的时候只能采集到直观可见的点位信息，故很难直接得到圆心的坐标值。这样就需要通过测量圆柱体外表面上的部分点位信息，通过三点拟合圆心的经典方法间接来确定目标的圆心坐标信息。

在二维平面中，已知三点坐标A（X1，Y1）；B（X2，Y2）；C（X3，Y3），通过这三点的圆的圆心坐标设为O（X，Y），半径为R，可通过以下三个方程得到圆心坐标值及半径。

结果显示此圆圆心坐标为（11，-6），半径值为11.4018。整个过程方便准确，使用全站仪测存所有需要的点位信息后，选择将数据输出为"TXT"文件格式，然后通过Matlab中Import data功能将数据导入Matlab中，需注意的是要选择好程序辨认数据的符号，如Comma（逗号），Semicolon（分号），Space（空格）等。

2 Matlab应用于深水平台前瞻

我国海洋石油作业水深早已成功的突破300米，但对于1500米深度以上的油田开发还有很多需要学习和借鉴外部先进技术的地方。

在深海，传统的桩基式平台已不能满足需要，未来必然需要建造大量的深水平台才能有效的开发深海中的资源。当今世界上主流的深水平台主要有两种，TLP（深水张力腿平台）和spar（深吃水柱筒式平台）。

第一座实用的TLP平台于1984年在北海投产，主要由平台上体结构，立柱和张力腿系统组成。为了减少建造成本，平台上体结构尽量采用模块化拼接，且重量控制非常严格，同时根据立柱的不同设计模式，准确测量间距，垂直度，水平角的数据，这样严格的测量数据分析过程必不可少，matlab中大量的数值运算函数将会有力的帮助测量人员分析数据。对于Spar平台，结构较为简单，但可直接进行井口作业，在建造时相应的一些小模块体通过采集大量的数据形成实际三维模型，并与设计模型对比，可分析出尺寸的精确程度，matlab中的二维及三维图形函数有望得到更多的开发及利用。

3 结束语

诚然，Matlab也有明显的缺点，其程序不经过编译等预处理，也不生成可执行文件，程序必须依托Matlab执行，运算较慢，可移植性差，难以加入其他的软件进行联合运算。但是，其给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境，程序书写形式自由，这样非专业编程人员的测量工程师也能便利的写出自己需要的程序，加上准确可靠的函数，不得不说是数据分析处理及数据可视化的有力工具。相信将来，Matlab在海洋钢结构测量数据处理过程中会有更多的应用。

参考文献

[1]邓薇.MATLAB函数全能速查宝典[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]张智，等.1990年后世界TLP平台的发展状况[J].中国海洋平台，2004，19（2）：5-11.

作者简介：张吉合（1982-），男，工程师，现从事海洋钢结构质量管理工作。

徐东方（1988-），男，助理工程师。

曾红杰（1987-），男，助理工程师。endprint