淺析動力定位在海洋科考中的應用

孫雁鳴

摘 要：隨著海洋科技發展，精細化和定點化作業方式將會越來越普遍，為此而研發的先進調查設備不斷投入使用，需要具有動力定位的調查船來提供應用平臺。本文從動力定位原理、非DP科學調查船的工作現狀和局限性、DP在科學調查船上的實際應用等方面，分析動力定位在海洋科考中的重要作用。

關鍵詞：動力定位 海洋科學考察 調查船 海洋

1.引言

眾所周知，沒有絕對靜止的海洋，即使是看上去風平浪靜的海面，在海流、洋流的影響下，漂航的船舶還是會或快或慢地移動。而現今很多科學調查特別是海底地質調查要求已經從面到點，也就是從大范圍粗略勘查到小范圍甚至定點詳細勘查，這種精細化、定點化作業要求超出了眾多常規調查船的能力范圍。為適應這些變化，越來越多的調查船開始配備動力定位系統（Dynamic Positioning System）。科考作業因為動力定位（以下簡稱DP）的精確定位，大幅度提升了取樣的精度和質量，這是一個良性循環。本人在DP和非DP調查船上都工作過很長時間，在此對于DP在科考工作中的應用和作用作簡單分析，供同行參考。

2.動力定位系統基本原理

動力定位系統是一種閉環的控制系統，利用計算機對采集來的環境參數（風、浪、流），根據位置參照系統提供的位置，自動地進行計算，控制各推力器的推力大小，來提供抵抗風、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技術相對來說已經比較成熟，安全性和穩定性都能滿足應用要求。值得注意的是，DP需要采用高精度的位置定位系統，比如DGPS（差分GPS），普通的GPS信號是不能滿足DP要求的。

3.非動力定位科學調查船的工作現狀和局限性

在需要DP支持的科學調查船中，地質調查類作業船舶占絕大多數。未具備DP的地質調查船，一般利用重力柱狀、箱式、拖網、溫鹽深（CTD）等取樣器進行地質取樣，這些作業普遍采用漂航方式進行。駕駛員根據水深、風流速度和方向、作業速度等因素把船停泊在作業點附近，然后完車，使船舶在漂航的過程中接近作業區域。顯然，就算駕駛員的經驗非常豐富，也不可能準確判斷船舶漂航距離和方向，只能做到比較接近作業點位置，因此，作業精度是完全沒有保證的。這樣的作業方式和精度，進行海域粗查沒有什么問題，精細化調查則是無法實現的。

4.動力定位在海洋科考中的實際應用

4.1對先進調查設備應用的支持

隨著科技發展，越來越多定點或者是小范圍作業方式的先進調查設備如可視抓斗、深海淺鉆、遙控無人潛水器（ROV）等被研發應用于海洋調查，這些設備只有在配備DP的調查船上使用才能安全工作并發揮最大的效用。比如深海淺鉆，到達海底后將在海底進行1個小時以上的鉆探作業，如果船舶不能穩定在一個位置上，可能發生牽引光纜拉翻鉆機拉斷鉆桿的事故。其他如ROV、可視抓斗等雖然是近海底作業或者是短時間接觸海底，但是需要DP提供準確位置并視情況能在小范圍內移動船舶才能滿足工作要求。

4.2惡劣海況下動力定位的應用

由于科學調查船噸位相對較小，船舶容易受風浪影響。一般來說，5～6級風速時，如果船舶采用漂航方式作業，將會因較大的橫搖威脅到調查取樣人員和設備的安全。此外，風浪較大時海流速度一般也會比較大，導致船舶漂航速度很快，取樣器的牽引鋼纜必然要比平時放出很多才能到達海底，工作時間將大幅增加，而且取樣器著底取樣時處于傾斜狀態，取樣成功率則會明顯降低。DP可以在6級風、1.5節流速的海況下正常工作，此時啟用DP把船保持在頂風頂流方向，船舶的橫搖將會大幅縮小，不僅降低了作業風險，也提升了作業效率。

5.結束語

為了契合國家建設海洋強國的戰略，實現深海資源探測新突破，精細化和定點作業方式將越來越多應用于地質調查工作中。因此，DP將成為地質類調查船的標配。細數最近幾年新建的科學調查船， 如“東方紅3號”、“海洋地質十號”、“雪龍2號”、“嘉庚號”等無一例外都配備了DP系統。可以預見，隨著DP在調查船上的廣泛應用，我國海洋調查能力和水平將會有質的提升。