中國科學(xué)院海洋研究所 張志平 顧秋青青島大學(xué) 李 超

隨著現(xiàn)代海洋調(diào)查技術(shù)的不斷提高和調(diào)查手段的不斷發(fā)展，潛標(biāo)的系統(tǒng)調(diào)查由近岸走向大洋，并已經(jīng)成為深海大洋重要的調(diào)查方式，潛標(biāo)的布放深度由幾十米延伸到幾千米。深海潛標(biāo)的布放和淺水潛標(biāo)類似，均采用先標(biāo)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(diào)查儀器按預(yù)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(gè)錨系拉至水面以下設(shè)計(jì)的深度，利用浮球的剩余浮力將錨系纜繩拉緊，進(jìn)行連續(xù)不斷的觀察工作，為深海科學(xué)研究提供可靠的數(shù)據(jù)。這就要求在潛標(biāo)的設(shè)計(jì)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(zhǎng)，多數(shù)儀器設(shè)備需現(xiàn)場(chǎng)安裝；因此，船舶布放作業(yè)的時(shí)間也較長(zhǎng)，船舶隨風(fēng)流漂移的距離較長(zhǎng)，加上周圍水深變化較為復(fù)雜，所以解決錨碇重塊的投放點(diǎn)或者落地點(diǎn)的準(zhǔn)確位置成為布放工作的難點(diǎn)。為保證準(zhǔn)確地將錨碇重塊按計(jì)劃的位置和時(shí)間投出，必須在整個(gè)布放過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)流變化對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)軌跡不斷調(diào)整并加以嚴(yán)格控制[2]。

Hypack軟件是一款集定位導(dǎo)航、單/多波束水深數(shù)據(jù)采集等多功能于一體的導(dǎo)航與水文工程軟件[3]。其主程序用于完成設(shè)定工作環(huán)境、預(yù)設(shè)各類參數(shù)、預(yù)置導(dǎo)航點(diǎn)與測(cè)線等工作。其實(shí)時(shí)導(dǎo)航程序由主程序（Survey）調(diào)用，用于實(shí)時(shí)顯示導(dǎo)航、測(cè)深等現(xiàn)場(chǎng)調(diào)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(shí)時(shí)地看到船舶軌跡和位置，并能根據(jù)其圖像和提供的導(dǎo)航參數(shù)，對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行正確判斷，進(jìn)而通過車和舵對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)加以干預(yù)，使船舶沿著理想的軌跡運(yùn)動(dòng)。實(shí)踐證明，Hypack軟件可布放潛標(biāo)、設(shè)計(jì)航路，是一款非常實(shí)用的軟件。

一、Hypack軟件使用方法

使用該軟件進(jìn)行海上布放深水潛標(biāo)的方法是：在Hypack主程序中，輸入潛標(biāo)重力錨投放點(diǎn)A的位置與投放范圍控制點(diǎn)B、C、D、E的位置；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)流情況和本船的可使用動(dòng)力情況，確定潛標(biāo)布放起始點(diǎn)S的位置，應(yīng)使此點(diǎn)處于投放點(diǎn)的上游、下風(fēng)和船首迎風(fēng)位置，距離大約為流致船舶漂移的距離。如圖1所示，A點(diǎn)為計(jì)劃投放點(diǎn)，S點(diǎn)為起始布放點(diǎn)。為了更清晰地幫助船舶布放潛標(biāo)，SA為導(dǎo)航中心線，以SA線左右各一條與其間隔一定距離的一對(duì)SA線的平行線作為潛標(biāo)布放時(shí)的導(dǎo)航范圍控制線，如圖2所示。在實(shí)施潛標(biāo)布放時(shí)，可在Survey實(shí)時(shí)勘查程序中，結(jié)合實(shí)時(shí)顯示的圖形及相關(guān)導(dǎo)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(yùn)動(dòng)。

二、Hypack軟件具體操作步驟

1. 輸入重力錨投放點(diǎn)、投放范圍控制點(diǎn)的位置

（1）依次級(jí)選菜單項(xiàng)：“測(cè)量準(zhǔn)備”“編輯器”“目標(biāo)文件編輯器”。

（2）在“目標(biāo)文件編輯器”窗口中，輸入潛標(biāo)重力錨投放點(diǎn)A與投放范圍控制點(diǎn)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(biāo)布放作業(yè)起始點(diǎn)位置

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

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

（2）級(jí)選菜單：“視圖”“缺省光標(biāo)”。

（3）將鼠標(biāo)移至A點(diǎn)，按住鼠標(biāo)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(biāo)拖曳至潛標(biāo)布放作業(yè)的起始點(diǎn)處，記下狀態(tài)欄中顯示的鼠標(biāo)光標(biāo)當(dāng)前所處位置的經(jīng)緯度值。

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

3. 輸入潛標(biāo)布放過程中的船行中心導(dǎo)航線及偏航范圍控制線

采用平行線導(dǎo)航，輸入潛標(biāo)布放過程中的船行中心導(dǎo)航線及船舶偏航范圍控制線。

（1）級(jí)選菜單：“測(cè)量準(zhǔn)備”“編輯器”“測(cè)線編輯器”。

（2）在“測(cè)線編輯器”中，輸入S點(diǎn)及A點(diǎn)的經(jīng)緯度值，作為1#導(dǎo)航測(cè)線的起止點(diǎn)，此線即為潛標(biāo)布放時(shí)的中心導(dǎo)航線。級(jí)選菜單為“測(cè)線”“偏移”等。

（3）在“選擇偏移方式”對(duì)話框中，選擇進(jìn)入“平行線”標(biāo)簽頁。在此頁上的“中心線左側(cè)線數(shù)”“中心線右側(cè)線數(shù)”兩項(xiàng)后的輸入欄內(nèi)分別輸入數(shù)字1，在“線間距”項(xiàng)后的輸入欄內(nèi)輸入以上兩線與中心導(dǎo)航線間的距離值。這樣，按一定的間距在中心導(dǎo)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(biāo)時(shí)的航道。

