H y p a c k軟件在布放深水潛標中的應用

中國科學院海洋研究所 張志平 顧秋青青島大學 李 超

隨著現(xiàn)代海洋調查技術的不斷提高和調查手段的不斷發(fā)展，潛標的系統(tǒng)調查由近岸走向大洋，并已經(jīng)成為深海大洋重要的調查方式，潛標的布放深度由幾十米延伸到幾千米。深海潛標的布放和淺水潛標類似，均采用先標后錨的步驟和單錨繃緊的錨泊方式，即先把主浮球投放入海，使其漂浮在水面上，再把各種調查儀器按預定的次序和深度隨錨系的纜繩投放到海面，最后將錨碇重塊投放入海，錨碇重塊觸底后趨于穩(wěn)定[1]。利用重塊的重量將主浮球和整個錨系拉至水面以下設計的深度，利用浮球的剩余浮力將錨系纜繩拉緊，進行連續(xù)不斷的觀察工作，為深?？茖W研究提供可靠的數(shù)據(jù)。這就要求在潛標的設計上必須考慮布放環(huán)境和布放回收作業(yè)的各種要求，由于水較深，需要布放的纜繩較長，多數(shù)儀器設備需現(xiàn)場安裝；因此，船舶布放作業(yè)的時間也較長，船舶隨風流漂移的距離較長，加上周圍水深變化較為復雜，所以解決錨碇重塊的投放點或者落地點的準確位置成為布放工作的難點。為保證準確地將錨碇重塊按計劃的位置和時間投出，必須在整個布放過程中根據(jù)現(xiàn)場的風流變化對船舶運動軌跡不斷調整并加以嚴格控制[2]。

Hypack軟件是一款集定位導航、單/多波束水深數(shù)據(jù)采集等多功能于一體的導航與水文工程軟件[3]。其主程序用于完成設定工作環(huán)境、預設各類參數(shù)、預置導航點與測線等工作。其實時導航程序由主程序（Survey）調用，用于實時顯示導航、測深等現(xiàn)場調查數(shù)據(jù)并可同步記錄這些數(shù)據(jù)。使用Hypack軟件協(xié)助可以直觀、實時地看到船舶軌跡和位置，并能根據(jù)其圖像和提供的導航參數(shù)，對船舶的運動趨勢進行正確判斷，進而通過車和舵對船舶運動加以干預，使船舶沿著理想的軌跡運動。實踐證明，Hypack軟件可布放潛標、設計航路，是一款非常實用的軟件。

一、Hypack軟件使用方法

使用該軟件進行海上布放深水潛標的方法是：在Hypack主程序中，輸入潛標重力錨投放點A的位置與投放范圍控制點B、C、D、E的位置；根據(jù)現(xiàn)場的風流情況和本船的可使用動力情況，確定潛標布放起始點S的位置，應使此點處于投放點的上游、下風和船首迎風位置，距離大約為流致船舶漂移的距離。如圖1所示，A點為計劃投放點，S點為起始布放點。為了更清晰地幫助船舶布放潛標，SA為導航中心線，以SA線左右各一條與其間隔一定距離的一對SA線的平行線作為潛標布放時的導航范圍控制線，如圖2所示。在實施潛標布放時，可在Survey實時勘查程序中，結合實時顯示的圖形及相關導航參數(shù)，為船舶操縱提供更有力的依據(jù)，通過操縱讓船舶沿著控制線確定的范圍運動。

二、Hypack軟件具體操作步驟

1. 輸入重力錨投放點、投放范圍控制點的位置

（1）依次級選菜單項：“測量準備”“編輯器”“目標文件編輯器”。

（2）在“目標文件編輯器”窗口中，輸入潛標重力錨投放點A與投放范圍控制點B、C、D、E的名稱及位置經(jīng)緯度值。

2. 按要求找到并輸入潛標布放作業(yè)起始點位置

根據(jù)潛標布放作業(yè)起始點S相對于潛標重力錨投放點A的距離、方位要求，確定S點的位置經(jīng)緯度，并輸入此點。

（1）恰當縮放主顯示區(qū)顯示比例，使A點處于顯示區(qū)內，并留出下述操作所需空間。

（2）級選菜單：“視圖”“缺省光標”。

（3）將鼠標移至A點，按住鼠標左鍵，根據(jù)距離、方位要求，參考狀態(tài)欄中顯示的“距離”“方位角”參數(shù)值，將鼠標拖曳至潛標布放作業(yè)的起始點處，記下狀態(tài)欄中顯示的鼠標光標當前所處位置的經(jīng)緯度值。

（4）在“目標文件編輯器”中，輸入潛標布放作業(yè)起始點S的名稱及其經(jīng)緯度值。

3. 輸入潛標布放過程中的船行中心導航線及偏航范圍控制線

采用平行線導航，輸入潛標布放過程中的船行中心導航線及船舶偏航范圍控制線。

（1）級選菜單：“測量準備”“編輯器”“測線編輯器”。

（2）在“測線編輯器”中，輸入S點及A點的經(jīng)緯度值，作為1#導航測線的起止點，此線即為潛標布放時的中心導航線。級選菜單為“測線”“偏移”等。

（3）在“選擇偏移方式”對話框中，選擇進入“平行線”標簽頁。在此頁上的“中心線左側線數(shù)”“中心線右側線數(shù)”兩項后的輸入欄內分別輸入數(shù)字1，在“線間距”項后的輸入欄內輸入以上兩線與中心導航線間的距離值。這樣，按一定的間距在中心導航線的兩邊各生成了一條偏航控制參考線。兩條控制線之間的區(qū)域稱為布放潛標時的航道。

