गतिक स्थिति

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अपतटीय सहायता पोत टोइसा पर्सियस, पृष्ठभूमि में, थंडर हॉर्स ऑयल फील्ड के ऊपर, पांचवीं पीढ़ी के गहरे पानी के अभ्यास खोजकर्ता उद्यम के साथ। दोनों डीपी सिस्टम से लैस हैं।

गतिक स्थिति (डीपी) एक कंप्यूटर-नियंत्रित प्रणाली है जो अपने स्वयं के प्रोपेलर और थ्रस्टर्स का उपयोग करके समुद्री जहाज की स्थिति और दिशा को स्वचालित रूप से बनाए रखती है। पवन सेंसर, मोशन सेंसर और दिक्सूचक के साथ संयुक्त स्थिति संदर्भ सेंसर, जहाज की स्थिति और उसकी स्थिति को प्रभावित करने वाले पर्यावरणीय बलों के परिमाण और दिशा से संबंधित कंप्यूटर को सुचना प्रदान करते हैं। डीपी का उपयोग करने वाले जहाज प्रकारों के उदाहरणों में जहाज और अर्ध-पनडुब्बी मोबाइल अपतटीय ड्रिलिंग इकाइयां (एमओडीयू), समुद्र विज्ञान अनुसंधान जहाज, केबल परत और क्रूज जहाज सम्मिलित हैं।

कंप्यूटर प्रोग्राम में जहाज का एक गणितीय मॉडल होता है जिसमें जहाज की हवा और धारा खिंचाव और प्रक्षेपक के स्थान से संबंधित सुचना सम्मिलित होती है। यह ज्ञान, सेंसर सुचना के साथ मिलकर, कंप्यूटर को प्रत्येक प्रक्षेपक के लिए आवश्यक स्टीयरिंग कोण और प्रक्षेपक आउटपुट की गणना करने की अनुमति देता है। यह समुद्र में संचालन की अनुमति देता है जहां गहरे पानी, समुद्र तल पर संकुलन (पाइपलाइन, टेम्पलेट) या अन्य समस्याओं के कारण मूरिंग या एंकरिंग संभव नहीं है।

गतिशील स्थिति या तो निरपेक्ष हो सकती है जिसमें स्थिति नीचे के एक निश्चित बिंदु पर लॉक हो जाती है, या किसी अन्य जहाज या पानी के नीचे वाहन जैसी चलती वस्तु के सापेक्ष होती है। कोई जहाज को हवा, लहरों और धारा के प्रति अनुकूल कोण पर भी रख सकता है, जिसे वात दिग्दर्शक कहा जाता है।

गतिक स्थिति का उपयोग अधिकांश अपतटीय तेल उद्योग द्वारा, उदाहरण के लिए उत्तरी सागर, फारस की खाड़ी, मैक्सिको की खाड़ी, पश्चिम अफ्रीका और ब्राज़िल के तट पर किया जाता है। वर्तमान में 1800 से अधिक डीपी जहाज हैं।[1]


इतिहास

अपतटीय ड्रिलिंग के लिए गतिशील स्थिति निर्धारण 1960 के दशक में प्रारम्भ हुआ था। ड्रिलिंग के अत्यधिक गहरे पानी में चले जाने से, जैक-अप बजरों का अब और उपयोग नहीं किया जा सकता था, और गहरे पानी में लंगर डालना लाभदायक नहीं था।

परियोजना क्षेत्र के भाग के रूप में, 1961 में ड्रिलशिप CUSS 1 को चार स्टीयरेबल प्रोपेलर से सुसज्जित किया गया था। मोहोले परियोजना मोहरोविकिक असंततता के लिए ड्रिल करने का प्रयास कर रही थी, जिसके लिए गहरे पानी में ड्रिलिंग के समाधान की आवश्यकता थी। जहाज को 948 मीटर की गहराई पर, कैलिफोर्निया के ला जोला के ऊपर स्थित स्थिति में रखना संभव था।

