基于MATLAB测量平差程序设计创新实践报告.docx

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基于MATLAB测量平差程序设计创新实践报告

创新实践报告

实践名称：

基于MATLAB测量平差程序设计

系部名称：

测绘工程学院

专业班级：

测绘工程11-6班

学生姓名：

学号：

指导教师：

xxx工程学院教务处制

实践项目

基于MATLAB的测量平差程序设计

实践日期

2014-2015

（1）

17-20周

实践地点

xxx工程学院

同组人数

1

实践类型

□传统

现代□其他

□验证性

综合性□设计性□其他

□自立式□合作式

研究式□其他

一、创新实践研究的背景及意义

Matlab软件是从Matrix（矩阵）和Laboratory（实验室）各取前三个字母组成，意思是矩阵实验室，是美国Mathworks公司于20世纪80年代推出的一种交互式面向对象的科技应用软件，是一个为科学和工程计算而专门设计的高级交互式软件包。

Matlab集成了图示与精确的数值计算，是一个可以完成各种计算和数据可视化的强有力工具，其优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力使其很快的在数学软件中脱颖而出，成为以矩阵运算为主要的线性代数、概率论、数理统计、自动调控、数字信号处理、动态系统仿真等领域教学和科学工作者的有力武器。

测量平差数据处理主要是基于矩阵的运算，常用的矩阵运算主要是矩阵的生成、转置、求逆和矩阵求广义逆等。

在Matlab环境中，不需要对创建的变量对象给出类型说明和维数，所有的变量都作为Matlab中的M文件的语法与其他的高级语言类似，是一种程序化的编程语言，同时也是一种解释性的编程语言，即逐行解释运行程序，使程序容易调试，计算更为简捷，而且对于平差原理理解和掌握变得更容易。

另外，Matlab语言与数学语言比较接近，更容易掌握和理解。

实际测量工程中，测量平差是非常重要的一项工作，控制网测量数据的平差处理必不可少。

然目前市场上成熟的商业平差软件很多，但一般都需要准备特定格式的数据文件，将计算的过程完全封装，包括条件方程、误差方程的列立都不需要用户关心，这一方面大大减轻了计算量；但另一方面，不利于计算者了解平差的内部过程，也就不容易发现错误,因此在某工程科研项目研究中，研究人员往往还需要根据项目研究的实际需求，自主开发平差程序。

二、实践仪器设备

CAI测量平差软件，MATLAB语言等。

三、实践内容、成果及参考文献

本次实践的内容是基于MATLAB的测量平差程序设计，随着计算机技术、网络技术的飞速发展，人类已进入以信息化为主要特征的新经济时代，信息化是当今世界经济和社会发展的趋势.

程序的开发及实现:

程序运行主界面如图1所示：

图1程序主界面

有“条件平差”、“间接平差”、“设置保存”三个选项卡，选取前两项时，会弹出对应的平差步骤窗口，按步骤提示，可以对照进行手工平差计算，方便了解平差解算的过程和获得过程参数的大小。

２．变量定义及赋值

公共变量定义：

DimPAsMatri’权阵

DimVAsMatri’改正数向量

条件平差变量定义：

DimAAsMatri’条件方程系数阵

　DimWAsMatri’闭合差向量

　DimNaaAsMatri’法方程系数

　DimKAsMatri’联系数向量间接平差变量定义：

　DimWAsMatri’误差方程系数阵

　DimlAsMatri’’常数项向量

　DimNbbAsMatri’法方程系数

DimxAsMatri’参数改正数向量

根据矩阵行、列大小，将输入到ＥＸＣＥＬ表格中的各单元格数值赋值给矩阵变量

　Forj=1ToVak（Text1,Text）’矩阵的行数

Forj=1ToVak（Text2,Text）’矩阵的列数

B.r2（i，j）=Val（xSheet.Cell（i,j））’矩阵元素赋值

Nextj

Nexti

参考文献：

［１］武汉大学测绘学院测量平差学科组．误差理论与测量平差基础［Ｍ］．武汉：

武汉大学出版社，２００３.

［２］聂俊兵．测量平差［Ｍ］．北京：

测绘出版社，２０１０

［３］孟德欣，谢婷，王先花．ＶＢ程序设计［Ｍ］．北京：

清华大学出版社，２００９．

［４］张景，张换香，石琳．ＭＡＴＬＡＢ在ＶＢ中的数学调用及实现方法［Ｊ］．兰州大学学报（自然科学版），２００９，６．

［５］罗刚君．Ｅｘｃｅｌ　ＶＢＡ程序开发自学宝典［Ｍ］．北京：

电子工业出版社，２０１１．

［６］ＭａｔｈＷｏｒｋｓ　Ｌｔｄ．ＭａｔｒｉｘＶＢ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｇｕｉｄｅ４．５ｒｅｌｅａｓｅ［Ｍ］．２０００．

