孟慶龍，楊維維，孫雅哲，李尉尉

（國家海洋技術(shù)中心 天津 300112）

國外海洋調(diào)查船發(fā)展歷史和趨勢以及對我國的啟示

孟慶龍，楊維維，孫雅哲，李尉尉

（國家海洋技術(shù)中心 天津 300112）

海洋調(diào)查船是專門進(jìn)行海洋調(diào)查研究的工具，涉及船舶設(shè)計、建造、海洋調(diào)查技術(shù)、航海管理和海洋調(diào)查實驗管理等領(lǐng)域，是我國海洋強國戰(zhàn)略和“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想順利實施的重要保障。文章梳理歐美自大航海時代以來海洋調(diào)查船的發(fā)展歷程，選取各時期具有代表性的船舶，總結(jié)其特點和最新發(fā)展趨勢，以期為我國海洋調(diào)查船的設(shè)計建造思路提供啟示。

海洋調(diào)查船；大洋調(diào)查；船舶工程

歐美海洋調(diào)查船的建造和使用歷經(jīng)幾個世紀(jì)的發(fā)展和探索，近年來具有新的特點和發(fā)展趨勢。本文從國外海洋調(diào)查船的發(fā)展歷史、最新趨勢以及對我國的借鑒意義等方面進(jìn)行整理和總結(jié)，以期為指導(dǎo)我國海洋調(diào)查船發(fā)展提供啟示。

1 國外海洋調(diào)查船的發(fā)展歷史

歐洲人在15世紀(jì)至18世紀(jì)末的“大航海時代”，用當(dāng)時的船舶開展一些海洋調(diào)查活動，其中主要代表為哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸、麥哲倫環(huán)球航海、詹姆斯·庫克航行至澳大利亞、達(dá)爾文隨船環(huán)球探險等。這一時期的海洋調(diào)查主要是發(fā)現(xiàn)航路，船上大多僅安裝大炮等武器裝備，并沒有專業(yè)的海洋調(diào)查設(shè)備；船長在40 m以下，排水量在350 t以下，采用木質(zhì)帆船結(jié)構(gòu)，勘查對象主要是海上航線和陸地［1］。

這一時期的船舶并不是專業(yè)的海洋調(diào)查船，不足以承擔(dān)海洋調(diào)查任務(wù)。

19世紀(jì)后半葉出現(xiàn)專門用于海洋調(diào)查的船舶。英國“挑戰(zhàn)者”號為三桅蒸汽動力帆船，船長68.9 m，排水量2 306 t，配備當(dāng)時最先進(jìn)的調(diào)查儀器設(shè)備并增設(shè)獨立的自然史室和化學(xué)實驗室；1872—1876年，“挑戰(zhàn)者”號完成世界上首次環(huán)球海洋科學(xué)考察，開創(chuàng)有系統(tǒng)、有目標(biāo)的近代海洋科考先河；“挑戰(zhàn)者”號的改造成功以及投入使用成為世界航海史、地球科學(xué)史上的里程碑，提供海洋學(xué)研究的“樣板”和規(guī)范，開啟人類從宏觀上對世界海洋水體進(jìn)行科學(xué)研究并探索其自然規(guī)律的新時代。這一時期的海洋調(diào)查船不僅關(guān)注世界海洋表面，而且關(guān)注海面以下的空間以及海流、溫度等海洋物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)等方面的變化規(guī)律，因而與中世紀(jì)的“發(fā)現(xiàn)新大陸”有本質(zhì)的不同。與此同時，雖然專門用于海洋調(diào)查的船舶已經(jīng)出現(xiàn)，但限于當(dāng)時的技術(shù)條件，各國海洋調(diào)查船均僅能進(jìn)行以生物調(diào)查為主的綜合性海洋調(diào)查，且全部為探索性的航行調(diào)查，而不是對特定海區(qū)的專門調(diào)查。