在完成潛標重力錨投放點、潛標重力錨投放范圍控制點、潛標布放過程船行中心導航線、潛標布放過程船舶偏航范圍控制參考線等諸項設置后，從Hypack主程序調用Survey實時導航程序，即可實時顯示船舶與各控制參考點、線之間的相對位置圖，再結合導航參數(shù)，可為船舶操縱提供各種重要的信息。

三、布放實例

2010年在西太航次海上布放6000m深海潛標，采取利用Hypack軟件協(xié)助導航。當時環(huán)境情況如下：風向約070°，風速6m/s，流向180°，流速2kn，船舶隨流漂移的軌跡向190°，速度2kn左右。根據(jù)船舶漂流軌跡，實際測得在船舶主機和舵的干預下的漂移速度（1kn）和方向（150°）決定船舶的起始布放位置?；诟鞣N實測試驗結果和預計布放時間（4h），擬定在預定投放點西北方向7km處開始布放。另外，考慮到需要一定空間余量以避免船舶漂過預定投放點，最終選擇在預定投放點西北方向8km處開始布放，船首向為頂風方向。

在各種測量和準備工作完成后，船抵達S點前根據(jù)當時的風向070°將本船船首向調整至070°左右，同時將船停住，船速控制在2～3kn，且設定沿航道方向的漂移速度。船在就位的同時，甲板上的主浮球也由A型架使用釋放鉤吊放入海前作準備，位置一到迅速打開釋放鉤，讓主浮球漂浮在海面上。在Hypack圖上確認本船船位和船首向，此時如果位置不合適就作適當?shù)恼{整，用舵和車慢慢向前修正船位和航向。調整時不要使錨系包括纜繩在內的任何部分受到磨損。不斷重復車舵及調整風舷角、流舷角，進而調整船舶的漂移速度。在這些位置如同船舶靠泊時一樣盡量將船調整至偏上風上流的位置，以便抵抗風流對船位漂移的影響。最后，根據(jù)實際布放位置的水深判斷是否需要加調整纜繩，以保證整個錨系上的設備在設計的水深下工作。確定錨系纜繩的長度與計劃符合后，將錨碇重塊和釋放器同樣用釋放鉤吊放入海，迅速脫鉤，脫鉤后在錨碇重塊的重力作用下，將整個錨系拉入水下。當重力錨入水后，每隔15min使用聲學釋放器甲板單元與潛標系統(tǒng)的聲學釋放器進行應答測距，同時記錄作業(yè)船的GPS位置，利用作業(yè)船GPS位置、重力錨入水GPS位置、聲學釋放器測量斜距，計算聲學釋放器的下沉深度。

重力錨觸底就位后，重塊落到海底，整個系統(tǒng)在海里趨于穩(wěn)定，在距重力錨入水位置5km范圍內，進行至少4點以上聲學釋放器斜距測量，同時記錄作業(yè)船的GPS位置，利用4組以上數(shù)據(jù)進行計算，確定潛標系統(tǒng)就位經(jīng)緯度。

圖3為實際海上布放軌跡截屏圖的一部分，整個過程合理地利用了風和流的作用，有效地控制了布放過程的軌跡，實際布放的結果非常理想，投放點偏離布放點約6 0 0 m，符合布放前的設計要求。

四、結 語

在實際潛標布放操作中，主要通過調整船舶的風舷角和流舷角，充分利用舵和車的慣性，達到調整船舶漂移速度之目的。根據(jù)Hypack軟件給出的各種信息，正確判斷船舶的運動趨勢，采取提前壓舵和短時動車讓船舶在模擬的航道內運動。

此外，在使用Hypack軟件布放實施過程中，還需要注意以下幾個問題：

（1）嚴密的分工協(xié)作，統(tǒng)一指揮，各負其責。

（2）潛標位置的確定，應選擇海底相對平坦的地方，給潛標著底留有足夠的余地。

（3）每次動車的時間應是短時的，將船速和首向控制在有效范圍內。

（4）如需完全制動時可采取短時倒車，但無論如何不可讓船后退。

（5）每次動車前應先將舵用到位置，方可起車，主要是利用車舵的慣性作用。

（6）對非機駕合一的船舶要考慮頻繁起車及其啟動性能。

（7）釋放纜繩的速度不能過快或過慢，過快錨系易打結，過慢易磨損纜繩。

（8）使用Hypack軟件時，屏幕比例要適當，要能清楚地看到船形。

（9）大部分的設備和儀器投放入海后，纜繩和儀器兜水的摩擦力很大，不能強拖。

（10）由于船速極低、舵效極差，船位可能會偏出控制區(qū)的航道，可以用車舵慢慢調整，但不要急于求成。

（11）對現(xiàn)場出現(xiàn)的緊急情況采取應變措施。

[1]毛祖松.海洋潛標技術的應用與發(fā)展[J].海洋測繪,2001(4):57-58.

[2]李飛權,張選明,張鵬.海洋潛標系統(tǒng)的設計和應用[J].海洋技術,2004(1):17-21.

[3]胡家賦,劉宇明.HYPACK導航系統(tǒng)在海洋資源勘探中的應用[J].海洋測繪,2003(6):21-23.