轨道优化设计方法方案
月地应急返回轨道优化设计
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交会轨道分析与优化设计
2023年《航天任务分析与设计》课程实验报告实验一轨道分析与优化设计一、实验目的1. 通过对轨道机动任务中典型的轨道交会问题进行理论建模，加深对轨道动力学基本理论及其应用背景的理解。
2. 在二体轨道假设下，采用MATLAB等程序语言编程实现建立的轨道交会优化模型，锻炼利用程序设计工具求解轨道分析与优化问题的能力。
3. 考虑轨道摄动影响，使用国产ATK软件、美国STK软件等专业工具对二体轨道假设下的轨道交会变轨参数进行修正，获取更加贴近实际的摄动解，建立化复杂为简单、分层分步解决实际问题的思维方式。
二、实验内容1. 基于二体轨道模型与脉冲推力假设，以变轨时刻与每次变轨冲量为设计变量，以总速度增量Δv最小化为优化目标，以终端时刻追踪航天器与目标航天器的位置速度相等为约束条件（交会等式约束），基于Lambert算法建立多脉冲（脉冲变轨次数n 2)）轨道交会问题的可行解迭代优化模型，用于优化求解交会轨道控制的变轨参数。
已知：初始时刻目标航天器与追踪航天器的轨道根数如表1所示，从初始时刻到终端时刻的交会飞行时间为86400 秒，要求终端时刻目标航天器与追踪航天器在J2000地心惯性系下的位置速度相等。
表1 两航天器初始经典轨道根数经典轨道根数目标航天器追踪航天器半长轴a (m) 6716300 6636004偏心率e0.0006 0.0098轨道倾角i (°) 42.8545 42.8376升交点赤经Ω(°) 55.7517 55.9165近地点幅角ω (°) 185.488 125.488真近点角f (°) 0 02. 基于教师提供的轨道动力学基础程序，采用MATLAB等程序设计语言编程实现实验内容1中建立的多脉冲轨道交会优化模型，采用MATLAB优化工具箱中的ga、fmincon等优化算法求解二体轨道模型与脉冲推力假设下的交会轨道控制变轨参数。
在交会约束满足的前提下（位置分量瞄准误差小于等于1 m，速度分量误差小于等于0.01 m/s），通过Δv大小评价结果。
轨道交通运行线路优化设计研究
轨道交通运行线路优化设计研究概述轨道交通系统是当代城市交通中不可或缺的一部分，因其高效、环保等特点而受到广泛应用和推崇。
然而，随着人口的增长和城市化进程的加速，轨道交通系统的运行也面临着日益严峻的挑战。
为了提高轨道交通的运行效率，保证乘客的出行体验，优化设计轨道交通线路成为必然的选择。
一、轨道交通运行线路优化的意义随着城市人口的增加，轨道交通系统承载的乘客数量也在不断增加。
合理优化轨道交通线路可有效提高乘客的满意度，减少运营成本，促进交通系统的可持续发展。
首先，轨道交通运行线路的优化设计可以提高乘客的出行效率。
通过合理规划线路的长度、车站的位置和线路之间的连接，可以缩短乘客的出行时间，提高交通系统的运行效率。
同时，优化线路设计还可以减少车站之间的距离，方便乘客的换乘，提高整体的便捷性。
其次，优化的运行线路设计可以减少交通拥堵情况的发生。
随着城市发展和人口增加，轨道交通系统的客流量也在不断增加，交通拥堵现象也逐渐显现。
合理优化运行线路，增加线路容量，引导乘客分散出行，有效缓解交通拥堵的问题。
最后，高效的线路设计可以减少能源和环境的消耗。
优化轨道交通线路设计可以减少列车的空转和急刹车等现象，减少能源和环境的浪费，降低对环境的影响。
二、轨道交通运行线路优化的方法1. 数据分析和模型建立轨道交通的运行线路优化需要基于大量的数据进行分析和模型建立。
包括乘客出行数据、线路运行数据、交通拥堵数据等。
通过对这些数据进行分析，可以了解乘客的出行特征，预测交通拥堵的趋势，为线路优化设计提供科学依据。
2. 网络搭建和优化算法运行线路优化设计需要建立一个合理的网络模型，并运用优化算法进行处理。