第一次世界大戰(zhàn)以后，隨著海洋學(xué)研究和國際科學(xué)活動的重新升溫以及回聲測深儀等儀器的發(fā)明，這一時期的海洋調(diào)查船不僅能進(jìn)行以生物調(diào)查為主的綜合性海洋調(diào)查，還逐漸承擔(dān)起海水理化性質(zhì)和地質(zhì)地貌調(diào)查任務(wù)。20世紀(jì)20年代以后，德國建成“流星”號調(diào)查船，船上首次安裝回聲測深儀并應(yīng)用其他近代科學(xué)方法；“流星”號的問世標(biāo)志著綜合性海洋調(diào)查船由以生物調(diào)查為主的時代進(jìn)入以海水理化性質(zhì)和地質(zhì)地貌調(diào)查為主的時代。

隨后，全球61個國家和地區(qū)卷入第二次世界大戰(zhàn)，這一時期的海洋研究與軍事緊密結(jié)合在一起。由于水聲探測研究對于定位潛艇的意義重大，波浪研究對于特種部隊執(zhí)行兩棲作戰(zhàn)任務(wù)尤為重要，因而海洋調(diào)查船突出發(fā)展水聲技術(shù)、海浪觀測和預(yù)報技術(shù)，而且很多船舶兼具作戰(zhàn)能力。由于歷史原因，“二戰(zhàn)”期間美國建造大量海洋調(diào)查船，其中美國海軍就建造26艘。

以上幾個時期建造的海洋調(diào)查船多由其他類型船舶改造而成，即使是新建船舶也并非根據(jù)海洋調(diào)查需要而專門設(shè)計的。直到20世紀(jì)50年代末期才進(jìn)入專門設(shè)計建造海洋調(diào)查船的時代［2］，海洋調(diào)查事業(yè)也從此得到更為顯著的發(fā)展。此后，綜合性海洋調(diào)查船已不能滿足海洋學(xué)各分支學(xué)科深入調(diào)查的需要，從而陸續(xù)出現(xiàn)各種專業(yè)調(diào)查船和特種調(diào)查船；同時，隨著電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)以及海洋調(diào)查設(shè)備越來越先進(jìn)，現(xiàn)代化高效率海洋調(diào)查船逐漸誕生并普及。1959年蘇聯(lián)建造“羅門諾索夫”號6 000噸級綜合海洋調(diào)查船，1960年美國建成3 400噸級的“測量員”號航道和海洋調(diào)查船，1962年英國建成3 100噸級的“發(fā)現(xiàn)”號海洋調(diào)查船，這些均為第一批專門設(shè)計建造的海洋調(diào)查船［3］；其中，美國“測量員”號航道和海洋調(diào)查船是美國第一艘配備多波束系統(tǒng)的調(diào)查船，其兼?zhèn)渖钏芈曄到y(tǒng)和淺水回聲系統(tǒng)，同時還有穩(wěn)定的聲吶導(dǎo)航系統(tǒng)、水文數(shù)據(jù)回收系統(tǒng)、地震反射輪廓處理模塊，設(shè)置干濕海洋學(xué)實驗室、重力實驗室、攝影實驗室。這一時期的海洋調(diào)查船在設(shè)備、性能、布置以及實驗室與專用設(shè)備的匹配等方面，與舊船改裝調(diào)查船相比有很大改善。

20世紀(jì)60—70年代是新建海洋調(diào)查船的大發(fā)展時期，經(jīng)過這一時期到80年代，隨著造船質(zhì)量和技術(shù)水平的大幅度提高，海洋調(diào)查船在某些方面出現(xiàn)質(zhì)的變化和新的發(fā)展趨勢。1962年美國建造的“阿特蘭蒂斯II”號（AtlantisII）首次安裝電子計算機，標(biāo)志著現(xiàn)代化高效率海洋調(diào)查船的誕生。這一時期的海洋調(diào)查船的最大特點是：出現(xiàn)了自動化、電子化和計算機應(yīng)用。

2 國外海洋調(diào)查船最新特點及發(fā)展趨勢

2.1 船舶自動化

20世紀(jì)80年代以后，國外海洋調(diào)查船實現(xiàn)高度自動化，這種自動化使船員人數(shù)減少、素質(zhì)提高、生活和工作條件改善，調(diào)查資料的時空精度也得到提高。如，西德的“彗星”號海洋調(diào)查船配備電子計算機控制的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在現(xiàn)場觀測到的數(shù)據(jù)可以直接整理出來并打印繪圖，避免冗長的計算，節(jié)省人力和物力［4］；美國和歐洲的眾多海洋調(diào)查船（如美國“Sikuliaq”號、德國“M aria S.M erian”號、英國“Ja mes cook”號等）均安裝動力定位系統(tǒng)，這種系統(tǒng)

