國外海洋調查船發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

（國家海洋技術中心 天津 300112）

國外海洋調查船發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

（國家海洋技術中心 天津 300112）

海洋調查船是專門進行海洋調查研究的工具，涉及船舶設計、建造、海洋調查技術、航海管理和海洋調查實驗管理等領域，是我國海洋強國戰略和“一帶一路”戰略構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查船的發展歷程，選取各時期具有代表性的船舶，總結其特點和最新發展趨勢，以期為我國海洋調查船的設計建造思路提供啟示。

海洋調查船；大洋調查；船舶工程

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

1 國外海洋調查船的發展歷史

歐洲人在15世紀至18世紀末的“大航海時代”，用當時的船舶開展一些海洋調查活動，其中主要代表為哥倫布發現新大陸、麥哲倫環球航海、詹姆斯·庫克航行至澳大利亞、達爾文隨船環球探險等。這一時期的海洋調查主要是發現航路，船上大多僅安裝大炮等武器裝備，并沒有專業的海洋調查設備；船長在40 m以下，排水量在350 t以下，采用木質帆船結構，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的海洋調查船，不足以承擔海洋調查任務。

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

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

隨后，全球61個國家和地區卷入第二次世界大戰，這一時期的海洋研究與軍事緊密結合在一起。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行兩棲作戰任務尤為重要，因而海洋調查船突出發展水聲技術、海浪觀測和預報技術，而且很多船舶兼具作戰能力。由于歷史原因，“二戰”期間美國建造大量海洋調查船，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海洋調查需要而專門設計的。直到20世紀50年代末期才進入專門設計建造海洋調查船的時代［2］，海洋調查事業也從此得到更為顯著的發展。此后，綜合性海洋調查船已不能滿足海洋學各分支學科深入調查的需要，從而陸續出現各種專業調查船和特種調查船；同時，隨著電子技術的突飛猛進以及海洋調查設備越來越先進，現代化高效率海洋調查船逐漸誕生并普及。1959年蘇聯建造“羅門諾索夫”號6 000噸級綜合海洋調查船，1960年美國建成3 400噸級的“測量員”號航道和海洋調查船，1962年英國建成3 100噸級的“發現”號海洋調查船，這些均為第一批專門設計建造的海洋調查船［3］；其中，美國“測量員”號航道和海洋調查船是美國第一艘配備多波束系統的調查船，其兼備深水回聲系統和淺水回聲系統，同時還有穩定的聲吶導航系統、水文數據回收系統、地震反射輪廓處理模塊，設置干濕海洋學實驗室、重力實驗室、攝影實驗室。這一時期的海洋調查船在設備、性能、布置以及實驗室與專用設備的匹配等方面，與舊船改裝調查船相比有很大改善。

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

2 國外海洋調查船最新特點及發展趨勢

2.1 船舶自動化

20世紀80年代以后，國外海洋調查船實現高度自動化，這種自動化使船員人數減少、素質提高、生活和工作條件改善，調查資料的時空精度也得到提高。如，西德的“彗星”號海洋調查船配備電子計算機控制的數據處理系統，在現場觀測到的數據可以直接整理出來并打印繪圖，避免冗長的計算，節省人力和物力［4］；美國和歐洲的眾多海洋調查船（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，這種系統

無須借助錨泊系統即可不斷自動檢測船舶實際位置與目標位置的偏差，再根據風、浪、流等外界擾動力的影響，計算出使船舶恢復到目標位置所需推力的大小，并對船舶上各推力器進行推力分配，進而使各推力器產生相應推力，使船舶盡可能地保持在海平面要求位置上，為進行數據采集、深潛器布放等提供更好的海洋調查作業環境［5］。近年來，大部分海洋調查船還安裝自動駕駛系統，使調查船通過衛星定位和一整套計算機系統即可實現航線自動化、導航自動化和避讓自動化。