通过优化算法，可以根据乘客出行特征、交通拥堵情况等因素，找到最优的线路布局和车站设置方式。
在网络模型的基础上进行仿真实验，评估不同方案的效果，并根据评估结果进行修正和更新。
3. 数学建模和仿真实验运行线路优化设计需要进行数学建模和仿真实验。
煤层气鱼骨状分支水平井轨道优化设计方法研究
ｔ ｎ ｉ ｓｐ ｒｔ ｙ ｍ ｄ ｉｇ ｗ ｉｎ ｒｌ ｇ ｒ ｅ ｔ ｙ ａ ｄｍａ ｅｌ ｏｅｔ ｊｃ ｒ ， ｈ ｅ ａａ ｄｗ ｌ ｂ ｒ ｔ ｊ ｔ ｙ ｉ ｅ ａａ ｌ ａ ｅｉ ｓ ｌ ａ ａ ｉｇ ｉｉ ａ ｃ ｒ ｎ ｉ ｗ ｌ ｂ ｒ ａｅｔ ｙ ｔｅ ｐ ｒｔ ｅ ｏｅ ｒ ｅ ｏ ｏ ｓ ｅ ｎ ｎｅ ｔ ｄ ｌｎ ｔ ｊ ｏ ｎ ｒ ｏ ｓ ｅ ｌ ａ ｃ ｒ ｃ ｎ ｂ ｒ ｓ ｒ ｄ ｉ ｏ Ｄ ｔ ｊｃｏ ｒ ｅｉｎ ｈ ｅｏ ｔ ｉ ｔ ｎ ｄ ｓ ｎｍ ｄ ｌ ｆ ｕｔ ｂａ ｃ ｏｉ ｎ ｌ ｅ ｏｅｔ ｊｃ ａ ｅｔ ｎ ｆ ｍｅ ｔ ２ ａｅｔｒ ｆ ｓ ．Ｔ ｐｉ ｚ ｉ ｅｉ ｏ ｅ ｏ ｍ ｌ—ｒｎ ｈ ｈ ｒ ｏ ｔ ｌ ｂ ｒ ｒ ｅ — ａ ｏ ｎ ｒ ｙ ｏｄ ｇ ｍ ａｏｈｎ － ｎ （ ｈｎｌＤ ｉｉｇＴ ｃｎｌ ｙＲ ｓａｃ ｓｔ ｅ Ｄ ｎｙｎ ｈ ｎｏｇ２ ７ １ ， ｈｎ ） ａ － ｎ Ａ ｉ， Ｕ Ｃ ｅｇｐ ｇ Ｓ ｅｇｉ ｒｌ ｅｈ ｏ ｇ ｅｅｒｈＩ ｔｕ ， ｏ ｇｉｇＳ ａｄｎ ５ ０ ７ Ｃ ｉ ｊ ｅ ｌｎ ｏ ｎ ｉｔ ａ
，ＺＨＯＵ Ｓｔ ｕｄｙ ＯＲ Ｏ ｐｔｍ ｉａｔｏ Ｄ ｅ ｉ ｎ ｏ ａ ｂｅ ｅ ｈａ ｅ ｒｎｇｂ ｉ ｚ ｉｎ ｓｇ ｆ Ｃｏ ｌ ｄ Ｍ ｔ ｎｅ Ｈ ｒ ｉ ｏｎｅ Ｍ ｕｌｉｂｒ ｎｃ ｏ ｉ ｏ ａｌＷ ｅＶ Ｌ ｎ ｔ－ ａ ｈ Ｈ ｒ ｚ ｎｔ ｌ Ｉ Ｗｅ
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城市轨道交通线路优化设计与评价
城市轨道交通线路优化设计与评价随着城市人口的持续增长和交通需求的不断增加，城市轨道交通正在成为现代城市发展的重要组成部分。
城市轨道交通的线路优化设计与评价是确保交通系统顺畅运行的关键。
本文将探讨城市轨道交通线路优化设计与评价的问题，并提出一些解决方案。
首先，城市轨道交通的线路优化设计需要考虑交通需求和城市规划的匹配。
在城市规划中，线路优化设计的目标是要确保交通网络能够覆盖城市各个重要地区，并且与其他交通方式（如公交、高速公路）衔接良好。
优化设计还需要考虑人口分布、地形地貌、地质条件等因素，以确定最佳线路走向和站点设置。
此外，线路优化设计还要充分考虑未来城市发展的潜力和需求，避免短期盲目扩建，造成资源浪费。
其次，线路优化设计需要考虑乘客出行的便捷性和效率。
在设计过程中，需要合理设置站点，让乘客能够方便地进出地铁车站，尽量减少中转次数和换乘时间。
同时，通过合理的线路规划，可以避免一些拥堵区域，提高乘车速度和效率。
此外，优化设计还应考虑不同线路之间的衔接和换乘便利性，以提高整个轨道交通系统的互联互通性。
另外，线路优化设计需要兼顾环境保护和可持续发展。
城市轨道交通的线路走向应尽量避免对环境的破坏，并减少对自然资源的占用。
在设计过程中，可以利用先进的技术手段，如地下隧道、高架桥等，减少对城市空间的占用，减少噪音和污染的产生。
优化设计还可以考虑促进城市公共交通的发展，减少私人汽车的使用，达到减少交通拥堵和减少碳排放的目标。
对于城市轨道交通线路的评价，可以从多个方面进行考虑。
一方面，可以评价线路设计是否满足交通需求，包括乘客出行量、出行频次等。
另一方面，可以评价线路的可靠性和安全性，包括车辆运行时间、事故率等指标。
此外，对于线路的服务质量和乘客满意度也是重要的评价因素，包括列车的舒适度、车厢的拥挤程度等。
