0 引　言

人们对海洋这种大尺度地球流体的研究，最早依靠船舶走航。从英国用军舰改建成2300吨级的“挑战者”号(H.M.S.Challenger)科考船始，海洋调查船至今有1４0余年的历史^[1-3]，50多个国家拥有近千艘规格不同的调查船。海洋调查船作为最基础的调测平台，装建配套仪器设备和专用实验室可为海洋资源开发、海洋工程技术、海洋环境保护等提供参数和环境预报，也可为海上军事行动提供关键信息^[4-7]。近几十年，20世纪建造调查船接连退役，新建调查船陆续入列，以美国、日本、欧洲各国为代表的海洋强国和我国调查船队组成发展变化快，海洋调查装备科技日新月异，有必要对各国海洋调查船概况和我国调查船装建需求发展趋势开展研究，并对发展重点方向进行展望。

1 国内外海洋调查船概况 1.1 美国海洋调查船概况

二战后，美国作为具有代表性的海洋强国，为满足在全球海域活动的需要，成系列建造海洋调查船，装备建设重点突出综合调查能力的整体优化，设计趋向安静化、模块化和信息化。现拥有的联邦海洋学船队，是世界上总体性能最强的调查船队^[8]。据不完全统计，目前联邦海洋学船队有70余艘船长大于30 m的船舶，分别由大学－国立海洋学实验室系统（UNOLS）、美国海洋与大气局（NOAA）、美国海岸警备队（USCG）、美国地质调查局（USGS）、国家科学基金会（NSF）和美国海军（US NAVY）等机构船舶共同构成^[5]。2011年，为实现高效的船舶调度与管理，将船舶分为四级，全球级、大洋级、近岸级和沿岸级，承担的特别任务包括为支撑海军海战场环境保障日常对气象、水文等海洋学数据的测量，以及为军事领域扩张而进行的水道测量、水声环境监测、预警探测等^[5]。

1.2 日本海洋调查船概况

2005年，日本提出“海洋立国”战略目标。一方面，作为资源匮乏的岛国，海洋是其生存和发展的命脉；另一方面，近年来日本意图谋求东亚海上主导权，配合美国亚太战略调整。总之，日本特别注重中远海和极地的海洋调查船的发展^[9]，至今约有数十艘，排水量从几十吨到数万吨不等，主要分布在日本海上保安厅、日本海上自卫队、日本海洋科学技术中心、日本气象厅、各个海洋科研机构、各所大学等^[11]，日本21世纪新建调查船吨位较大，性能先进，大部分调查船担负军民两用多项任务，既能够在大洋和深海进行水深和地形测量、地球物理勘探以及深海地质取样等海洋基础学科调查，又能够收集海流、潮汐等水文资料，为绘制海图、编撰航海资料和保障海军舰船海上行动提供依据^[11]。

1.3 欧洲海洋调查船概况

欧洲海洋战略大多局限于某个区域，故其以发展近岸作业的小型调查船为主。截至2021年，欧洲调查船主要分布在27个国家，共计300余艘，船长小于55m的近岸调查船占比70%以上^[11]。欧洲海洋调查船队组织形式包括海洋船队互换集团（OFEG）和欧洲海洋调查船运作组织（ERVO）以及欧洲海事局等^[3]。欧洲海洋调查船及欧洲部分国家组建的船队，总体规模大、区域分布广，在功能定位、运行模式和技术发展上更具极为丰富的多样性。

1.4 我国海洋调查船队概况

国家海洋局2012年4月18日正式成立国家海洋调查船队，比美国UNOLS海洋调查船队的建立晚了41年^[11]，其调度、更新、运营、资源共享、发展路线等各方面管理机制尚不完善，在航率相对美国低^[3-4]。船队成员隶属单位，包括国家海洋局、中科院、教育部、地质调查局、农业部、水科院、地方海洋研究所等，部分船舶参数及隶属单位如表1所示^[9]。调查船数量和船龄已经不再制约我国当前海洋调查事业发展，这些渔业、极地、教学、地质、综合调查船等承担了近年来国家多项重大海洋调查专项任务^[2]，在提高船舶使用率、海洋数据的积累、船队管理评估等方面进行了实质性的探索工作。