無須借助錨泊系統(tǒng)即可不斷自動檢測船舶實際位置與目標(biāo)位置的偏差，再根據(jù)風(fēng)、浪、流等外界擾動力的影響，計算出使船舶恢復(fù)到目標(biāo)位置所需推力的大小，并對船舶上各推力器進(jìn)行推力分配，進(jìn)而使各推力器產(chǎn)生相應(yīng)推力，使船舶盡可能地保持在海平面要求位置上，為進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、深潛器布放等提供更好的海洋調(diào)查作業(yè)環(huán)境［5］。近年來，大部分海洋調(diào)查船還安裝自動駕駛系統(tǒng)，使調(diào)查船通過衛(wèi)星定位和一整套計算機系統(tǒng)即可實現(xiàn)航線自動化、導(dǎo)航自動化和避讓自動化。

2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)化

80年代以后設(shè)計建造的海洋調(diào)查船逐漸實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件資源共享、數(shù)據(jù)庫資料共享和調(diào)查數(shù)據(jù)交換。如，德國的“M eteor”號、日本的“白鳳丸”和英國的“James Clark Ross”號均用計算機網(wǎng)絡(luò)把導(dǎo)航儀器和實驗儀器連接起來，將船舶的導(dǎo)航數(shù)據(jù)（如船位、航速、航向等）提供給各實驗室，并以圖形、表格的顯示方式供觀察使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享［3］。近年來美國工程師還發(fā)展出視頻交互系統(tǒng)，如美國Rhode Island大學(xué)的“Endeavor”調(diào)查船分別在陸地控制室、船舶實驗室和作業(yè)甲板安裝攝像頭和顯示屏等視頻互動設(shè)備，幫助科學(xué)家遠(yuǎn)程指導(dǎo)海洋調(diào)查活動，同時還能進(jìn)行海洋調(diào)查公開課等，極大地推動海洋調(diào)查活動的開展。另外，美國很多海洋調(diào)查船安裝的衛(wèi)星定位系統(tǒng)還實現(xiàn)與陸地的信息互通，可在陸上實時查看調(diào)查船動態(tài)等。

2.3 建造模塊化

隨著海洋調(diào)查作業(yè)對多學(xué)科立體綜合觀測研究要求的提高，80年代以后的海洋調(diào)查船出現(xiàn)模塊化的實驗室，不但簡化船舶設(shè)計和建造、提高船舶使用壽命，同時提高調(diào)查船使用的靈活性、縮短調(diào)查儀器設(shè)備的更換時間，極大地提升海洋調(diào)查的效率。如，俄羅斯于2012年建成并投入使用的“特列什尼科夫院士”號調(diào)查船設(shè)計有8個現(xiàn)代實驗室模塊，可針對不同任務(wù)進(jìn)行替換，船上裝備大量現(xiàn)代化科考測量設(shè)備，可保障海洋學(xué)、地球物理學(xué)、氣象學(xué)、海冰等大范圍調(diào)查研究工作；英國于2007年3月投入使用的Ja mes cook號也設(shè)有8個集裝箱模塊化實驗室，分別從事不同領(lǐng)域研究，可根據(jù)不同研究任務(wù)在后甲板搭載相應(yīng)模塊［5］；此外，英國的“Prince M adog”、德國的“Polarstern”、挪威的“Johan Hjort”、美國的“Pathfinder”調(diào)查船等均設(shè)置模塊化的集裝箱實驗室。