还可以考虑线路的运营成本和效益，综合评估对城市发展的贡献和影响。
综上所述，城市轨道交通线路优化设计与评价是保障交通系统顺畅运行的重要环节。
月球探测器推力控制轨道优化设计
月球探测器推力控制轨道优化设计一、概述随着人类对宇宙探索的不断深入，月球作为地球的近邻，已成为众多航天任务的重要目标。
月球探测器作为执行这些任务的关键工具，其推力控制轨道优化设计显得尤为重要。
推力控制是月球探测器轨道设计中的核心环节，直接关系到探测器的能源利用、任务执行效率和安全性。
对月球探测器推力控制轨道进行优化设计，不仅有助于提升探测器的性能，也是实现高效、安全、经济的月球探测任务的关键。
本文旨在探讨月球探测器推力控制轨道的优化设计方法。
我们将介绍月球探测器的轨道特性及其面临的挑战，包括重力场模型、大气扰动、太阳辐射压等因素对轨道的影响。
接着，我们将分析推力控制的基本原理及其在轨道设计中的应用，包括推力大小和方向的控制、轨道转移策略等。
在此基础上，我们将提出一种基于多目标优化的推力控制轨道设计方法，旨在实现探测器能源利用的最大化、任务执行时间的最短化以及轨道安全性的提升。
通过本文的研究，我们期望为月球探测器的轨道设计提供一种新的优化思路和方法，为未来的月球探测任务提供技术支持和参考。
同时，我们也期望通过这一研究，推动航天工程领域在轨道设计、推力控制等方面的理论创新和技术进步。
1. 探月任务的重要性与意义探月任务是人类探索宇宙、认识自然、拓展生存空间的重要里程碑。
自20世纪60年代人类首次登月以来，月球探测任务不仅在科学探索上取得了巨大成就，更在推动科技进步、提升国家综合实力、激发人类探索精神等方面发挥了重要作用。
月球探测任务的重要性与意义体现在以下几个方面：月球探测任务对于科学探索具有深远意义。
月球作为地球的唯一天然卫星，拥有独特的地理、地质和天文条件，是研究太阳系形成和演化、地球起源和演化的重要窗口。
通过对月球的深入探测和研究，我们可以更深入地了解月球的构造、地质特征、矿产资源、大气环境等，为认识宇宙的奥秘提供宝贵的数据和线索。
月球探测任务在推动科技进步方面发挥着重要作用。
月球探测需要先进的航天技术、通信技术、材料科学、能源技术等多领域的支持。
T11长钢轨运输施工组织路径优化设计方法
中国储运网H t t p ://w w w .c h i n a c h u y u n .c o m结合2.1部分准备的测试环境，分别统计了不同货物集中配送方法下的成本投入情况，得到的数据结果如表3所示。
表3不同配送方式成本开销统计表/元结合表3所示的测试结果可以看出，在三种不同的货物配送方法下，对应的配送成本表现出了较为明显的差异。
其中，在改进多目标遗传配送方法的测试结果中，不同配送地点的成本波动较为明显，其中，最大值达到了109.50元（L S 002），最小值仅为75.36元（L S 003），整体配送成本得到了796.45元。
在理论研究配送方法的测试结果中，不同配送地点的成本差异更加明显，最大值和最小值分别为145.86元（L S 005）和49.37元（L S 006）。
相比之下，模糊工作时间窗配送方法的成本相对稳定，基本稳定在50.0元-70.0元区间范围内，最大值为90.45元（L S 001），整体配送成本均值也仅为66.19元。
在本文设计的配送方法下，不同配送地点的成本不仅始终处于较低水平，且始终低于90.0元，整体配送成本为545.34元，分别低于改进多目标遗传配送方法251.11元，低于理论研究配送方法237.89元，低于模糊工作时间窗配送方法50.34元。
综合上述测试结果可以判定，本文设计的基于数学模型的货物集中配送方法可以实现对配送成本的有效控制，对于实际的货物配送工作而言，具有良好的实际应用价值。
