梁春江

船底安裝深水多波束EM710方案研究

梁春江

梁春江 莫海泉

中海油田服務(wù)股份有限公司

本文針對(duì)非專業(yè)科考船加裝深水多波束測(cè)深儀EM710實(shí)際技術(shù)需求，結(jié)合EM710型深水多波束的系統(tǒng)安裝要求，對(duì)船舶結(jié)構(gòu)展開調(diào)研，研究設(shè)計(jì)出可行的安裝方案，最后經(jīng)海試驗(yàn)證整套安裝方案的適用性，并帶來經(jīng)濟(jì)效益，為EM710型深水多波束設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用推廣提供了參考，拓展了深水多波束的安裝技術(shù)手段。

引言

深水多波束是近年新興的主要用來測(cè)量深水海域海底地形、地貌和水體特征數(shù)據(jù)，通過采集原始聲學(xué)數(shù)據(jù)生成海底三維成像的專業(yè)工程設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鉆井船、鉆井平臺(tái)就位前海底測(cè)量、海底管纜鋪設(shè)、物探井場(chǎng)調(diào)查等項(xiàng)目中。

目前，海洋資源開發(fā)逐步走向深海領(lǐng)域，對(duì)深水多波束需求量越來越多，工程技術(shù)要求也越來越高。很多非專業(yè)科考船舶在建造伊始并沒有設(shè)計(jì)安裝深水多波束系統(tǒng)，缺少多波束換能器的預(yù)留的船底開孔安裝位置、電纜通道、甲板單元布放空間、輔助的姿態(tài)傳感器、羅經(jīng)等設(shè)備。

本文由于此次要求將EM710深水多波束測(cè)深儀安裝于一艘非科考船上的項(xiàng)目實(shí)際需求，就要充分調(diào)研現(xiàn)有的硬件環(huán)境，結(jié)合深水多波束EM710系統(tǒng)的特點(diǎn)，自主設(shè)計(jì)研發(fā)出一套適用的安裝方案，數(shù)據(jù)采集效果可以等同于專業(yè)的科考船的多波束測(cè)量作業(yè)。

EM710系統(tǒng)安裝的硬件結(jié)構(gòu)分析

EM710系統(tǒng)自身主要由換能器、甲板單元、數(shù)據(jù)采集工作站構(gòu)成，要安裝多波束數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，需要同時(shí)安裝輔助設(shè)備： DGPS定位系統(tǒng)、羅經(jīng)、姿態(tài)器、表層實(shí)時(shí)聲速儀，否則多波束設(shè)備無法采集到正確的聲學(xué)數(shù)據(jù)。

綜合考慮多波束EM710對(duì)輔助設(shè)備的技術(shù)要求和輔助設(shè)備的采購成本，將輔助設(shè)備的配置如表1所示。

表1 輔助設(shè)備表

整套多波束數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件連接圖如圖1所示。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)接圖

換能器的安裝

換能器的安裝位置選擇

換能器固定安裝于導(dǎo)流罩內(nèi)，導(dǎo)流罩的安裝位置應(yīng)優(yōu)先考慮三分一船艏部的肋位區(qū)間中船底較為平坦的位置，避免受到船舶航行引起的船底大量的氣泡和水流的影響。考慮到換能器和導(dǎo)流罩的重量因素，應(yīng)優(yōu)先選擇船底板較厚、船體肋位有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的船底位置。

換能器導(dǎo)流罩的加工制造

通過參考原廠圖紙自主加工水滴形導(dǎo)流罩，避免了導(dǎo)流罩本身在船舶航行中產(chǎn)生的水流和氣泡對(duì)聲學(xué)數(shù)據(jù)采集的影響，同時(shí)也盡量降低了將導(dǎo)流罩本體產(chǎn)生的水阻，將導(dǎo)流罩通過焊接固定安裝于船底。

甲板單元的安裝

安裝甲板單元前，因甲板單元內(nèi)主要是電路板，為防止設(shè)備受船體震動(dòng)的影響，應(yīng)首先安裝減震支架，參考減震支架的法蘭片加工固定于固定墻體上的對(duì)應(yīng)的法蘭盤。

由于非專業(yè)的科考船上沒有設(shè)備儀器房，加之換能器的電纜只有25m長，經(jīng)過電纜通道到達(dá)水線上后只剩余10m，無法進(jìn)入船舶艙室內(nèi)部進(jìn)行固定安裝，所以專門為多波束的甲板單元設(shè)計(jì)并加工了一個(gè)儀器間，如圖2所示。

儀器間內(nèi)部裝有空調(diào)，用來保持空氣濕度，同時(shí)加裝有UPS，防止船電不穩(wěn)對(duì)電子元器件造成傷害。

輔助設(shè)備的安裝

DGPS和羅經(jīng)系統(tǒng)的安裝

圖2 甲板單元的儀器間

圖3 MRU5的配置

將Starfix的天線固定安裝于駕駛臺(tái)頂部開闊處，將Tss Meridian電羅經(jīng)固定安裝于駕駛臺(tái)龍骨位置的正上方，將“0”度方向指向船頭。然后進(jìn)行DGPS和羅經(jīng)的校準(zhǔn)即可。

MRU5的安裝

因MRU5的數(shù)據(jù)輸出時(shí)是參考船舶CG點(diǎn)計(jì)算出來的，為了減少誤差，將MRU5固定安裝于距CG點(diǎn)盡量接近的位置。

經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)量MRU5中心點(diǎn)的位置與CG的三維位置，將相對(duì)位置輸入到配置菜單中，MRU輸出的姿態(tài)數(shù)據(jù)即為正確數(shù)據(jù)。

表層聲速儀的安裝

將表層聲儀固定安裝于多波束換能器的下表面接近的位置，且其傳感器于多波束的下表面處于同一水平面，這樣就可以保證測(cè)量的聲速值是換能器收發(fā)聲波處的聲速值。

系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)與安裝

基于硬件結(jié)構(gòu)接圖（見圖1），設(shè)計(jì)系統(tǒng)線路總圖如圖4所示。

系統(tǒng)通訊遵守標(biāo)準(zhǔn)通訊RS232數(shù)據(jù)通訊和網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。除表層聲速儀外的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給工作站外，其他輔助設(shè)備的數(shù)據(jù)全部發(fā)送給甲板單元進(jìn)行處理。

圖4 系統(tǒng)線路連接圖

系統(tǒng)測(cè)試

硬件測(cè)試

在海試中，打開EM710多波束數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有相關(guān)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)多波束EM710自檢通過，所有輔助設(shè)備正常發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)硬件工作正常。

軟件測(cè)試

通過在海試中采集原始聲學(xué)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，后經(jīng)專業(yè)的多波束后處理軟件Caris處理分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)無明顯雜訊干擾，多波束數(shù)據(jù)采集良好，能夠滿足多波束作業(yè)的技術(shù)需求。

結(jié)語

基于一艘非專業(yè)科考船加裝深水多波束EM710的技術(shù)需求，本文通過分析該套系統(tǒng)和船舶本身的實(shí)際情況，研發(fā)設(shè)計(jì)出一套可行的系統(tǒng)安裝方案，并通過海試驗(yàn)證了該方案的適用性，為深水多波束測(cè)深技術(shù)應(yīng)用與推廣做出了貢獻(xiàn)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.008