2.2 計算機網絡化

80年代以后設計建造的海洋調查船逐漸實現計算機網絡化，實現系統軟硬件資源共享、數據庫資料共享和調查數據交換。如，德國的“M eteor”號、日本的“白鳳丸”和英國的“James Clark Ross”號均用計算機網絡把導航儀器和實驗儀器連接起來，將船舶的導航數據（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，實現數據資源的共享［3］。近年來美國工程師還發展出視頻交互系統，如美國Rhode Island大學的“Endeavor”調查船分別在陸地控制室、船舶實驗室和作業甲板安裝攝像頭和顯示屏等視頻互動設備，幫助科學家遠程指導海洋調查活動，同時還能進行海洋調查公開課等，極大地推動海洋調查活動的開展。另外，美國很多海洋調查船安裝的衛星定位系統還實現與陸地的信息互通，可在陸上實時查看調查船動態等。

2.3 建造模塊化

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

2.4 船型多樣化

80年代以前的海洋調查船全部為常規的單體船，而由于調查船上需要布置大量海洋調查儀器設備，為了更好地兼顧船舶穩定性、快速性和整體性，80年代以后逐漸出現小水線面雙體海洋調查船，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”調查船以及日本建造的一些小水線面雙體調查船。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查儀器設備；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效率。美國海軍的5艘海洋監聽船由于采用小水線面雙體船型，可使聲學設備在水面以上工作，受水下噪聲影響小，有利于創造良好的聲學環境。

2.5 調查學科專業化

隨著很多海洋學科調查研究的深入開展，80年代以后出現更多專業性更強的海洋調查船。如，因開展海洋水聲調查對船舶噪聲有更高的要求，調查船推進系統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”號均采用柴電推進系統，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查船動力定位系統的要求。由于近年來海洋地質鉆探方面有更大需求，美國“地球深層采樣海洋聯合協會”（JOID ES）建造世界上首艘深海鉆探調查船“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境地質數據和生物數據；日本海事協會所屬的“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56 752 t、鉆塔高121 m，其高科技鉆頭可配合海溝裂縫鉆達地底7 k m進入地幔。由于極地科考在研究全球氣候變化、物種進化

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，相應興建眾多極地調查船；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研究平臺并執行冰區護航任務，可在-49°C下正常作業，并可以3 kn的速度連續破1.4 m厚的冰。

2.6 深潛需求加大

由于深水海洋調查、水下標本采集、潛水醫學和生理學研究的需要，現代海洋學研究越來越依賴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行下放和回收，出現一些專業的深潛器母船。如，美國伍茲霍爾海洋研究所的“Atlantis”號調查船排水量達3 566 t、續航力達17 280 n mile，其船艉和船側都有各種起吊設備，用來升降各種海洋科學考察設備，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達到8 000 m［6］。

2.7 型值合理化

這一時期歐美海洋調查船的型值分布更加合理，即并未追求大型化，而是根據本國及本地區海洋調查的需要進行合理建造。如，美國在2015年發布的《Sea Change 2015—2025 Decadal Survey of Ocean Sciences》中特別強調在海洋調查經費不足的情況下要尤其重視3艘區域級調查船（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，從國外海洋調查船的特點和最新發展趨勢可以看到，海洋調查船隨著時代的進步、技術水平的提高、調查儀器設備的更新換代以及海洋調查需求的深入而不斷發展，新近建造的海洋調查船在船舶自動化、計算機網絡化、建造模塊化、船型多樣化、調查學科專業化、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