2 我国调查船装建发展趋势

1）柴电混合动力与推进系统

20世纪末，基本上都是柴油机-调距浆直接推进，经济实惠，维修方便^[4]。但随着长时间低速走航的调测任务日益增多，柴油机很难维持长期低负荷运转，以及出于对振动、噪声和污染等因素，21世纪之后新建船舶的推进形式演进到柴油加多种电力混合推进形式，如轴桨电力推进、吊舱、舵桨、可伸缩全回转桨、长轴可调螺距导管桨、直翼推进电力推进等。此外，燃料电池、核动力等多样化动力推进形式也是发展趋势。“向阳红10”采用2套全回转舵桨电力推进系统和动力定位系统及综合导航定位系统，续航力为12000 nmile，达到远洋调查船续航力标准。“向阳红21”船配备了ABB吊舱式电力推进系统，能量转化效率更高、更省油、驾驶更灵活。“向阳红22”远洋调查船装备有2套全回转吊舱式电力推进系统，在0至最高航速范围内可实现无极调速和DP-2动力定位，续航力10000 nmile，达到远洋调查船续航标准^[15]）

2）高度自动化、无人化

20世纪末，我国少数新建科考船装备了综合导航、电子海图系统、局域网海洋学数据自动采集处理系统，初步实现了机舱和航海自动化^[4,16]。进入21世纪，自动化程度提高，通过计算机联网，实现各部分互联的全船自动化，并通过船与船和船与陆基互联网，实现了系统软硬资源共享，数据库资料共享和调查数据交换，以及指挥调度管理的中心化。自动化使得船员人数减少和重劳动减轻，以及船位和航线精确性的提高，生活和工作条件改善，运行更经济。21世纪以来，伴随着通信组网、智能算法、新型能源系统的研发及应用需求，军民领域掀起了船载无人机、无人潜航器等的研究热潮。水下无人装备可辅助或替代人类在复杂、高危的水下特殊环境中进行无人作业^[17]。（如中国“海洋六号”搭载的4000米级“海狮”号水下机器人、美国海军Roger Revelle调査船搭载“扫描鹰”无人机等）。

3）船型多样化、大型化

海洋调查船的设计船型包含单体、双体、小水线面双体（SWATH）和三体船型等。常规单体船型构造简单，造价经济且便于保养和维护；推进功率小；有效载重量大；超载能力强；空船重量占设计排水量的比重较小且吃水较浅等，故被广泛应用于调查船设计。常规双体船型甲板作业面积宽敞，便于布置调查设备。但横摇周期短，耐波性和舒适性略差，我国设计案例很少。小水线面双体（SWATH）船型兼具双体船的宽阔甲板和优良耐波性，高海况时横摇角度小、失速小、抗倾覆。但超载能力差、吃水量大，造价较贵。但这种船型能够使声学设备在水面以上工作，受水下噪声影响小，故适宜于声学调查船、监听船。三体船型兼具单体船超载性能和SWATH船型的耐波性、甲板面积大的优势，是发展中的船型。此外调查船作业海域与船舶吨位存在明显数量关系，美国全球级调查船吨位约12000～18000 GT，我国此吨位调查船大多是由海外购买货轮改装，中国近十多年向深远海与两极发展，自建科考船有大型化的趋势^[17]。

4）安静化、绿色化

一方面，国际规范即 ICESCRR209 和 DNV Silent Class Notation 对调查船的水下辐射噪声测量和限制值提出了明确的要求^{[12, 18]}。对安装拖曳线列阵声呐系统等的军用水声监听船以及安装侧扫声纳系统、声学多普勒流速剖面仪、鱼探仪系统等的民用调查船来说，减振降噪非常重要。另一方面，国际船级社组织对环保及大气排放控制的要求同样适用于科考船。所以我国调查船在保证安全性的前提下，急需促进电动机提高单位发电量，减小尺寸、重量和价格，以及使用更清洁的NOx，SOx等处理技术。我国“东方红3”船在船舶水下辐射噪声控制方面已达到国际最高标准，是未来一段时期世界上船载科考仪器设备受船舶振动与噪声影响最小、获取科考数据最真实可靠的海洋综合调查船之一^[19]。