在完成潛標(biāo)重力錨投放點(diǎn)、潛標(biāo)重力錨投放范圍控制點(diǎn)、潛標(biāo)布放過程船行中心導(dǎo)航線、潛標(biāo)布放過程船舶偏航范圍控制參考線等諸項(xiàng)設(shè)置后，從Hypack主程序調(diào)用Survey實(shí)時(shí)導(dǎo)航程序，即可實(shí)時(shí)顯示船舶與各控制參考點(diǎn)、線之間的相對(duì)位置圖，再結(jié)合導(dǎo)航參數(shù)，可為船舶操縱提供各種重要的信息。

三、布放實(shí)例

2010年在西太航次海上布放6000m深海潛標(biāo)，采取利用Hypack軟件協(xié)助導(dǎo)航。當(dāng)時(shí)環(huán)境情況如下：風(fēng)向約070°，風(fēng)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(shí)際測(cè)得在船舶主機(jī)和舵的干預(yù)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(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)計(jì)布放時(shí)間（4h），擬定在預(yù)定投放點(diǎn)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(yù)定投放點(diǎn)，最終選擇在預(yù)定投放點(diǎn)西北方向8km處開始布放，船首向?yàn)轫旓L(fēng)方向。

在各種測(cè)量和準(zhǔn)備工作完成后，船抵達(dá)S點(diǎn)前根據(jù)當(dāng)時(shí)的風(fēng)向070°將本船船首向調(diào)整至070°左右，同時(shí)將船停住，船速控制在2～3kn，且設(shè)定沿航道方向的漂移速度。船在就位的同時(shí)，甲板上的主浮球也由A型架使用釋放鉤吊放入海前作準(zhǔn)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(rèn)本船船位和船首向，此時(shí)如果位置不合適就作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，用舵和車慢慢向前修正船位和航向。調(diào)整時(shí)不要使錨系包括纜繩在內(nèi)的任何部分受到磨損。不斷重復(fù)車舵及調(diào)整風(fēng)舷角、流舷角，進(jìn)而調(diào)整船舶的漂移速度。在這些位置如同船舶靠泊時(shí)一樣盡量將船調(diào)整至偏上風(fēng)上流的位置，以便抵抗風(fēng)流對(duì)船位漂移的影響。最后，根據(jù)實(shí)際布放位置的水深判斷是否需要加調(diào)整纜繩，以保證整個(gè)錨系上的設(shè)備在設(shè)計(jì)的水深下工作。確定錨系纜繩的長(zhǎng)度與計(jì)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(gè)錨系拉入水下。當(dāng)重力錨入水后，每隔15min使用聲學(xué)釋放器甲板單元與潛標(biāo)系統(tǒng)的聲學(xué)釋放器進(jìn)行應(yīng)答測(cè)距，同時(shí)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(xué)釋放器測(cè)量斜距，計(jì)算聲學(xué)釋放器的下沉深度。

重力錨觸底就位后，重塊落到海底，整個(gè)系統(tǒng)在海里趨于穩(wěn)定，在距重力錨入水位置5km范圍內(nèi)，進(jìn)行至少4點(diǎn)以上聲學(xué)釋放器斜距測(cè)量，同時(shí)記錄作業(yè)船的GPS位置，利用4組以上數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，確定潛標(biāo)系統(tǒng)就位經(jīng)緯度。

圖3為實(shí)際海上布放軌跡截屏圖的一部分，整個(gè)過程合理地利用了風(fēng)和流的作用，有效地控制了布放過程的軌跡，實(shí)際布放的結(jié)果非常理想，投放點(diǎn)偏離布放點(diǎn)約6 0 0 m，符合布放前的設(shè)計(jì)要求。

四、結(jié) 語

在實(shí)際潛標(biāo)布放操作中，主要通過調(diào)整船舶的風(fēng)舷角和流舷角，充分利用舵和車的慣性，達(dá)到調(diào)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(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，采取提前壓舵和短時(shí)動(dòng)車讓船舶在模擬的航道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

此外，在使用Hypack軟件布放實(shí)施過程中，還需要注意以下幾個(gè)問題：

（1）嚴(yán)密的分工協(xié)作，統(tǒng)一指揮，各負(fù)其責(zé)。

（2）潛標(biāo)位置的確定，應(yīng)選擇海底相對(duì)平坦的地方，給潛標(biāo)著底留有足夠的余地。

（3）每次動(dòng)車的時(shí)間應(yīng)是短時(shí)的，將船速和首向控制在有效范圍內(nèi)。

（4）如需完全制動(dòng)時(shí)可采取短時(shí)倒車，但無論如何不可讓船后退。

（5）每次動(dòng)車前應(yīng)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(duì)非機(jī)駕合一的船舶要考慮頻繁起車及其啟動(dòng)性能。

（7）釋放纜繩的速度不能過快或過慢，過快錨系易打結(jié)，過慢易磨損纜繩。

（8）使用Hypack軟件時(shí)，屏幕比例要適當(dāng)，要能清楚地看到船形。

（9）大部分的設(shè)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(qiáng)拖。

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

（11）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的緊急情況采取應(yīng)變措施。

[1]毛祖松.海洋潛標(biāo)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].海洋測(cè)繪,2001(4):57-58.

[2]李飛權(quán),張選明,張鵬.海洋潛標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].海洋技術(shù),2004(1):17-21.

[3]胡家賦,劉宇明.HYPACK導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋資源勘探中的應(yīng)用[J].海洋測(cè)繪,2003(6):21-23.