淺析動(dòng)力定位在海洋科考中的應(yīng)用

孫雁鳴

摘 要：隨著海洋科技發(fā)展，精細(xì)化和定點(diǎn)化作業(yè)方式將會(huì)越來越普遍，為此而研發(fā)的先進(jìn)調(diào)查設(shè)備不斷投入使用，需要具有動(dòng)力定位的調(diào)查船來提供應(yīng)用平臺。本文從動(dòng)力定位原理、非DP科學(xué)調(diào)查船的工作現(xiàn)狀和局限性、DP在科學(xué)調(diào)查船上的實(shí)際應(yīng)用等方面，分析動(dòng)力定位在海洋科考中的重要作用。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力定位 海洋科學(xué)考察 調(diào)查船 海洋

1.引言

眾所周知，沒有絕對靜止的海洋，即使是看上去風(fēng)平浪靜的海面，在海流、洋流的影響下，漂航的船舶還是會(huì)或快或慢地移動(dòng)。而現(xiàn)今很多科學(xué)調(diào)查特別是海底地質(zhì)調(diào)查要求已經(jīng)從面到點(diǎn)，也就是從大范圍粗略勘查到小范圍甚至定點(diǎn)詳細(xì)勘查，這種精細(xì)化、定點(diǎn)化作業(yè)要求超出了眾多常規(guī)調(diào)查船的能力范圍。為適應(yīng)這些變化，越來越多的調(diào)查船開始配備動(dòng)力定位系統(tǒng)（Dynamic Positioning System）?？瓶甲鳂I(yè)因?yàn)閯?dòng)力定位（以下簡稱DP）的精確定位，大幅度提升了取樣的精度和質(zhì)量，這是一個(gè)良性循環(huán)。本人在DP和非DP調(diào)查船上都工作過很長時(shí)間，在此對于DP在科考工作中的應(yīng)用和作用作簡單分析，供同行參考。

2.動(dòng)力定位系統(tǒng)基本原理

動(dòng)力定位系統(tǒng)是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)對采集來的環(huán)境參數(shù)（風(fēng)、浪、流），根據(jù)位置參照系統(tǒng)提供的位置，自動(dòng)地進(jìn)行計(jì)算，控制各推力器的推力大小，來提供抵抗風(fēng)、浪、流等作用在船上的合力，從而使船舶盡可能地保持在要求的位置上。DP技術(shù)相對來說已經(jīng)比較成熟，安全性和穩(wěn)定性都能滿足應(yīng)用要求。值得注意的是，DP需要采用高精度的位置定位系統(tǒng)，比如DGPS（差分GPS），普通的GPS信號是不能滿足DP要求的。

3.非動(dòng)力定位科學(xué)調(diào)查船的工作現(xiàn)狀和局限性

在需要DP支持的科學(xué)調(diào)查船中，地質(zhì)調(diào)查類作業(yè)船舶占絕大多數(shù)。未具備DP的地質(zhì)調(diào)查船，一般利用重力柱狀、箱式、拖網(wǎng)、溫鹽深（CTD）等取樣器進(jìn)行地質(zhì)取樣，這些作業(yè)普遍采用漂航方式進(jìn)行。駕駛員根據(jù)水深、風(fēng)流速度和方向、作業(yè)速度等因素把船停泊在作業(yè)點(diǎn)附近，然后完車，使船舶在漂航的過程中接近作業(yè)區(qū)域。顯然，就算駕駛員的經(jīng)驗(yàn)非常豐富，也不可能準(zhǔn)確判斷船舶漂航距離和方向，只能做到比較接近作業(yè)點(diǎn)位置，因此，作業(yè)精度是完全沒有保證的。這樣的作業(yè)方式和精度，進(jìn)行海域粗查沒有什么問題，精細(xì)化調(diào)查則是無法實(shí)現(xiàn)的。

4.動(dòng)力定位在海洋科考中的實(shí)際應(yīng)用

4.1對先進(jìn)調(diào)查設(shè)備應(yīng)用的支持

隨著科技發(fā)展，越來越多定點(diǎn)或者是小范圍作業(yè)方式的先進(jìn)調(diào)查設(shè)備如可視抓斗、深海淺鉆、遙控?zé)o人潛水器（ROV）等被研發(fā)應(yīng)用于海洋調(diào)查，這些設(shè)備只有在配備DP的調(diào)查船上使用才能安全工作并發(fā)揮最大的效用。比如深海淺鉆，到達(dá)海底后將在海底進(jìn)行1個(gè)小時(shí)以上的鉆探作業(yè)，如果船舶不能穩(wěn)定在一個(gè)位置上，可能發(fā)生牽引光纜拉翻鉆機(jī)拉斷鉆桿的事故。其他如ROV、可視抓斗等雖然是近海底作業(yè)或者是短時(shí)間接觸海底，但是需要DP提供準(zhǔn)確位置并視情況能在小范圍內(nèi)移動(dòng)船舶才能滿足工作要求。

4.2惡劣海況下動(dòng)力定位的應(yīng)用

由于科學(xué)調(diào)查船噸位相對較小，船舶容易受風(fēng)浪影響。一般來說，5～6級風(fēng)速時(shí)，如果船舶采用漂航方式作業(yè)，將會(huì)因較大的橫搖威脅到調(diào)查取樣人員和設(shè)備的安全。此外，風(fēng)浪較大時(shí)海流速度一般也會(huì)比較大，導(dǎo)致船舶漂航速度很快，取樣器的牽引鋼纜必然要比平時(shí)放出很多才能到達(dá)海底，工作時(shí)間將大幅增加，而且取樣器著底取樣時(shí)處于傾斜狀態(tài)，取樣成功率則會(huì)明顯降低。DP可以在6級風(fēng)、1.5節(jié)流速的海況下正常工作，此時(shí)啟用DP把船保持在頂風(fēng)頂流方向，船舶的橫搖將會(huì)大幅縮小，不僅降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，也提升了作業(yè)效率。

5.結(jié)束語

為了契合國家建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)深海資源探測新突破，精細(xì)化和定點(diǎn)作業(yè)方式將越來越多應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查工作中。因此，DP將成為地質(zhì)類調(diào)查船的標(biāo)配。細(xì)數(shù)最近幾年新建的科學(xué)調(diào)查船， 如“東方紅3號”、“海洋地質(zhì)十號”、“雪龍2號”、“嘉庚號”等無一例外都配備了DP系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見，隨著DP在調(diào)查船上的廣泛應(yīng)用，我國海洋調(diào)查能力和水平將會(huì)有質(zhì)的提升。