2.4 船型多樣化

80年代以前的海洋調(diào)查船全部為常規(guī)的單體船，而由于調(diào)查船上需要布置大量海洋調(diào)查儀器設(shè)備，為了更好地兼顧船舶穩(wěn)定性、快速性和整體性，80年代以后逐漸出現(xiàn)小水線面雙體海洋調(diào)查船，如美國國家海洋與大氣管理局的“Ferdinand R.H assler”、美國海軍的“Im peccable”和“Victorious”調(diào)查船以及日本建造的一些小水線面雙體調(diào)查船。與同噸位的單體船相比，雙體船總寬度更大，具有更大的甲板面積和艙室容積，因而也更加便于布置海洋調(diào)查儀器設(shè)備；同時，由于雙體船的每個船體均較單體船更瘦長，可減小興波阻力，因而提高船舶航行速度及其海上作業(yè)效率。美國海軍的5艘海洋監(jiān)聽船由于采用小水線面雙體船型，可使聲學(xué)設(shè)備在水面以上工作，受水下噪聲影響小，有利于創(chuàng)造良好的聲學(xué)環(huán)境。

2.5 調(diào)查學(xué)科專業(yè)化

隨著很多海洋學(xué)科調(diào)查研究的深入開展，80年代以后出現(xiàn)更多專業(yè)性更強的海洋調(diào)查船。如，因開展海洋水聲調(diào)查對船舶噪聲有更高的要求，調(diào)查船推進(jìn)系統(tǒng)逐漸由柴油機改為電力，美國的“Sikuliaq”號、俄羅斯的“特列什尼科夫院士”號均采用柴電推進(jìn)系統(tǒng)，一方面便于船舶總體的靈活布置且噪音較小；另一方面兼顧海洋調(diào)查船動力定位系統(tǒng)的要求。由于近年來海洋地質(zhì)鉆探方面有更大需求，美國“地球深層采樣海洋聯(lián)合協(xié)會”（JOID ES）建造世界上首艘深海鉆探調(diào)查船“JOID ES決心”號，于1984年改裝交付，滿載排水量18 720 t、鉆塔高約80 m，采集獲取大量海洋環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)和生物數(shù)據(jù)；日本海事協(xié)會所屬的“地球深層探索中心”（JA M S T E C）于2005年接收世界上最大的深海鉆探船“地球”號，排水量達(dá)56 752 t、鉆塔高121 m，其高科技鉆頭可配合海溝裂縫鉆達(dá)地底7 k m進(jìn)入地幔。由于極地科考在研究全球氣候變化、物種進(jìn)化

和資源勘探等方面具有重要作用，國際上越來越重視極地研究，相應(yīng)興建眾多極地調(diào)查船；如，美國的H E A L Y號破冰船長128 m、寬25 m、吃水9.8 m、滿載排水量16 700 t，主要作為高緯度科學(xué)研究平臺并執(zhí)行冰區(qū)護(hù)航任務(wù)，可在-49°C下正常作業(yè)，并可以3 kn的速度連續(xù)破1.4 m厚的冰。

2.6 深潛需求加大

由于深水海洋調(diào)查、水下標(biāo)本采集、潛水醫(yī)學(xué)和生理學(xué)研究的需要，現(xiàn)代海洋學(xué)研究越來越依賴A U V、R O V、U U V等深潛器，為順利安置這些深潛器并對其進(jìn)行下放和回收，出現(xiàn)一些專業(yè)的深潛器母船。如，美國伍茲霍爾海洋研究所的“Atlantis”號調(diào)查船排水量達(dá)3 566 t、續(xù)航力達(dá)17 280 n mile，其船艉和船側(cè)都有各種起吊設(shè)備，用來升降各種海洋科學(xué)考察設(shè)備，其中最重要的就是“阿爾文”號深潛器；“阿爾文”號深潛器誕生于1964年6月5日，其主體部分是一個可用于載人載物的鋼制球體、直徑約2 m，安裝的6個推進(jìn)器可使其在崎嶇的海底地表自由移動，目前其最大下潛深度已經(jīng)達(dá)到8 000 m［6］。

2.7 型值合理化

這一時期歐美海洋調(diào)查船的型值分布更加合理，即并未追求大型化，而是根據(jù)本國及本地區(qū)海洋調(diào)查的需要進(jìn)行合理建造。如，美國在2015年發(fā)布的《Sea Change 2015—2025 Decadal Survey of Ocean Sciences》中特別強調(diào)在海洋調(diào)查經(jīng)費不足的情況下要尤其重視3艘區(qū)域級調(diào)查船（R C R V）的建造和使用，且要棄用部分大型的、船費較高的老舊船只。