四、实践中存在的问题、解决方法及进一步的想法等

本次的实习中为了搜集更多的资料与文献，在学校的资料库中获取了很多相关的知识，但是在查找外文文献时就没那么容易了，相关的资料并没有那么丰富，并且还要把查回来的外文文献全部翻译过来，对于英语水平并不是很好的我来说的确是一个比较艰难的任务，通过文献的查找丰富了我对课题内容的了解。

之后就是把需要安装的软件装上，装软件的过程也比较复杂，每一个看似很好解决的问题在进行实际操作时总是会碰到一些想不到的困难，虽然装软件花费了比较长的时间但是还是成功的装上了。

软件装完之后就是要熟悉软件的操作，对于这些软件来说使用和操作还是比较陌生的，虽说软件的功能非常的多但是对于我一个初学者来说掌握的就是九牛一毛，所以就去了图书馆借了几本有关MATLAB平差测量程序设计的教程和软件操作与应用的书来充实一下自己对软件操作这方面知识的欠缺。

五、实践心得体会

本次的实习是创新实习，根据自己毕业论文的选题而进行的创新探究，为下学期的毕业论文做好基础的工作与想法。

我研究的课题是基于MATLB测量平差的程序设计，使图数据制作和空间数据的维护更加方便，达到提高工作效率的目的。

因为以后的工作就是内业处理一些数据，所以如果掌握好CAI和MATLAB语言这两种软件的话对以后的工作的帮助是非常大的，并且软件功能是非常强大的，利用这个软件可以解决生活中的很多问题。

本次的实习让我对这些软件的使用有了很大的提高，在以后的日子里我会继续努力，在多掌握一些有关于软件的使用和应用，不仅是对本次的毕业设计做好准备也为今后的工作奠定了扎实的基础。

六、教师评语

成绩

指导教师签字：

年月日

注：

1、此报告为参考格式，各栏项目可根据实际情况进行调整；

实验成绩以优（90~100）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）、不及格（60以下）五个等级评定。

附录1外文参考文献原文

参考文献一

Improvingoilfieldsrecoverythroughreal-timewaterfloodingoptimization

PamelaAlessiaChiaraMarescalco

PolitecnicodiTorino,Land,EnvironmentandGeoTechnologiesEngineeringDepartment,

24,C.soDucadegliAbruzzi,10129Torino,Italy

SUMMARY

Increasingoilrecoveryfromreservoirsisastrongurge.Oneofthemosteffectivewaystogettheresultiswaterfloodingandthat’swhyitsapplicationisnowadayswidelyusedinthepetroleumindustry.Obviously,waterfloodingefficiencystronglydependsonreservoirproperties;thismakessimulatingawaterinjectionprocessapriorianextremelyimportantstepofthereservoirproductionstrategy.Simulationiscommonlydoneadoptingafinitedifference（FD）simulationapproach.

Thispaperexploresadifferentandcomplementaryapproach,representedbystreamline-basedsimulation,coupledwithatooltooptimizewaterfloodingcampaignsandtohelpquickdecisionmaking.Inthepresentstudy,waterfloodingsimulationisperformedviatwocommercialsoftware:

anFDandastreamline-basedsimulator,tohighlightadvantagesanddisadvantagesofbothsimulationtechniquesindescribingawaterinjectioncampaignandtoexploitthetwoapproaches’uniquenessinparallel.

Thefinalgoalofiterativelyconvergingtotheoptimalwaterfloodingscheme,whichisthecoreofthepresentwork,isachievedthroughacustomizedMatlabscript.Thegeneratedautomaticprocedureshowsitseffectivenessinimprovingoilrecovery,expeditingdecisionmakingandsavingtimeandFDsimulationruns.Athreestepsworkflowisoutlinedtogetthebestwaterfloodingschemefortheexamplesshownbelow.Copyrightq2008JohnWiley&Sons,Ltd.

Received13March2008;Revised1September2008;Accepted8November2008

KEYWORDS:

waterdisplacementoptimization;FDsimulation;streamlinesimulation;Matlabautomatedroutine;real-timedecisionmaking;quantitativeanditerativeadjustmentofwaterratestobeinjected

INTRODUCTION

Inthelastdecadeswaterfloodinghasbeenwidelyappliedinthepetroleumfield,bothinmatureandinnewlydevelopedfields,anditsattractivenessliesinsupportingtheentirefieldpressureduringdepletionandinimprovingthefinaloilrecovery[1–3].Thetechniqueconsistsininjectingwaterwiththepurposeofdisplacingandthereforeproducingoil,especiallyifthereservoirlacksanunderlyingaquiferabletocounterbalancethedepletionandtodriveoiltotheproducerwells.

