淺析港口小型多用途測量船的功能設(shè)計

王騰州，張超

（安徽國防科技職業(yè)學(xué)院電氣技術(shù)學(xué)院，安徽 六安 230711）

隨著港口和航道等航運基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模不斷擴(kuò)大，為了保證港口環(huán)境和港務(wù)運輸?shù)陌踩?，提供安全可靠且有效的港口輔助船舶就成為至關(guān)重要的一件事情?？梢詾楦劭谔峁┌踩行н\行保障的船舶有多種類型，如破冰船、應(yīng)急救援船、拖船、油船、領(lǐng)航船、消防船、接油船、測量船、浮標(biāo)船、駁船、挖泥船以及浮動起重機(jī)等。港口工作的船舶除了船體的自然老化、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)及設(shè)備的磨損外，20世紀(jì)70～80年代所設(shè)計的港口船舶在技術(shù)上已經(jīng)過時，不管是從國際要求，船級社規(guī)則，衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)還是建造及運營成本上來說，都是以低自動化程度和大量的人員參與，來維持船舶的正常運行。但現(xiàn)代船舶通常是多功能的，例如，拖船在除了拖拽的主要功能以外，還能提供消防、領(lǐng)航、測量等方面的功能。換句話說，現(xiàn)代的船舶在建造中，單一功能的船舶數(shù)量減少了，但船舶的功能更加趨近飽和，其中也包含可移動和可變換的模塊，從而達(dá)到實現(xiàn)船舶多功能轉(zhuǎn)變的目的（圖1）。

1 港口小型測量船的應(yīng)用分析

港口作業(yè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如何合理地配置單元組成，從而減少港口的投資規(guī)模，提高作業(yè)運行效率的角度，去解決因為復(fù)雜功能組合所導(dǎo)致的圍繞主要維度和其他多功能特性之間相互矛盾的趨勢，是需要認(rèn)真面對的一個問題。對港口作業(yè)的船舶進(jìn)行工作任務(wù)的分析表明，可以通過一個通用的平臺來完成以下復(fù)雜的功能組合的作業(yè)（圖1）。

圖1 總布置圖

1.1 港口小型測量船功能介紹

（1）進(jìn)行河道的整治作業(yè)，研究河流水紋情況，以確定挖泥槽的來源和原因；（2）管理港口的水路運輸工作，控制內(nèi)河水路和港口水路的狀況；管理航行圍欄，控制航行圍欄的狀態(tài)，控制照明標(biāo)志上的燈光的明滅；（3）維護(hù)航運標(biāo)志和照明設(shè)備；（4）船上的拖曳測量工作，主要功能為承擔(dān)海洋水聲物理實驗研究考察任務(wù)，進(jìn)行嘈聲、傳播、反射作用距離測試及某些水文測量的實驗；（5）標(biāo)識和解碼，可投放或回收專用航標(biāo)。用來進(jìn)行專用航標(biāo)設(shè)置、撤除、位置的移動和其他狀況改變時，對航標(biāo)進(jìn)行執(zhí)行性作業(yè)；（6）維護(hù)航運標(biāo)志和修理燈光設(shè)備，為加強(qiáng)和規(guī)范航道的養(yǎng)護(hù)管理工作，來保障航道暢通，提高航道養(yǎng)護(hù)工作質(zhì)量和效率，為船舶提供良好、安全的航行服務(wù)工作，維護(hù)的范圍可以涵蓋以下內(nèi)容：航道維護(hù)類別、維護(hù)尺度及航道 維護(hù)水深年保證率、航標(biāo)配布類別、航標(biāo)維護(hù)正常率、過船建筑 物年通航時間保證率等；（7）貨物裝運和卸載的港口設(shè)備或船用起重機(jī)，可以用于艦船間貨物的轉(zhuǎn)移運輸、海上補(bǔ)給、水下作業(yè)設(shè)備的投放與回收等工作。比一般的起重機(jī)要求更加嚴(yán)格，它不僅是搬運貨物的設(shè)備，還需要應(yīng)對海上各種突發(fā)的事件及各類情況所帶來的影響；（8）消除緊急泄漏的石油和石油產(chǎn)品,主要包括直接處理水面的石油采集和攔油柵，可使用機(jī)械方法將海面浮油迅速收集起來，減少和及時消除油污染；（9）執(zhí)行拖船操作(使用后錨系泊絞車)可協(xié)助船舶進(jìn)出港、靠離碼頭、掉頭等作業(yè)，船廠也可用其進(jìn)行船舶泊位調(diào)動、供修造船進(jìn)出塢、協(xié)助試航等用途的拖船等；（10）海底調(diào)查，尋找沉沒物體，船上包含側(cè)視雷達(dá)浮標(biāo)錨和聲納回聲測深儀等設(shè)備；收集各種廢物、石油混合物、糞便和污水，日常維護(hù)固定水域上的清潔；執(zhí)行對遇險船舶和漂浮物體的搜索，在水面上搜尋遇險者。

1.2 港口小型測量船的功能分組設(shè)計

考慮到上述的功能情況，設(shè)計的方向可分為30多個功能服務(wù)和輔助項目，其中功能分組可包括：緊急救援船、鉆井船、拖船、拖船；領(lǐng)航船、布纜船、水文和測量船；打撈船、污水和廢油的處理船；船舶供應(yīng)和船舶裝運——卸載船等（圖2）。