綜上所述，從國外海洋調(diào)查船的特點和最新發(fā)展趨勢可以看到，海洋調(diào)查船隨著時代的進(jìn)步、技術(shù)水平的提高、調(diào)查儀器設(shè)備的更新?lián)Q代以及海洋調(diào)查需求的深入而不斷發(fā)展，新近建造的海洋調(diào)查船在船舶自動化、計算機網(wǎng)絡(luò)化、建造模塊化、船型多樣化、調(diào)查學(xué)科專業(yè)化、型值合理化以及海洋深潛需求加大等方面均對我國有重要的啟示。

3 對我國的啟示

我國海洋調(diào)查船的發(fā)展經(jīng)歷幾個時期：20世紀(jì)50年代中期，我國開始將漁船、拖船、舊軍用輔助船等改造成海洋調(diào)查船，摸索積累近海調(diào)查的經(jīng)驗；60年代，伴隨世界各國開始設(shè)計建造專門海洋調(diào)查船的潮流，我國也加快自行設(shè)計和建造海洋調(diào)查船的步伐，成為第一批專門設(shè)計建造海洋調(diào)查船的國家［3］；70年代至80年代初期，為滿足國家遠(yuǎn)程運載火箭發(fā)射試驗等國防工程和相關(guān)重大海洋專項的調(diào)查需求，我國有計劃地發(fā)展不同型號的遠(yuǎn)洋調(diào)查船，開創(chuàng)自主設(shè)計和建造批量大型遠(yuǎn)洋調(diào)查船的時代［7］；80年代中期至20世紀(jì)末，我國建造的海洋調(diào)查船雖然數(shù)量不多，但使我國真正進(jìn)入深遠(yuǎn)海以及極地調(diào)查時代，對我國海洋調(diào)查活動產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響；21世紀(jì)以來，我國進(jìn)入海洋調(diào)查船發(fā)展高峰期，先后建造“科學(xué)”號、“向陽紅03”號、“向陽紅01”號、“張謇”號等較先進(jìn)的海洋調(diào)查船，目前國家海洋局、中國科學(xué)院、教育部、地質(zhì)調(diào)查局和農(nóng)業(yè)部中國水產(chǎn)科學(xué)研究院等部門均在建和籌建遠(yuǎn)洋調(diào)查船，并將在未來幾年內(nèi)陸續(xù)下水并交付使用。

新中國成立以來，我國海洋調(diào)查船從近海級發(fā)展到遠(yuǎn)洋級、從數(shù)百噸級發(fā)展到數(shù)千噸級乃至上萬噸級，為海洋科學(xué)調(diào)查研究提供強有力的保障，極大地提高了我國海洋事業(yè)的國際地位。然而我國目前擁有的海洋調(diào)查船在數(shù)量、調(diào)查設(shè)備和技術(shù)水平等方面均與實施海洋強國戰(zhàn)略的要求存在較大差距，因此在借鑒國外海洋調(diào)查船的發(fā)展歷程、特點、經(jīng)驗和趨勢的基礎(chǔ)上，我國應(yīng)做出重要改進(jìn)。

3.1 提高船舶駕駛和海洋調(diào)查的自動化水平

國外海洋調(diào)查船已經(jīng)實現(xiàn)機艙自動化和航海自動化，很多船舶還安裝動力定位系統(tǒng)，極大地改善船員工作條件、增強航行安全性、提高調(diào)查作業(yè)可靠性。我國海洋調(diào)查船經(jīng)過幾十年的發(fā)展逐步提升自動化水平，近幾年建造的新船如“向陽紅01”號、“向陽紅03”號、“實驗1”號等也安裝動力定位系統(tǒng)；但我國海洋調(diào)查船整體自動化水平仍較低，尤其目前使用的很多船舶還是20世紀(jì)七八十年代建造的，需要通過船舶改造和新建船舶逐步更新?lián)Q代。