5）模块化

模块化主要体现在调查船集装箱化的船载调查系统、专业的实验室和区域化的生活舱室等。尤其对于各类潜水器、拖曳式探测设备、大型潜标浮标、钻机等大型设备可采用可移动、模块化方式搭载，根据任务换装不同集装箱模块^[20]。美国 UNOLS 于2014 年发布了《UNOLS 调查船科学专用便携式集装箱手册》。我国“大洋一号”、“科学”号、“海洋六号”、“向阳红10”等调查船也设置了集装箱模块^[19]。模块化的发展必将向装备收放更自如，作业安全便利，船员生活质量提高等方向延伸。

6）信息化

船舶计算机网络化，既实现了互联的全船自动化，便于操纵和站位保持，又使得样品和数据采集数量质量和速度明显提升^[17,19]。一方面，随着卫星数据链、水声通信和数字互联网等技术的发展，实现了国家层面上的船-船、船-水下传感器、船-岸、船-卫星数据信息双向互通。另一方面，国际间海洋观测网系统（GOOS、AGRO、NEPTUNE等）的紧密合作，能指挥统一行动和即时快速汇总观测资料的陆上科研指挥中心形成也是大势所趋。“向阳红08”集成平台是船载海洋生态环境监测系统的重要组成部分,是国家“863”专项重要成果，实现了自动取样、水样自动分配、自动分析、数据自动传输等功能。

7）船载调查设备多样化

调查船调查能力主要体现在船载调查设备。我国调查船配套常用甲板作业辅助设备(绞车、门吊、折臂吊等)、声学设备(侧扫声呐、多波束、水声定位、声学通信机、声学释放器、浅地层剖面仪、高度计等)、深水通用设备(深水摄像头、深水照明灯、深水照相机、深水水密缆、深水接插件等)、海洋科考设备(CTD、MVP300、XBT、ADCP、重力仪、磁力仪、震源、地震数据采集系统、钻机、载人潜水器等)以及新型无人调查设备（无人遥控潜水器（ROV） 、自主式水下潜器（AUV） 、水下滑翔机（AUG）等）^[16,20,22]。

3 问题与展望

1）海洋调查仪器设备国产化

调查船设备类型样多复杂，我国目前只能生产部分设备，更多的只能依赖进口。20世纪后期，大量设备的装配需求促使国内配套产业壮大，然而近几十年，需求大幅萎缩，再加上国内自研配套设备质量、精度等相比国外先进生产厂家存在很大差距，价格昂贵、质量差、可靠性差且配件维修体系跟不上等问题频发，只能浪费更多经费频繁更换或依赖进口，从而陷入恶性循环。因此一方面要鼓励具备条件的军民企业，以海洋调查设备关键共性技术攻关和重大装备研发为纽带，进行合作研制与生产，逐步提高设备自主设计和生产能力^[21]。另一方面建立国产仪器设备质量用户评价体系和使用反馈信息网站，在装建调查船时就避免使用质量不合格国产设备以及使用配件需要频繁更换的国外设备，用市场去倒逼质量差的仪器设备转改，设备选型应按其性质、作用、寿命和运转时间进行分类分层次系统化设计。打破国外公司产业垄断，掌握科考设备的核心传感器技术并实现科考设备的产品化和系列化，任重道远^[3,17]。

2）海洋调查船科考功能与调查项目配套

中国近几十年来将部署范围面向远海与两极海域，多家大学和科研单位自行建造多艘大型综合调查船，科考功能和可进行的调查项目非常全面，涵盖多学科领域。虽然多学科同时调查问题得以解决，但是在具体单位执行独立出海调查任务中存在专用实验室和甲板使用率不高等问题。因此新建调查船的科考功能与调查项目配套要有所取舍、避免资源浪费，并在研制初期要具备不断充实完善和定期进行现代化改装的条件，形成新旧交替的良性循环^[22]。

3）做好国家层面宏观的船队组织管理

除装备技术问题外，做好国家层面的宏观管理同样重要^[23]。国家海洋调查船队应以海军和国家海洋局牵头领导工作任务，做好顶层设计，落实国家海洋科技和战略发展需求；合理规划新建调查船数量和技术要求并进行分级；打破船舶所有者、投资方、运行单位和用户的分割局面，实现各类资源和调查数据库的共建共享；建立专门的调查船队后勤保障基地；制定长期船舶更新换代计划，统一船舶技术标准、制定行业扶持政策；通过所属科研院所和大学船舶的项目实践培养海调人才；定期组织专家和用户进行调查船队使用服务质量评估等。