Позиционирование судов

[kirilljsx]

Позиционирование судов (динамическое позиционирование, ДП) - это интегрированная компьютеризированная система управления судном, предназначенная для автоматического удержания судна в заданной позиции или курсе без использования якорей или швартовных концов. Система поддерживает положение судна с высокой точностью - обычно в пределах десятков сантиметров - даже в условиях сильного волнения, ветра, течения и других неблагоприятных факторов окружающей среды.

В отличие от традиционного якорного или швартовного способа удержания позиции, ДП активно компенсирует внешние силы, действующие на судно, используя собственные движители и подруливающие устройства. Система функционирует как замкнутый автоматический контур обратной связи, непрерывно анализирует положение судна и мгновенно корректирует его.

Принцип работы системы

Система динамического позиционирования работает по следующему алгоритму:

• Определение текущего положения: Специализированные датчики определяют точные координаты судна относительно заданной опорной точки, используя несколько независимых навигационных систем.
• Анализ воздействующих сил: Компьютер системы вычисляет суммарный вектор внешних сил (ветра, морского течения, волнения), действующих на судно, на основе данных специальных сенсоров.
• Вычисление требуемой тяги: Главный процессор рассчитывает необходимую величину и направление тяги для компенсации этих сил.
• Управление движителями: Расчетная тяга распределяется между подруливающими устройствами и главными движителями судна.
• Поддержание позиции: Движители постоянно корректируют своё положение, удерживая судно в заданной точке.

Этот процесс повторяется непрерывно с частотой несколько раз в секунду, обеспечивая стабильное положение судна.

Архитектура системы: Основные компоненты

Система динамического позиционирования состоит из трёх основных подсистем:

1. Система электроснабжения

Включает первичные источники энергии (дизель-генераторы, газотурбинные установки), распределительные щиты, кабельные сети и вспомогательные системы. Для обеспечения надёжности система должна содержать резервные источники питания, особенно на судах класса ДП2 и ДП3.

2. Система судовых движителей

Состоит из нескольких типов устройств:

• Главные движители - обычные винты регулируемого или фиксированного шага, управляемые системой ДП
• Подруливающие устройства - специальные устройства для бокового маневрирования (туннельные подруливающие устройства - ТПУ)
• Азимутальные движители - винторулевые колонки, способные поворачиваться на 360° для управления направлением тяги в любом направлении

На крупных оффшорных судах обычно устанавливается 6-8 азимутальных движителей, обеспечивающих точное трёхмерное управление судном.

3. Система управления и датчики

Центральный компьютер ДП является «мозгом» системы. Он объединяет данные от множества источников:

Компонент	Функция	Точность
DGPS (дифференциальная GPS)	Определение координат судна	±10 смc​
Гирокомпас	Определение курса судна	±0,5°
Анемометр	Измерение направления и силы ветра	Важна для “wind feed-forward” алгоритма​
Motion Reference Unit (MRU)	Определение качки и вертикального смещения	Критична для фильтрации помех​
Инклинометр	Измерение углов наклона судна	±0,1° - ±0,5°
Гидроакустические системы	Позиционирование относительно морского дна	Альтернатива спутниковым системам
Радиолокационные системы	Радарные маяки позиционирования (Artemis, Radius)	Для промежуточных дальностей
Лазерно-оптические системы	Высокоточное позиционирование на коротких дальностях	Для специальных операций

Система автоматически выбирает наиболее точные 2-3 показания из всех доступных датчиков для расчетов.

---

Классификация систем динамического позиционирования

Международная морская организация (ИМО) в своем документе «MSC/Circ.645» разработала трехуровневую классификацию систем ДП по степени надёжности:

Класс 1 (DP1)

• Минимальное резервирование компонентов
• Потеря позиции возможна при любой единичной неисправности
• Используется для операций, где потеря позиции не угрожает жизни людей и не вызывает существенный ущерб
• Отсутствие резервных датчиков, движителей и консолей управления

Класс 2 (DP2)

• Система имеет резервирование, обеспечивающее удержание позиции при единичном отказе любого активного элемента
• Включает дублирование движителей, датчиков позиционирования и консолей управления
• Используется для операций с высоким экономическим риском, где потеря позиции может вызвать травмы персонала, загрязнение или значительные убытки
• Типична для оффшорных судов, занятых буровыми и строительно-монтажными работами

Класс 3 (DP3)

• Наивысший уровень надёжности
• Обеспечивает удержание позиции даже при полном выходе из строя всех компонентов в пределах одного водонепроницаемого или огненепроницаемого отсека
• Используется для критически важных операций, где потеря позиции может привести к смертельным исходам, глобальному загрязнению окружающей среды или экономическим катастрофам
• Требует полной резервности всех систем и независимого размещения резервных компонентов в разных отсеках

---

Практическое применение: Типы судов и операции

Система динамического позиционирования находит широкое применение в современном морском флоте:

Буровые суда и полупогружные буровые установки (ППБУ)
В глубоководных операциях буровые суда используют ДП для фиксирования своего положения над скважиной. Система позволяет проводить бурение поисково-разведывательных скважин на дне океана, поддерживая точное положение судна, необходимое для подключения к подводной инфраструктуре через шлангокабели. ППБУ обычно оснащены системами класса ДП2 или ДП3 и имеют 6-8 азимутальных движителей.