3.结束语为了能够在满足配送任务要求的前提下，实现对配送成本的有效控制，本文以数学模型为基础，提出一种货物集中配送方法，充分考虑了影响配送成本的因素，利用数学模型实现了对配送方案的合理规划，切实实现了降低配送成本的目的。
借助本文对于货物集中配送方法的设计与研究，希望能够为实际的货物配送工作提供有价值的参考。
C（作者单位：江苏省南京工程高等职业学校）引言当前的长钢轨运输施工组织路径结构多为单方向的，效率较低，路径耗时延长。
城市轨道交通换乘站点优化设计
城市轨道交通换乘站点优化设计城市轨道交通是现代城市发展中不可或缺的交通方式之一，而换乘站点作为轨道交通系统的重要节点，对于提高交通效率和方便乘客出行起着至关重要的作用。
因此，优化设计城市轨道交通换乘站点就成为了城市规划的重要课题之一。
换乘站点的优化设计需要考虑多个因素，其中包括交通流量、空间利用、乘客的舒适度等。
在设计之初，需要通过合理的规划和布局确保顺利的换乘流程。
一方面，要考虑站点的位置，使得站点能够便捷地连接多条轨道线路，减少乘客的换乘时间和换乘步骤。
另一方面，站点本身也要具备足够的空间，以容纳庞大的客流量，并确保乘客在换乘过程中能够得到舒适的体验。
这也意味着换乘站点的布局需要兼顾人流、车流和空间等因素的平衡。
在满足基本需求的前提下，换乘站点的优化设计也可以考虑引入一些创新的元素和概念。
例如，可以引入绿化和景观设计，使得站点呈现出更加宜人的环境，提供更好的视觉享受和休息场所，缓解乘客的疲劳感。
此外，还可以引入智能科技，实现自动检票、导航和信息查询等功能，提高乘客的出行便利性。
通过这些创新设计，不仅可以提高换乘站点的功能性，还能够提升城市形象和品质。
除了站点的设计，换乘通道的布置也是优化设计的重要部分。
通常情况下，乘客需要通过扶梯、电梯或楼梯等方式到达不同的轨道线路。
因此，在设计时需要考虑到各种乘客的需求，包括老年人、残障人士和有孩童的家庭等。
换乘站点应该提供无障碍设施和方便的乘客导引，确保所有乘客可以顺利、安全地换乘。
除了上述的设计考虑，换乘站点的运营管理也需要优化。
在高峰期或人流量较大时，站点需要采取相应的措施，如增加售票窗口和自动售票机，增加安全检查通道等，以提高乘客的效率和体验。
此外，换乘站点还需要设置准点和实时信息显示，及时告知乘客有关列车晚点或变更的信息，方便乘客做出相应的决策。
在城市轨道交通系统的设计和建设中，换乘站点的优化设计是城市发展的重要环节之一。
通过科学合理的站点规划、布局和管理，可以提高交通效率，提升城市形象，改善乘客的出行体验。
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计模型来解决
19
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
3) 程序界面
20
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
3) 程序界面
21
5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
• 在钻井过程中，由于地层特性、钻头类型、钻具组 合等因素的影响，井眼方位会发生自然变化，称之 为“方位漂移”
1) 水平井中靶施工过程
a) 根据新测的井斜、方位数据分析不同钻井方式（滑 动钻进和复合钻进）的工具造斜率；
b) 预测测量另长段的轨迹，得到井底的位置和井斜、 方位；
c) 试凑出一套保证轨迹能进入几何靶框的施工方案； d) 改变造斜率，重复b)和c)，并根据计算结果选出最
优方案； e) 施工到一定长度后得到新的测量数据，重复以上工
2654
140
160
180
200
220
240
260
11
投影位移/(m)
3.多点约束下的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