इसके बाद, मेक्सिको के ग्वाडालूप द्वीप के तट पर, 180 मीटर के सीमा में स्थिति बनाए रखते हुए, 3,500 मीटर (11,700 फीट) पानी में समुद्र तल से 183 मीटर (601 फीट) नीचे सबसे गहरे पांच छेद किए गए थे। . जहाज की स्थिति रडार से लेकर प्लव और सोनार से लेकर समुद्र के नीचे के बीकन तक द्वारा निर्धारित की गई थी।

जबकि Cuss 1 को मैन्युअल रूप से स्थिति में रखा गया था, बाद में उसी वर्ष शेल ऑयल कंपनी ने ड्रिलिंग जहाज यूरेका लॉन्च किया जिसमें एक एनालॉग नियंत्रण प्रणाली थी जो एक तने हुए तार से जुड़ी थी, जिससे यह पहला सच्चा DP जहाज बन गया था।[2]

जबकि पहले डीपी जहाजों में एनालॉग नियंत्रक थे और उनमें अतिरेक की कमी थी, तब से इसमें व्यापक सुधार किए गए हैं। इसके अतिरिक्त, वर्तमान समय में डीपी का उपयोग न केवल तेल उद्योग में किया जाता है, अपितु विभिन्न प्रकार के जहाजों पर भी किया जाता है। इसके अतिरिक्त, डीपी अब एक निश्चित स्थिति बनाए रखने तक ही सीमित नहीं है। संभावनाओं में से एक निश्चित पथ पर नौकायन करना है, जो केबल परत, पाइपलाइन, सर्वेक्षण और अन्य कार्यों के लिए उपयोगी है।

स्थिति-रखने के विकल्पों के बीच तुलना

स्थिति-रखने के अन्य विधियों में एंकर स्प्रेड का उपयोग और जैक-अप बार्ज का उपयोग सम्मिलित है। सबके अपने-अपने लाभ और हानि हैं।

तुलनात्मक स्थिति रखने के विकल्प [2]
जैक अप बजरा स्थिरण गतिक स्थिति
लाभ:
  • थ्रस्टर्स, अतिरिक्त जनरेटर और नियंत्रको के साथ कोई जटिल प्रणाली नहीं होती हैं।
  • प्रणाली की विफलता या ब्लैकआउट के कारण स्थिति समाप्त होने की कोई संभावना नहीं हैं।
  • थ्रस्टर्स से पानी के अंदर कोई खतरा नहीं हैं।
 लाभ:
  • थ्रस्टर्स, अतिरिक्त जनरेटर और नियंत्रको के साथ कोई जटिल प्रणाली नहीं होती हैं।
  • प्रणाली की विफलता या ब्लैकआउट के कारण स्थिति समाप्त होने की कोई संभावना नहीं हैं।
  • थ्रस्टर्स से पानी के अंदर कोई खतरा नहीं हैं।
 लाभ:
  • गतिशीलता उत्त्कृष्ट हैं; स्थिति बदलना आसान हैं।
  • स्थिरण सँभालने वाले कर्ष की आवश्यकता नहीं होती है।  
  • गहरे पानी पर निर्भर नहीं होता हैं।
  • शीघ्र व्यवस्थित होता हैं।
  • बाधित समुद्री तल द्वारा सिमित नहीं होता हैं
हानि:
  • एक बार स्थित होने के बाद गतिशीलता नहीं होती हैं।
  • मीटर की पानी की गहराईं तक सिमित होता हैं।
 हानि:
  • एक बार स्थिरण के बाद सिमित गतिशीलता होती हैं।  
  • स्थिरण सँभालने वाले कर्ष की आवश्यकता होती है।  
  • गहरे पानी में कम सुविधाजनक हैं।
  • स्थिरण समाप्त होने का समय कई घंटो से कई दिनों के बीच में भिन्न होता हैं।
  • बाधित समुद्री तल द्वारा सिमित होता हैं (पाइपलाइन, समुद्री तल)।
 हानि:
  • थ्रस्टर्स, अतिरिक्त जनरेटर और नियंत्रको के साथ जटिल प्रणाली होती हैं।
  • प्रतिष्ठापन की प्रारंभिक लागत उच्च होती हैं।
  • इर्धन की लागत उच्च होती हैं।
  • तेज धाराओं या हवाओं, या प्रणाली विफलताओं या ब्लैकआउट के कारण स्थिति के बिगड़ने की सम्भावना होती हैं।  
  • आरओवी तथा गोताखोरों के लिए थ्रस्टर्स से पानी के अंदर खतरा होता हैं।  
  • यांत्रिक प्रणाली का रखरखाव उच्च होता हैं।