我國海洋調查船的發展經歷幾個時期：20世紀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查船，摸索積累近海調查的經驗；60年代，伴隨世界各國開始設計建造專門海洋調查船的潮流，我國也加快自行設計和建造海洋調查船的步伐，成為第一批專門設計建造海洋調查船的國家［3］；70年代至80年代初期，為滿足國家遠程運載火箭發射試驗等國防工程和相關重大海洋專項的調查需求，我國有計劃地發展不同型號的遠洋調查船，開創自主設計和建造批量大型遠洋調查船的時代［7］；80年代中期至20世紀末，我國建造的海洋調查船雖然數量不多，但使我國真正進入深遠海以及極地調查時代，對我國海洋調查活動產生極為深遠的影響；21世紀以來，我國進入海洋調查船發展高峰期，先后建造“科學”號、“向陽紅03”號、“向陽紅01”號、“張謇”號等較先進的海洋調查船，目前國家海洋局、中國科學院、教育部、地質調查局和農業部中國水產科學研究院等部門均在建和籌建遠洋調查船，并將在未來幾年內陸續下水并交付使用。

新中國成立以來，我國海洋調查船從近海級發展到遠洋級、從數百噸級發展到數千噸級乃至上萬噸級，為海洋科學調查研究提供強有力的保障，極大地提高了我國海洋事業的國際地位。然而我國目前擁有的海洋調查船在數量、調查設備和技術水平等方面均與實施海洋強國戰略的要求存在較大差距，因此在借鑒國外海洋調查船的發展歷程、特點、經驗和趨勢的基礎上，我國應做出重要改進。

3.1 提高船舶駕駛和海洋調查的自動化水平

國外海洋調查船已經實現機艙自動化和航海自動化，很多船舶還安裝動力定位系統，極大地改善船員工作條件、增強航行安全性、提高調查作業可靠性。我國海洋調查船經過幾十年的發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；但我國海洋調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換代。

3.2 實現更高程度的網絡化覆蓋

國外海洋調查船不但已做到全船不同系統之間聯網，而且可與陸上系統及其他調查船之間聯網，實現系統軟硬件資源共享、數據庫資料共享和

調查數據交換；近年來美國U N O LS還在推行Teleprescence系統，可實現陸地與船上人員之間的實時視頻互動，將船岸一體化推進到更高程度。我國海洋調查船大部分已安裝G PS定位系統，近年來為降低對國外技術的依賴還逐步安裝“北斗”導航系統，但這些系統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；在互聯網連接方面，我國只有較新的海洋調查船如“考古01”號、“向陽紅18”號等有網絡覆蓋，且僅能在近岸連接網絡，在深遠海仍不具備大數據交換能力，更無法實現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查船的經濟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查船上得到證實。我國在海洋調查船模塊化建造方面經驗仍嚴重不足，需要繼續努力發展。

3.4 發展多樣化的船型

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

3.5 提升海洋調查船在新型學科中的專業化水平

隨著海洋調查研究的不斷深入，對海洋調查船的靜音性能、深海鉆探能力、破冰能力、深潛調查等均提出更高的要求。我國目前也在緊跟時代潮流，努力發展具備相關能力的船舶，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，不利于提高海洋調查活動的經濟性和舒適性。近年來我國正在積極提升新建海洋調查船型值分布的合理化水平，同時逐步編制海洋調查船分級方案。

［1］ 莫知.貝格爾號：重塑人生之船［J］.海洋世界，2011（11）：40-43.

［2］ 張炳炎.我國海洋調查船的現狀與未來［J］.世界科技研究與發展，1998（4）：36-43.

［3］ 張炳炎.發展中的海洋調查船［J］.上海造船，1997（2）：24-27.

［4］ 李福榮.國外海洋調查裝備發展概況［J］.海洋湖沼通報，1984（1）：72-79.

［5］ 陳練，蘇強，董亮，等.國內外海洋調查船發展對比分析［J］.艦船科學技術，2014，36（S1）：2-7.

［6］ 廖又明.載人深潛器H O V在海洋開發中的運用及現狀：海洋考察中的H O V特征、用途、能力及作用［J］.江蘇船舶，2002（5）：38-42.

［7］ 周寧.中國遠洋調查船發展現狀及未來設想［J］.艦船科學技術，2014（S1）：15-20.

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查船隊運行管理，電子信箱：tengfei5019＠163.co m