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详解海洋测量船   

2007-12-14 10:30:31|  分类: 装备科技G |  标签: |举报 |字号 订阅

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  海洋测量船是一种能够完成海洋环境要素探测、海洋各学科调查和特定海洋参数测量的船只。凡是能够完成海洋空间环境测量任务的舰船,均可称为海洋测量船。早期的测量船仅仅完成单一的海洋水深测量,主要用于保障航道安全。随着社会的进步和科学技术的发展,海洋测量从单一的水深测量拓展到海底地形,海底地貌,海洋气象,海洋水文。地球物理特性,航天遥感和极地参数测量。现代海洋调查船综合作业能力很强,不同学科、不同专业领域的任务互相交叉并存,在完成主要使命任务的平台上,同时也具备相当的通用海洋参数测量能力。
  
  海洋测量船的发展简史
  
  
  早期的海洋测量船是应海上航行运输安全的需要而产生的,世界上第一艘海洋测量船是英国海军用“挑战者”号军舰改装的,于1872~1876年首次进行环球海洋测量,其测量成果在当时产生了巨大的影响。
  为了更有效地交流、应用海上航行安全信息,推动海洋测量事业的发展,首届国际海道测量大会于1919年6月在英国的伦敦召开。1921年建立国际海道测量局(IHB)以后,基本上每隔5年召开1次国际海道测量大会。会议交流测绘成果资料和最新探测技术,介绍最新海洋测量船的创新技术,大大刺激了各海洋国家建造新型测量船的积极性。
  二战期间,由于战争的影响,测量船的建造一度处于停滞状态。战争结束后,由于世界经济的复苏及航海事业的发展,美国海军率先推出了海洋测量船的中长期建造规划。二次大战前,测量船主要是由海军其他辅助舰船改装的;二次大战后,人们发现,测量船作业成果不仅是航行安全的可靠保障,更是海上作战环境侦察、尖端武器试验、海洋资源开发和科学研究考察的宝贵资料。因此,美国、苏联、英国和日本都针对专门任务大力建造各种测量船。
  50~60年代建造的测量船大都功能单一,测量范围以近海为主。从70年代美国海军作战部长发布“蓝皮书”开始,海洋战略竞争的范围扩展到全球。到90年代,美国海军又发布了“白皮书”,把作战范围延伸到世界各国的沿岸海域。围绕着世界海洋竞争战略的变化,各国主体测量船的建造吨位也由1000吨、3000吨向5000吨发展,特殊舰船甚至超过万吨;使命功能由专项单一发展到多项综合,作业方式由人工手动变为自动化操作,测量范围由近海扩大到全球海域,探测空间由平面拓展到立体全方位。
  现代海洋测量船有坚固的船体,较高的适航性、稳定性、耐波性和变速航行操纵性,具备全球海域的续航力与自给力。多数采用柴油机动力装置,特殊测量船配置电力推进系统。为了保证测量效果,多数测量船都装有自动舵、侧推装置、可调距螺旋桨和减摇鳍,动力部分实施浮筏和减振降噪工程。测量船都装备有先进的全球导航定位系统,有足够面积的试验室。测量船的核心机构是综合测量系统,由各种先进的测量设备、控制系统和处理系统组成。视任务需要还可搭载直升机、深潜器、探空器、专用测量艇、测量浮标,完成全要素测量任务。
  
  海洋测量船的分类
  
  按照任务划分,海洋测量船主要包括海道测量船、海洋调查船,科学考察船、地质勘察船、航天测量船、海洋监视船、极地考察船等。
  
  海道测量船
  这是一种最传统的测量船,按测量工作范围可分为沿岸、近海、中远海测量船及航标测量船。沿岸测量船的作业范围在沿岸海域和航道,测量水深一般在100米以内,测量船吨位大都在100吨左右,主要完成航道水深测量、排查水下障碍物和其他有关航行安全的作业。近海测量船的测量范围在200海里以内,测量水深一般在1000米以内,吨位一般为600~2000吨。由于作业空间较大,除水深测量外,还可以完成海底地形、海底地貌、海洋磁力和海洋重力测量。中远海测量船的测量范围是全球海域,测量水深超过11000米,吨位在3000吨以上,比较典型的是5000吨。中远海测量船的抗风能力为12级,续航力大于12000海里,自给力超过60天。它有足够的空间搭载海洋测绘、海洋气象、海洋水文、地球物理和其他特定任务的测量装备,能够在全球任何海域完成全要素的测量任务。
  
