動力控制定位系統在耙吸船施工中的應用研究

耿長興，冀振亞，胡 博

（水利部長春機械研究所，吉林 長春 130012）

耙吸船是一種能邊挖泥邊疏通航道，將泥漿自動裝載和卸放的挖泥船，一般應用于港口、航道的清淤挖深作業中。耙吸船能夠高效率完成作業，而且靈活性較高。但隨著人們對船舶和海洋的不斷深入研究，耙吸船的疏浚功能也從港口和航道逐步深入到海洋中。過去，耙吸船的挖泥方式一般是利用多點拋錨的方法進行定位，但這種方法只適用于淺水區，隨著水深的增加，多點拋錨的定位方法必然無法滿足實際情況的需求。在這樣的條件下，勢必要開發一種新的定位方式來提升耙吸船疏浚的精度和速度，讓疏浚的效益更高。

1 耙吸船施工效率影響因素

耙吸船的疏浚作業雖然是一項傳統行業，但是卻包含了多項學科知識，包括水利、機械、氣象、水文、工程地質等。不過，對于耙吸船的疏浚作業，一直都沒有一個最為合適的施工參數的理論或方法，這對疏浚的施工效率和效益產生了一定的制約。對于耙吸船的施工效率，有很多影響因素，一般認為航速、泥泵轉速、高壓沖水壓力和波浪補償器壓力等是對施工效率影響最大的因素。可以通過一定的措施讓耙吸船的施工效率得到提升。耙吸船的主要挖掘工具是耙頭，其質量和效益將直接影響到施工的效率。為了提升效率，可以改進耙頭，讓耙頭更適合疏浚作業。

2 動力定位系統的基本結構

由于耙吸船的作業范圍日趨擴大，原來的耙吸船作業方式已經難以滿足這種需求，因此，新的動力控制定位系統逐漸被應用于耙吸船上，能夠更好地滿足施工的需求。

動力控制定位系統是一種能夠在外界風力、水力等干擾下，不借助錨泊，而是利用船舶自身的推力系統讓船舶在水上保持一定的位置和船艏向。這一系統的工作原理是通過計算風力、水力、波浪顛簸度、風向等，利用激光定位儀、差分定位儀等儀器進行定位，調節相應的船體助推器進行速度調節和方向調節。動力控制定位系統的組成部分有位置參照系統、動力系統、計算機控制系統、推力器等，還包括顛簸度傳感器、風速傳感器、電羅經、差分全球定位系統、點波速單元等。動力控制定位系統能夠對周圍的環境進行參數采集，并根據這些參數來計算各個助推器的推力大小，保證船只可以在環境中一直維持一定的方向和位置。動力定位系統中的位置參照系統可以獲得當前船舶所處的環境位置，DP傳感系統能夠對風、水等的速度和方向進行測定，最后進行計算，得出助推器能夠維持的動力和方向。動力控制定位系統經過不斷發展，已經發展了幾代。

3 動力控制定位系統的具體應用

耙吸船在進行施工作業時，一般都需要在特定的區域保持靜止，或者是按照預先設定的軌跡移動，這些工作在最開始是需要人力來完成的。但隨著動力控制定位系統的引入，可以利用這套系統來控制耙吸船的施工作業定位。

動力定位系統在耙吸船的運用中能夠提升艏吹效率，讓相應的挖泥和吹岸等流程得到改善。耙吸船通過動力控制定位系統來對船身定位，讓船身在施工中一直處于作業區域。作業區域都是規劃好的，耙吸船自身的兩個耙和高壓水槍對泥沙進行沖刷并吸入泥艙。根據定位系統，耙吸船沿著已經設定好的航線來回施工。耙吸船的疏浚模式結合船舶常規設定的航行軌跡，僅僅依靠工作人員是難以精確判斷施工區域和路線的，通過DP動力控制定位系統，就能夠讓船舶的航行路線和方位得以精確控制。在耙吸船中，設有兩個差分全球定位系統，分別放在船艏和船中央，通過定位系統獲取環境參數，經過中央處理器進行計算，最后反饋船舶信息到駕駛臺上。動力控制定位系統能根據偏差大小對船的航行軌跡進行分區控制分析，讓船舶一直處于良好的航行動態性能上，提升疏浚的效率和精度。

當耙吸船挖泥結束后，就可以根據動力控制定位系統將裝滿的泥沙運到自浮管快速接頭位置進行接管艏吹作業。如果耙吸船僅靠自身的推力設備進行接管操作，將難以準確停靠在接管前方，很容易因為操作不當而將接管撞斷。此時，可根據動力控制定位系統提前設定好運行路線和停靠位置，這樣能夠準確地行駛到快速接頭位置前，提高了工作效率。動力控制定位系統可根據系統位置產生進行差分定位，不斷對船舶的位置信息進行計算，以做到位置精準。在低速航行中，動力系統的感應器會對船身的阻力進行計算，同時還根據姿態傳感器、風速傳感器對風力、波浪顛簸等外界信息進行測定，最后建立模型，設定移動方向和停靠位置。

當船舶停靠在快速接頭前方，即可進行接管艏吹作業。此時，船舶速度要保持為零，但由于風、水流、波浪等的干擾，耙吸船并不能依靠自身重力保持靜止。而通過人工操作，船身會出現一定的偏移或抖動。而如果用動力控制定位系統，將能夠很好地解決問題。動力控制定位系統可以根據位置參數進行差分定位，將船舶的信息和外界的環境參數進行處理和計算，建立船舶數學模型，對船舶的位置和艏向進行設定。如此，可根據操作系統對推理系統進行分配，將信息發送到每一個推力器上，就能夠改變推力器的方向、速度等，讓船舶位置得到相應的調節。艏吹作業時，動力控制定位系統將使船舶定位保持在相對靜止的狀態，大大降低了對管道的影響，讓施工作業更為安全，工作效率也得到了提升。

4 結束語

傳統的多點拋錨定位方法在日益加快的耙吸船施工作業中逐漸落伍，而動力控制定位系統將取代其應用地位。這一系統在耙吸船的施工作業中起到了關鍵性的作用，提升了耙吸船的工作效率，也讓工作人員的工作更為安全、可靠。

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