3.2 實現(xiàn)更高程度的網(wǎng)絡(luò)化覆蓋

國外海洋調(diào)查船不但已做到全船不同系統(tǒng)之間聯(lián)網(wǎng)，而且可與陸上系統(tǒng)及其他調(diào)查船之間聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件資源共享、數(shù)據(jù)庫資料共享和

調(diào)查數(shù)據(jù)交換；近年來美國U N O LS還在推行Teleprescence系統(tǒng)，可實現(xiàn)陸地與船上人員之間的實時視頻互動，將船岸一體化推進(jìn)到更高程度。我國海洋調(diào)查船大部分已安裝G PS定位系統(tǒng)，近年來為降低對國外技術(shù)的依賴還逐步安裝“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)目前還存在安裝率不高、定位精度較低以及故障率較高等缺點；在互聯(lián)網(wǎng)連接方面，我國只有較新的海洋調(diào)查船如“考古01”號、“向陽紅18”號等有網(wǎng)絡(luò)覆蓋，且僅能在近岸連接網(wǎng)絡(luò)，在深遠(yuǎn)海仍不具備大數(shù)據(jù)交換能力，更無法實現(xiàn)與陸地人員的實時視頻互動。

3.3 完成模塊化建造，提升其使用效率

模塊化建造在提高海洋調(diào)查船的經(jīng)濟(jì)性和使用效率等方面具有重大作用，這已在國外多艘海洋調(diào)查船上得到證實。我國在海洋調(diào)查船模塊化建造方面經(jīng)驗仍嚴(yán)重不足，需要繼續(xù)努力發(fā)展。

3.4 發(fā)展多樣化的船型

雙體船具有甲板面積大、興波阻力小、便于調(diào)查設(shè)備安裝等優(yōu)點，國外在80年代以后便發(fā)展多型雙體海洋調(diào)查船。我國于2009年建造第一艘2 500噸級大型小水線面雙體船，無論是設(shè)計還是建造都具有標(biāo)志性意義和技術(shù)引領(lǐng)作用；雙體船型的使用實踐和深度優(yōu)化，還需要船舶設(shè)計、使用人員的繼續(xù)探索。

3.5 提升海洋調(diào)查船在新型學(xué)科中的專業(yè)化水平

隨著海洋調(diào)查研究的不斷深入，對海洋調(diào)查船的靜音性能、深海鉆探能力、破冰能力、深潛調(diào)查等均提出更高的要求。我國目前也在緊跟時代潮流，努力發(fā)展具備相關(guān)能力的船舶，如“實驗1”號具備良好的靜音性能、“實驗6”號具備一定的海洋鉆探能力，此外我國也在計劃建造新的極地科考船和新的深潛器母船等。

3.6 完善型值分布的合理化程度

由于歷史原因，我國早期海洋調(diào)查船需具備伴隨軍艦航行的能力，因而選擇瘦長船型；這種船型具有興波阻力小、航行速度快等優(yōu)點，但同時也存在燃油消耗量大、甲板面積小、橫搖周期小等缺陷，不利于提高海洋調(diào)查活動的經(jīng)濟(jì)性和舒適性。近年來我國正在積極提升新建海洋調(diào)查船型值分布的合理化水平，同時逐步編制海洋調(diào)查船分級方案。

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The Developing History and Trend of Foreign Research Vessel's and Its Enlighten ment to China

M E N G Qinglong，Y A N G W eiwei，S U N Yazhe，LI W eiwei
（National Ocean Technology Center，Tianjin 300112，China）

Research Vesselis a special tool for research on the sea，w hich relates to ship design，ship construction，ship operation and ship management.Research Vessel is a great guarantee for the successful of B&R.This paper su m marized the history of foreign research vessel and listed a series of typical vesselto find outits developing trend.It will be helpful to guide the construction notion of China's research vessel.

Research vessel，Ocean survey，Ship engineering

U674.951；P7

A

1005-9857（2016）11-0063-05

2016-05-23；

2016-09-21

海洋調(diào)查評價與科技管理（2200206）.

孟慶龍，助理工程師，碩士，研究方向為國家海洋調(diào)查船隊運行管理，電子信箱：tengfei5019＠163.co m