Трубоукладочные суда
Эти суда предназначены для монтажа подводных трубопроводов и кабелей. Система ДП обеспечивает удержание судна на точной траектории при скоростях до 10 узлов во время укладки кабеля. Суда используют как S-образную, так и J-образную укладку труб в зависимости от характера работ.

Плавучие краны
Используются при сборке, обслуживании и ремонте морских сооружений. ДП позволяет крану сохранять точную позицию при выполнении грузоподъёмных операций.

Суда снабжения морских платформ (PSV/OSV)
Длиной 50-100 метров, эти суда обеспечивают нефтяные платформы всеми необходимыми запасами (вода, топливо, химические вещества, смазочные материалы). ДП позволяет им быстро занимать нужное положение без швартовки.

Суда для укладки кабеля
Используют передовые системы ДП для работы на больших глубинах, прокладывая как основной, так и вспомогательный кабель. Система прокладки кабеля имеет гидравлический и пневматический модули.

Специальные операции
Включают подводные исследования (с использованием дистанционно управляемых аппаратов ROV), морские строительно-монтажные работы, борьбу с морским загрязнением и спасательные операции.

Практическое применение в военной сфере и береговой охране
Передовые страны успешно используют ДП на военных кораблях, в береговой охране и вспомогательном флоте. Суда, используемые для противоминной борьбы, морских десантов, спасения подводных лодок и борьбы с загрязнением, оснащены современными системами ДП.

---

Преимущества динамического позиционирования

Система динамического позиционирования предоставляет значительные преимущества по сравнению с традиционными способами удержания позиции:

• Отсутствие необходимости в якорях и швартовых - исключаются трудоемкие операции с якорями, которые неприменимы на больших глубинах. Это снижает количество вспомогательного персонала и рабочего времени.

• Быстрое и гибкое позиционирование - судно может мгновенно изменить свою позицию или направление движения для уклонения от неблагоприятных погодных условий или опасных ситуаций.

• Возможность работы на любой глубине - ДП позволяет проводить операции в сверхглубоких водах, где установка традиционных причальных линий или якорей невозможна или экономически нецелесообразна.

• Улучшенная безопасность - способность поддерживать стабильную позицию во время сильного волнения и неблагоприятной погоды минимизирует риск аварий и обеспечивает безопасность членов экипажа и оборудования.

• Повышение производительности - снижение времени подготовки к работам, упрощение процесса начала и завершения операций.

• Экономическая эффективность - сокращение затрат на швартовное оборудование, буксиры и дополнительные суда-помощники.

Зачем необходима система позиционирования?

Система ДП критически необходима для решения следующих задач:

1. Надежное удержание судна относительно опорной точки
   Судно удерживается с заданной точностью по координатам x, y и курсовому углу. Требования к точности варьируются в зависимости от типа работ — от десятков сантиметров для буровых операций до нескольких метров для некритичных работ.

2. Следование по заданной траектории
   Система позволяет судну автоматически двигаться по заранее составленной траектории с путевыми точками, что используется при трубоукладке и кабелеукладке.

3. Минимизация рисков при работах на шельфе
   Оффшорные операции требуют классификации под определённый класс судна с ДП в зависимости от риска операции. Судно класса ДП1 используется при низком риске, ДП2 — при среднем, ДП3 — при критичном.

4. Безопасность в экстремальных условиях
   При возникновении аварийной ситуации система позволяет мгновенно отплыть или изменить позицию, обеспечивая быстрое отступление от опасной зоны в районах с интенсивным судоходством или сложной подводной инфраструктурой.​

5. Комплексное управление в условиях множественных помех
   Система непрерывно компенсирует суммарный вектор сил, действующих на судно. Особенно важно разделять истинное смещение от влияния качки корабля, что обеспечивается специальной обработкой данных от Motion Reference Unit (MRU).

---

Стандарты и регулирование

Требования к системам динамического позиционирования регулируются несколькими нормативными документами:

• Российский Морской Регистр Судоходства (РМРС) - Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ, раздел 7.5

• Международная морская организация (ИМО) - Руководящие принципы MSC/Circ.645

• Локальные правила различных стран и специализированных регионов

Все системы ДП должны подвергаться регулярным проверкам, испытаниям и сертификации в соответствии с этими стандартами.

Система динамического позиционирования - это критически важная технология для современного морского флота, особенно в секторе оффшорных операций. Она преобразовала способность судов удерживать позицию, обеспечивая безопасность, эффективность и возможность проведения работ в условиях, которые были невозможны с использованием традиционных методов.

От буровых платформ, ищущих углеводороды на большой глубине, до кабелеукладочных судов, прокладывающих инфраструктуру современной экономики, системы ДП играют фундаментальную роль в морских операциях 21-го века.