» 多目标井靶区轨道优化设计没有一套成熟的方法， 现在只是能做到“可以设计” 出来，没有考虑优化；
» 复杂情况下的防碰绕障轨道设计； » 在地质导向钻井过程中，随着随钻测井和录井数据
4) 程序界面
10
2.水平井待钻轨道施工方案优选技术
5) 现场应用情况
2634
实测轨迹
江苏油田永7平1
2636
最大造斜率对应的轨迹包络线
最小造斜率对应的轨迹包络线
2638
2640
井 自 测 深 2701m
垂深/(m)
2642
2644
至A靶的实测轨
2646
2648
迹及预测轨迹包
2650
A
2652
络线
K sin 2
a
其中： a Tx / q
30
7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计
2) 悬链线轨道
井斜角的计算
cot
c ot b
l a
垂深的计算 H H b a (cscb csc )
水平位移的计算
31
P
Pb
a
ln
tan( tan( b
1.水平井找油方案优化设计技术
3) 不同找油方案的效果对比
浪费的油层段长 度，m
80
本方案
60
α c=87°
△L1=0
40
α c=87°, △L1=0
20
0
当时预测 的井底井 斜比设计 井斜大。
-6
-4
-2
0
2
4
6
油层垂深误差，m
5
1.水平井找油方案优化设计技术
4) 程序界面
6
2.水平井待钻轨道施工方案优选技术
靶
已测轨道
b) 预测测量另长段的轨 迹范围；
已钻未 测轨道
根据施工方 案预测轨道
9
施工方案拟钻段完成 后设计的中靶轨道
几何靶框
c) 设计下段施工方案并 预测该段完成后的轨 迹范围；
d) 自动分析所有轨道能 否中靶
e) 按设计方案施工完后 得到新的测量数据， 重复以上工作
2.水平井待钻轨道施工方案优选技术
逐点设计法得到 的轨道
3.多点约束下的轨道优化设计方法
4) 算例分析
F
F/2
F/2
FL/2 M(x)
L
设计方法 待钻 轨道指标
逐点待钻 设计法
弹性杆挠曲线法 曲线投影法 三维动坐标法
井眼长度（m）
962.63
最大曲率
（°/30m）
8.0
最大曲率变化率 不同井段间曲
（°/900m2）
率存在突变
15
957.46 5.27 1.178
水平井、大位移井轨道 优化设计方法
黄根炉
中国石油大学（华东）石油工程学院
2006年8月28日
1
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
2
水平井找油方案优化设计方法 水平井待钻轨道施工方案优选方法 多点约束下的轨道优化设计方法 特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法 考虑方位漂移的轨道优化设计方法 恒工具面角曲线轨道设计方法 悬链线、修正悬链线及准悬链线剖面设计方法
• 由于方位漂移的存在，使得钻进过程中经常需要进 行扭方位，降低了钻井时效
• 在轨道设计时就考虑方位漂移的影响是一种较为有 效的方法，但问题是轨道的组成和形状千变万化， 很难找到有效的解决方法。
22
5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法
2) 解决方法
• 假设通过一定的途径可以找
到这样一个特殊点c，以c点
13
3.多点约束下的轨道优化设计方法
3) 算例
14
H
2350
2400
2450
2500
2550
2600900 1050 1200 E(+)/W1(3-5)01500 1650 1800
1500 1350 1200 750 900 10N5(0+)/S(-)
三维动坐标法求 得的弹性杆曲线 轨道
曲线投影法求得 的弹性杆曲线轨 道
N
为目标进行轨道设计（包括
待钻轨道），对设计好的轨
道考虑方位漂移影响后正好
可以通过目标点t，这样就可