圖2 船體模型圖

2 小型多用途測量船功能設(shè)計

2.1 技術(shù)特點

單一功能的港口工程船建造費用高且利用率低，難以為港口帶來安全高效的作業(yè)質(zhì)量，因此，研制具有上述功能又具有優(yōu)良操縱性能，適航性和安全性齊備，還能兼顧測量、無線電定位和通信等多用途高性價比特征，且綜合作業(yè)功能覆蓋小型港口輔助船的多功能船，但造價又要低于一艘常規(guī)港口船舶的新型港口輔助船，成為很值得思考的一個技術(shù)特點。

2.2 功能設(shè)計

本文中設(shè)計中的小型多功能測量船，旨在執(zhí)行駐派實地勘測工作任務(wù)，并可持續(xù)20天以上，不局限于衛(wèi)星定位的現(xiàn)代自動化功能集群的小型艦船。

該測量船包括在船上設(shè)備中。其主要任務(wù)是：完成海上勘測航道并測繪海圖的工作；控制船舶內(nèi)部水路和港口的水路狀況；控制航行圍欄狀態(tài)和照明標(biāo)志上燈光的閉合狀態(tài)；燈光信號標(biāo)志的通航環(huán)境和設(shè)備維修。其增加的額外功能有：運送一定乘客（最多7人），以及完成部分的港口緊急的工作任務(wù)；拖拽非自行性的物體，起到拖船的作用。也可以進(jìn)行淺水區(qū)的測量和測量工作，主要是通過附加的淺水測量船進(jìn)行的，船尾裝有兩個固定螺距螺旋槳。從主柴油機(jī)通過倒檔變速箱進(jìn)行機(jī)械驅(qū)動。以兩個平衡舵確保了船只的可操縱性，下部的支撐架可防止在淺水中損壞。為了在舵柄室中移動舵，可安裝兩個獨立的電動液壓轉(zhuǎn)向器，可同時（同步）和分開地將舵移到任何一側(cè)。船首設(shè)計有一個可容納100 KW的船首推進(jìn)器。

2.3 主尺度分析（表1）

表1 船舶主要參數(shù)

（1）船長。小型測量船設(shè)計的工況大多為應(yīng)急勘測作業(yè)，所以對船舶的總體布置有著較高的要求，必須在滿足性能、艙室布置和作業(yè)區(qū)面積等情況下，盡可能減小其船舶主尺度。以保證船舶的機(jī)動性和靈活性，以及實現(xiàn)低?？亢偷瓦\行的便利狀態(tài)，維護(hù)設(shè)計中的低成本造價的要求。（2）型深。受總體布置、尺度比、穩(wěn)性、水深等因素的制約，型深的大小會受到大傾角穩(wěn)性，最小干舷，重心高度的影響。（3）吃水。在船舶型寬、型深和船長等確定后，可根據(jù)傳播的質(zhì)量、型線、重心來確定船舶的吃水，影響因素包括船舶的布置，航速等。新型的測量船應(yīng)具有型深小、排水量小、船長小的特點，為滿足船舶航速指標(biāo)及作業(yè)的穩(wěn)性要求，可考慮適當(dāng)增加型寬。

3 主要設(shè)備選型

3.1 多波束測深儀

多波束回聲測深儀主要是利用多波束回聲信號測量、繪制海底地形和水深的裝置。組成整個系統(tǒng)的三個基本部分為聲波收發(fā)射器、信號處理裝置和工作站。在船底龍骨上安裝收發(fā)射器或探頭，向水底發(fā)射“扇面”形式的多波束聲波，通過接收傳感器接收自海底反射的回聲波，并經(jīng)過電纜將回聲信號傳送至船上的信號處理器，再通過顯示器或繪圖儀將處理過的海底信號繪制成水深圖或地形圖。經(jīng)工作站處理的信號，還可繪制成彩色地形圖和底質(zhì)圖。

本船選擇的為25m長標(biāo)準(zhǔn)電纜的多波束探深儀，其主要特點為可回轉(zhuǎn)到165°最大寬度視角；水深0.5～1.5m40kHz的頻率和0.5～500m200kHz的頻率；256～512光束寬度2～0.5°。

3.2 超聲波側(cè)向掃描聲納

超聲波側(cè)向掃描聲納采用帶有脈沖內(nèi)線性調(diào)頻技術(shù)的超聲波雙頻側(cè)掃聲納，可以高分辨率、低噪音地獲得水下，水下物體的清晰聲圖。使您可以同時在兩個頻率上工作：100/400kHz，300/600kHz或300/900kHz。

3.3 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)則為陀螺和加速度計為敏感器件的導(dǎo)航參數(shù)解算系統(tǒng)，此系統(tǒng)可根據(jù)陀螺的輸出情況，建立導(dǎo)航坐標(biāo)系，再根據(jù)加速度計輸出解算出運載體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度和位置。易于使用，高度可靠，設(shè)計用于船舶的傾斜、航向、擺動、速度和位置，并結(jié)合來自動態(tài)位移傳感器和衛(wèi)星羅盤的GNSS數(shù)據(jù)和角速度和加速度數(shù)據(jù)，確定了自由度空間中可靠、準(zhǔn)確的船舶定位數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，多功能造船理念的應(yīng)用可以一定程度上推動造船事業(yè)的發(fā)展?；诂F(xiàn)代化造船模式，多功能化的設(shè)計有著其獨特的魅力，有著一定綜合作業(yè)功能覆蓋的多功能輔助船，其經(jīng)濟(jì)性和適用性都有值得注意的地方。在實際的設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該積極對實際的情況進(jìn)行分析，才能保證后續(xù)工作的順利開展。