  
  海洋调查船
  现代的海洋调查船和海洋测量船的作业装备基本相同,只是海洋调查船的核心任务是海洋环境监测。因此,它的调查测量系统布局和科学家的编制是按照海洋水文、海洋气象、海洋物理和其他海洋环境的测量要求进行设计的。主要完成海洋水温、盐度、海流、波浪、潮汐、海洋气温、湿度、大气波导、风速、风向、红外等海洋环境,以及海底底质,重力、磁力等海洋物理参数的测量。
  
  科学考察船
  它与海洋测量船和海洋调查船的功能布局基本相同,只是增加了海洋生物和科研专项实验室,具备更长的自给力,拥有海洋生物采集器等特殊科研装备。早期的科学考察船为追求操作空间,多选择双体船型。美国海军“海斯”号是其中的杰出代表,它标准排水量3420吨,主尺度75.1×22.9×7.3米,经济航速15节,续航力7500海里,自给力20天,乘员70人(含25名科学家)。
  
  地质勘察船
  它与海洋测量船、海洋调查船的功能布局基本相同,核心任务是海洋资源开发,测量对象是地球物理信息。它通常具有很强的拖曳作业能力,主要是操作庞大的拖曳地震系统,获取丰富的地质资源信息,同时具有深海海底表层底质取样和近海钻井取样的能力。
  
  航天测量船
  它的主要任务是跟踪和遥测各种中、远程导弹、卫星和飞船,精确测定其落点,回收弹头锥体、卫星仪器数据舱和飞船座舱等。航天测量船的活动范围大,工作时间长,所以吨位比较大。目前世界上在航的航天测量船的排水量基本上是1~5万吨级,续航力为16000~20000海里,自给力高达90天以上。航天测量船的显著特点是装载庞大的航天测量系统,直径9米、12米和25米的对空搜索和遥测遥感雷达天线林立,是航天测量船最明显的外部标志。导航、通讯、控制指挥等系统都集中了各专业的前沿技术,核心的遥感测量系统、信息处理分析系统更是应用了尖端技术。
  
  当前只有中、美、俄、法等国建造了航天测量船,其中美国最多(先后有23艘)。但俄罗斯“尤里·加加林”号航天测量船规模最大、最负盛名。该船为常规船型,满载排水量53500吨,主尺度231.6×31×8.5米,经济航速18节,续航力20000海里,自给力210天。共有船员136人(另有212名科学家),实验室86间,装备有探空雷达、卫星通信、稳定控制、导航定位和数据处理等八大系统。
  
  海洋监视船
  它用于海洋声学环境监测,主要测量手段是拖曳声学线阵列。为了降低测量的背景噪声,海洋监视船采用电力推
进,特殊情况下也采用蓄电瓶供电。海洋监视船的测量成果主要用于军事上反潜、探潜和敌我目标识别。
  
  极地考察船
  它是执行特定海域环境调查和科学研究的测量船,具有抗御超低温恶劣环境和破冰作业的能力,强大的后勤补给系统能够支持极地考察的长期作业。极地考察船是具有破冰能力的综合测量船,随船搭载有极地考察和建站必需的工程机械、运输工具和各种支援设备。俄、美、加、日等国拥有,俄罗斯的数量最多,日本的功能最全。日本于1982年建成“白濑”号南极考察船,该船为单体破冰型,满载排水量17600吨,主尺度134×28×9.3米,经济航速15节,续航力20000海里,自给力38天,乘员230人(含60名科学家)。船上设有海洋测绘、水文气象、水声物理、地质生物等多种学科的研究室,配有绞车和起重设备,可搭载2架CH-53运输机、1架OH-6侦察机和1000吨极地建站物资。
  
  综合测量船
  随着现代测量船、调查船和考察船的综合效益日益提高,它们之间的专业功能相互覆盖、差别越来越小,于是出现了综合测量船。美国海军T-AGS60系列测量船是当代最具代表性的综合测量船。1993~2000年,美国海军相继建成下水6艘(T-AGS60~T-AGS65)。该船采用常规船型,满载排水量5300吨,主尺度为75.1×22.9×7.3米,经济航速16节,续航力10000海里,自给力60天。船上有总面积370米2的海道测量、水文气象、水声物理、海洋生物等实验室,配有2艘专业测量艇和1艘深海作业遥控潜水器。该船的综合测量系统由美国海军和罗德岛大学联合设计,后者还编写操作软件。
  