以实现考虑方位漂移情况下
E
的轨道设计。
23
5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法
2) 解决方法
N
E
24
6.恒工具角曲线轨道设计方法
1) 问题的提出
• 在井眼轨道设计过程中，用到的绝大部分曲线为直 线、斜面圆弧线、圆柱螺线、自然曲线（井斜变化 率和方位变化率均为固定常数）等
K cos d
27
E j
Eb
js
b
in
s
in
b
tan
ln
tan( tan(b
/ 2) / 2)
K cos d
6.恒工具角曲线轨道设计方法
4) 恒工具面角曲线轨道设计方法
• 按照轨道自由度和轨道约束方程数相等的原则分析 并确定轨道的组成段数，并得到轨道设计方程组
• 如何又快又好解决 此种情况下的轨道 优化设计问题？
18
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
2) 设计模型
• 解决思路：采用LandMark轨
道设计软件自由连接设计思想，
Ha
根据靶点处是否有井眼方向要
Ht
求、靶点处井斜角与钻入角的
关系、复杂井段相对靶点的垂
直距离等将某点至靶点的轨道
St
设计问题概括为6个待钻轨道设
的丰富，可能会发现实际的含油油藏形状与设计不 同，如何调整靶区轨道来适应地质目标的改变？ » 可以通过多点约束下的轨道优化设计来实现
12
3.多点约束下的轨道优化设计方法
2) 设主计要方特法—点—：弹性杆挠曲线法 » 设想存在一个光滑弹性直杆，让该弹性杆在约束点 摩阻扭矩小； 上被光滑可旋转滑套限制，按能量最低原理，该弹 性杆必然以变形弹性能最小的方式形成一条空间弹 性束设杆下挠的计曲轨自线道，。由计算、出灵挠曲活线形。状就可以得到多点约
• 准悬链线是曲率变化率为常数的曲线
29
7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计
2) 悬链线轨道
X 0
y
2T
T
T sin (T dT) sin( d)
α
T+dT
2
α+dα
+
d
Y 0
q
T
x
悬链线微元受力示意
T cos (T dT) cos( d) q dl
自然参数曲线： K、K 恒定
圆柱螺线： K KH , K K A sin
26
6.恒工具角曲线轨道设计方法
3) 恒工具面角曲线的轨道参数计算公式
L j Lb Lj
j b K cos Lj
j
b
tan ln
tan( j tan(b
/ 2) / 2)
b l
αb
α
c
αc
一段悬链线
7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计
3) 修正悬链线轨道
sin 2
K a
K sin
a
l
井斜角的计算 tan( / 2) e a tan(b / 2)
垂深的计算
H
Hb
a
ln
sin s in b
957.76 4.96 1.127
3.多点约束下的轨道优化设计方法
5) 程序界面
16
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
17
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
• 由于没有现成的软 件可用，利用现有 的LandMark软件 只能采用试凑的方 法来实现
8
主要优点：
12. .只水需平预测井造待斜率钻的轨范围道，施更容工易方做到案优选技术
2. 给出下一部施工方案后就可以自动分析
3) 不考同虑造造斜率斜对率应不轨确道定能否性中的靶待，钻计轨算效道施工方案优选
率方更法高
3. 将下一部施工方案完成后的井底作为中a)
根据新测的井斜、方 位数据分析不同钻井
பைடு நூலகம்
靶分析的起点，可以最大限度地保证中 方式的造斜率范围；