浅析动力定位在海洋科考中的应用

孙雁鸣

摘 要：随着海洋科技发展，精细化和定点化作业方式将会越来越普遍，为此而研发的先进调查设备不断投入使用，需要具有动力定位的调查船来提供应用平台。本文从动力定位原理、非DP科学调查船的工作现状和局限性、DP在科学调查船上的实际应用等方面，分析动力定位在海洋科考中的重要作用。

关键词：动力定位 海洋科学考察 调查船 海洋

1.引言

众所周知，没有绝对静止的海洋，即使是看上去风平浪静的海面，在海流、洋流的影响下，漂航的船舶还是会或快或慢地移动。而现今很多科学调查特别是海底地质调查要求已经从面到点，也就是从大范围粗略勘查到小范围甚至定点详细勘查，这种精细化、定点化作业要求超出了众多常规调查船的能力范围。为适應这些变化，越来越多的调查船开始配备动力定位系统（Dynamic Positioning System）。科考作业因为动力定位（以下简称DP）的精确定位，大幅度提升了取样的精度和质量，这是一个良性循环。本人在DP和非DP调查船上都工作过很长时间，在此对于DP在科考工作中的应用和作用作简单分析，供同行参考。

2.动力定位系统基本原理

动力定位系统是一种闭环的控制系统，利用计算机对采集来的环境参数（风、浪、流），根据位置参照系统提供的位置，自动地进行计算，控制各推力器的推力大小，来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的合力，从而使船舶尽可能地保持在要求的位置上。DP技术相对来说已经比较成熟，安全性和稳定性都能满足应用要求。值得注意的是，DP需要采用高精度的位置定位系统，比如DGPS（差分GPS），普通的GPS信号是不能满足DP要求的。

3.非动力定位科学调查船的工作现状和局限性

在需要DP支持的科学调查船中，地质调查类作业船舶占绝大多数。未具备DP的地质调查船，一般利用重力柱状、箱式、拖网、温盐深（CTD）等取样器进行地质取样，这些作业普遍采用漂航方式进行。驾驶员根据水深、风流速度和方向、作业速度等因素把船停泊在作业点附近，然后完车，使船舶在漂航的过程中接近作业区域。显然，就算驾驶员的经验非常丰富，也不可能准确判断船舶漂航距离和方向，只能做到比较接近作业点位置，因此，作业精度是完全没有保证的。这样的作业方式和精度，进行海域粗查没有什么问题，精细化调查则是无法实现的。

4.动力定位在海洋科考中的实际应用

4.1对先进调查设备应用的支持

随着科技发展，越来越多定点或者是小范围作业方式的先进调查设备如可视抓斗、深海浅钻、遥控无人潜水器（ROV）等被研发应用于海洋调查，这些设备只有在配备DP的调查船上使用才能安全工作并发挥最大的效用。比如深海浅钻，到达海底后将在海底进行1个小时以上的钻探作业，如果船舶不能稳定在一个位置上，可能发生牵引光缆拉翻钻机拉断钻杆的事故。其他如ROV、可视抓斗等虽然是近海底作业或者是短时间接触海底，但是需要DP提供准确位置并视情况能在小范围内移动船舶才能满足工作要求。

4.2恶劣海况下动力定位的应用

由于科学调查船吨位相对较小，船舶容易受风浪影响。一般来说，5～6级风速时，如果船舶采用漂航方式作业，将会因较大的横摇威胁到调查取样人员和设备的安全。此外，风浪较大时海流速度一般也会比较大，导致船舶漂航速度很快，取样器的牵引钢缆必然要比平时放出很多才能到达海底，工作时间将大幅增加，而且取样器着底取样时处于倾斜状态，取样成功率则会明显降低。DP可以在6级风、1.5节流速的海况下正常工作，此时启用DP把船保持在顶风顶流方向，船舶的横摇将会大幅缩小，不仅降低了作业风险，也提升了作业效率。

5.结束语

为了契合国家建设海洋强国的战略，实现深海资源探测新突破，精细化和定点作业方式将越来越多应用于地质调查工作中。因此，DP将成为地质类调查船的标配。细数最近几年新建的科学调查船， 如“东方红3号”、“海洋地质十号”、“雪龙2号”、“嘉庚号”等无一例外都配备了DP系统。可以预见，随着DP在调查船上的广泛应用，我国海洋调查能力和水平将会有质的提升。