  海洋测量船的技术特点
  
  与军事斗争密切相关
  航海事业发展的初期,各个国家都把航海安全的使命赋予行动有效的军事部门。从1921年至今,历届的国际海道测量组织的主席和局长共计48人,有42人是美国、英国等西方国家的海军中将、少将。当前国际海道测量组织成员国中,有62.5%的国家注册的主管部门是国防部和海军。由于涉及到国家安全,各国之间的测量成果交流均经过海军审定。尽管测量船的作业成果可以广泛地应用于海洋资源开发、海洋环境保护和科学考察领域,但第一位的仍然是服务于军事斗争。测量船的设计、建造和技术配置,主要是针对海上作战和尖端武器的发展需要。
  
  综合作业能力强
  经过几十年的海上测量,各海洋国家都把国家沿岸浅海领域的海洋环境搞得清清楚楚,没有必要重复测量,于是功能单一、技术落后的小型测量船相继淘汰。21世纪是海洋世纪,海洋资源开发、环境调查、科学考察和相关的军事活动都由近海向远海扩展,对测量船的建造提出了新的技术要求。另外由于科学技术的进步,在有限的测量平台上有可能集中多种专业的测量设备,单船的综合作业能力得到提高。一艘综合测量船一个航次下来,可以同时获取海洋测绘、海洋气象,海洋水文、地球物理和科学考察等不同领域的多项成果,效益相当于多艘功能单一专业船的总和。目前,各个海洋国家的测量船的数量逐年减少,单船的综合作业能力却是日益提高,总吨位变化不大。截止到2006年2月,78个成员国在国际海道测量组织注册的测量船总吨位已经超过3亿吨。近10年的造船年鉴(1996~2005)统计表明:在世界各国新建造的测量船中,3000吨以上的综合测量船超过83%。
  
  高技术密集
  现代科学技术的发展使得大量高新技术融入综合测量系统,使测量船的工作效益直线上升,主要体现在:①测量精度不断翻升。海上测量要素的定位精度由70年代的l海里跃升到90年代的100米,到目前,卫星差分定位精度已达分米级;海底地貌测量的分辨率可达15厘米,浅层剖面的测量分辨率已达厘米级:②作业效率成倍提高。过去单波束测深仪一次航行只能取得一条测线,现在的多波束测深系统可同时发射200多个波束,信息获取量提高了200多倍;③开发出新的海洋要素。从70年代开始,海洋重力、海洋磁力、海底地形、海底地貌、声学分层测流、雷达分层测风和大气波导等新兴测量项目不断涌现;④综合测量系统智能化控制各测量设备同步作业、协调操作过程的自动化流水作业、实时处理测量数据、现场提交成果资料,因此大大缩短了测量周期,测量成果的质量也不断提高。
  
  海洋大国测量船的发展
  
  美国
  美国拥有的海洋测量船型号多、技术新。50年代末以后,美国海军建造了20多艘海洋测量船,比较著名的是3251吨的“托马斯·格·汤普森”级、3420吨的“海斯”号和12000吨的“领海”号。它们的主要特点是专业实验室多,工作面积达370米2以上;自动化程度高,电子设备齐全,甲板设备配套。80年代中期,美国海军加快了战场准备和海道测量的发展速度。继1989~1994年短期内装备了6艘现代化测量船(USNS系列)之后,又迅速在2年时间内建造了6艘更先进的5000吨级中远海测量船(T-AGS 60~65)。每艘船上都装备了浅海回声测深仪、深海回声测深仪、海底浅层剖面仪、浅海多波束系统、深海多波束系统、多普勒声学测流仪、侧扫声呐、全球定位系统、遥控潜水器、重力仪、磁力仪等20多种海洋测量设备和多个测量工作站,可以详尽准确地探测海底地形、海底地貌、海底浅层剖面、海底表层底质等多种战场要素。测量系统的综合能力很强,多数以海洋测量和水文调查为主,同时在一些中型以上的测量船上还配置有海洋生物、海洋特性等专项调查设备。美国海洋与大气管理局还有一些小船,可以机动地安装各种测量设备,执行指定的专项任务。此外,美国海军在航空母舰上也装有先进的测量设备。
  