Toreallyunderstandawaterfloodingprocessandtopredictitsefficiency,itisusefultosimulateitapriori.Thisisusuallydoneviafinitedifference（FD）simulation,whichisabletodescribeanykindofexistingreservoirveryaccurately,butunfortunatelyisnotabletogiveenoughdetailsaboutthewaytheflowoccursthroughoutthefield.Recentworks[4,5]haveproposedanewlydevelopedapproach,basedonstreamlinesimulation,whosemainattractionliesinprovidinginformationnotobtainablefromFDsimulationandusefulforthepurposeofimprovingreservoirperformances.Inthepresentstudy,waterfloodingsimulationisperformedviatwocommercialsoftware:

anFDandastreamline-basedsimulator,tohighlightadvantagesanddisadvantagesofbothsimulationtechniquesindescribingawaterinjectioncampaignandtoexploitthetwoapproaches’uniquenessinparallel.IfFDsimulationisessentialtocheckingthestreamlinesimulationresults,thestreamlinebasedsimulatoris,ontheotherhand,anidealtooltoperformaprocedureabletooptimizewaterinjection.Then,thecoreoftheworkanditsinnovativeapproachliesinexploitingthetwosoftwarefeaturesinconjunctionwiththeapplicationofacustomizedMatlabcodedevelopedinordertoelaborateallthestreamlinesimulationoutputs,tocalculatethechangestobemadetotheproduction/injectionconstraintsforthesubsequentsimulationrun,soastoiterativelyconvergetotheoptimalinjectionschemeforthereservoirunderstudy.Athreestepsworkflowisoutlinedtogetthebestwaterfloodingschemefortheexamplesshownbelow.

FDAPPROACHVERSUSSTREAMLINESIMULATION

ECLIPSEisacompleteandcomplexsimulator,whoseattractivenessresidesinbeingabletodescribeanykindofreservoir,includinggeologicalcomplexity,formationfeatures,andfluidproperties.Thesimulatorisbasedonatimeandspatialdiscretizationandsolvesathree-dimensionalequationbyassigningtoalltheparametersinvolvedinthesimulationauniquevalue,associatedwiththeentirecell,foreverygridblock.Formodelswithalargenumberofcells,usingFDrelaxationcanbecomputationallyheavy;therefore,agoodbalancemustbekeptbetweenhavingsufficientaccuracyindescribingthereservoirandkeepingsimulationtimewithinreasonablelimits[6].

3DSL,ontheotherside,solvestwodifferentequationsontwodifferentgridsandthisisusuallyfasterthanFDsimulation,especiallyforlargemodels:

thepressureequationissolvedimplicitlyonthebackgroundgrid（orpressuregrid）,whereasthesaturationequationissolvedexplicitlyonthestreamlinegrid.Thisinvolvesaminoreffectofgridrefinementontheresultsofthesimulation,time-steplimitationsnotassevere,thankstoabetterstabilityofthegeometricalgrid,numericaldiffusioneasiertocontrol,fastersolutionswithrespecttoFDapproach[7].

Streamlinesimulationsolvesmono-dimensionalequationsalongstreamlines,whichmeansitsolvesmultiplestreamlinesinparallel,andthefluidtransport,whichforFDapproachoccursbetweengridcells[8],occursalongstreamlines:

thisgivesanimmediateanswerintermsofhowthestreamlines（connectinginjectorandproducerwells—tosay,wellpairs）aredistributed,sothatthefluidtrajectoriesandtheirratesatthewellsareknownateverytimestep[9,10].Thankstotheavailableinformation,thedistributionofinjectedwatervolumescanbemodified,andamoreeffectiveproductionstrategycanbeplannedtomaximizeoilrecovery[4,5].SameasforFDsimulation,whenusingstreamline-basedsimulationagoodbalancemustbemaintainedbetweenpressureupdatesandcomputationalspeed.

Inconclusion,3DSLissimplerfromareservoirdescription（includesbothflowphysicsandpetro-physical/geologicalinformation）pointofview,butitcannottakeintoaccountimportantparameterssuchascapillarypressureorcrossfloweffects:

moreover,fluidcompressibilitycannotbeeasilytakenintoaccountandmassconservationerrorsmayoccurwhilemappingbetweenpressuregridandstreamlinegridthereforebeingincompleteorinadequateformostofrealreservoirs.Everyfurtherdetailcanbefoundinpreviousworks[11].

THEIDEAOFTHESTUDY

Inthispapertheuseofthetwosoftwareascomplementarytoolstooptimizewaterinjectionisshown:

ECLIPSEappearedtobethemostreliablesoftwaretosimulatereservoirmodelsandtobeessentialtoverify3DSL’sresultsaccuracyupstreamanddownstreamofthemethodologydevelopedforthisresearch,w