  英国
  英国皇家海军的海洋测量船吨位比较小,主要以1000吨以上的近海测量船为主(如“罗巴克”系列)。但测量设备多而全、处理功能很强,处理机和工作站多是美国HP系列,测深仪、侧扫声呐、剖面仪等测量设备都是英国产品。最近几年,英国皇家海军的测量船吨位越来越大。1996年建造的13300吨级“斯科特”号测量船每年可工作300天,船底安装了超大规模的换能器阵,可以详尽地探测水下的多种物理、水文参数,同时具有破冰能力。1998年7月止,皇家海军又连续建造了3艘现代测量船,全部采用新型测量系统,最新一艘是5129吨的“耐力A171”号。这充分表明了英国发展全球海域测量的战略意图。
  
  俄罗斯
  俄罗斯的测量船较多,几乎每两三年就造l艘;而且吨位也比较大,例如6600~9100吨的AKADMIK系列、9920吨的KRYLDB号、7500吨的ABKHAZYA级。近期也建造中等吨位的测量船,像3422吨“西伯利亚柯夫”级,但不是主流。俄罗斯大型测量船常年保持全球海域活动,海洋作业的项目是综合性的,主要有海洋测量、救生、地质、气象、水文,生物和化学等方面。测量设备的数量多,但战技指标和功能一般、更新周期长,不如美、日等国先进。
  
  日本
  日本非常重视海洋测量对海洋经济的推动作用,海洋测量船数量很多、建造速度很快。它们长年在海上测量,经常出没在我国的中远海区。测量船的吨位居中,像3500吨的“白凤”号、3800吨的“白岭”号、3048吨“拓洋”号、2200吨的“昭洋”号等。装备的测量设备都很先进,而且更新速度快,全世界最先进的测量设备的第一个用户几乎都是日本。测量仪器种类多,主要围绕着资源开发的水深和地质要素。目前,日本已出版了1:20万和1:50万的大陆架海底地形图。日本无论是在测量船队的数量上,还是在最新的测量技术上,都努力保持海洋大国的地位。
  除上述5国外,法、德、荷、意等国也都不断推出新型远海综合测量船。发达国家频繁的海洋测量活动唤醒了全世界海洋国家,它们纷纷意识到海洋资源和海洋国土关系到国家和民族的生存。近两年来,巴西、阿根廷、委内瑞拉、西班牙、希腊、土耳其、印度、印尼、新西兰等国,都以较快的速度装备了1000~6000吨级新型测量船,测量设备比较新颖,活动的范围也比较广泛。
  
  测量船的技术发展趋势
  
  综合功能越来越强
  近代科学技术的发展,带动测量调查设备技术性能的迅速提高。不同领域的探测手段可以相通,基本上是水声、激光、红外、电磁和机械等几大类,所以综合调查系统可以在不同领域取得显著效益,实现一船多能。发达国家首先意识到综合测量系统的突出效益,纷纷把投资重点转向调查测量系统的研制和发展。在80年代,海洋测量船调查测量系统和船体建造经费的比例为0.05:1,90年代上升为0.25:1,当前发达国家的建造比例为1:1、2:1,重要的测量船甚至超过5:1。由于综合功能的迅速膨胀,各专业功能之间相互覆盖、界线逐渐消除。一艘现代的综合测量船,又是综合调查船、资源勘探船、科学考察船、环境监察船和电子侦察船,未来的测量船在专业功能覆盖上向着“万能”的方向发展。
  
  测量质量全面提高
  近代科学技术的发展造就了高性能的测量调查设备,最直接的效益就是测量数据的精度、密度、成功率,有效率、覆盖范围等成倍提高。由于数字化、智能化和网络技术的发展,测量系统的集成更加科学、有效。操作过程的自动化水平不断提高,测量项目的操作向着“可视、可控”的方向迈进,测量工作周期大大缩短。测量数据的处理方法不断更新,质保体系日益健全,测量质量得到全面提高。现代的调查测量成果在各个不同的应用领域内,都产生了前所未有的经济效益和军事效益。
  
  建造先进测量平台
  过去建造测量船强调的是测量系统设备要适应船体平台,设计中船体必需的部分安排就绪后,剩余的空间才加装测量设备,或者直接用货船和交通船改装成测量船。现代造船技术的发展,优先围绕测量使命的技术要求,配套展开设计建造。例如通过调整船体结构,优化测量环境;选择合适的推进方式,降低工作部位的背景噪声;开展电磁兼容设计,提高电磁接收信号的灵敏度;实施主机/辅机的减振降噪技术,提高信噪比;进行声学兼容设计,消除同类声学设备之间的相互干扰。总之,测量船的新型建造技术,将测量系统和运载船体结合成为一个有机的整体,船体平台的每一项技术进步都使调查测量系统直接受益。
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