यद्यपि की सभी विधियों के अपने-अपने लाभ हैं, गतिशील स्थिति ने कई ऑपरेशनों को संभव बना दिया है जो पहले संभव नहीं थे।

नई और सस्ती प्रौद्योगिकियों के कारण लागत कम हो रही है, और लाभ अधिक आकर्षक होते जा रहे हैं क्योंकि अपतटीय कार्य गहरे पानी में प्रवेश करते हैं और पर्यावरण (कोरल) को अधिक सम्मान दिया जाता है। कंटेनर संचालन के साथ, भीड़-भाड़ वाले बंदरगाहों को त्वरित और अधिक निश्चित बर्थिंग तकनीकों द्वारा अधिक कुशल बनाया जा सकता है। क्रूज़ जहाज संचालन को समुद्र तटों या दुर्गम बंदरगाहों पर तेजी से बर्थिंग और बिना लंगर वाले लंगरगाहों से लाभ होता है।

अनुप्रयोग

समुद्र आधारित एक्स-बैंड रडार पर काम चल रहा है

महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में सम्मिलित हैं:

सीमा

एक जहाज को अपनी गति में स्वतंत्रता (इंजीनियरिंग) की छह डिग्री वाला माना जा सकता है, अर्थात, यह छह अक्षों में से किसी में भी चल सकता है।

इनमें से तीन में अनुवाद (भौतिकी) सम्मिलित है:

  • आवेश (आगे/पीछे)
  • देलन (स्टारबोर्ड/बंदरगाह)
  • उत्क्षेपण (ऊपर/नीचे)

और अन्य तीन घूर्णन:

  • रोल (आवेश अक्ष के चारों ओर घूर्णन)
  • पिच (देलन अक्ष के चारों ओर घूर्णन)
  • यॉ (उत्क्षेपण अक्ष के चारों ओर घूर्णन)

गतिशील स्थिति का संबंध मुख्य रूप से क्षैतिज विमान में जहाज के नियंत्रण, अर्थात, तीन अक्ष: आवेश, देलन और यॉ से है।

आवश्यकताएँ

डीपी के लिए उपयोग किए जाने वाले जहाज की आवश्यकता है:

  • स्थिति और शीर्षण बनाए रखने के लिए सबसे पहले स्थिति और शीर्षण का पता होना आवश्यक है।
  • स्थिति बनाए रखने और स्थिति त्रुटियों को ठीक करने के लिए आवश्यक नियंत्रण क्रियाओं की गणना करने के लिए एक नियंत्रण प्रणाली कंप्यूटर।
  • नियंत्रण प्रणाली की मांग के अनुसार जहाज पर बल लगाने के लिए थ्रस्ट तत्वों की आवश्यकता होती हैं।

अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, डीपी जहाज को डिजाइन करते समय स्थिति संदर्भ प्रणाली और थ्रस्ट तत्वों पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाता हैं। विशेष रूप से, प्रतिकूल मौसम में स्थिति के अच्छे नियंत्रण के लिए, तीन अक्षों में जहाज की जोर क्षमता पर्याप्त होना आवश्यक हैं।

ध्रुवीय क्षेत्र की स्थितियों में एक निश्चित स्थिति बनाए रखना विशेष रूप से कठिन होता है क्योंकि समुद्री बर्फ की ताकतें तेजी से बदल सकती हैं। इन बलों की भविष्यवाणी करने के लिए जहाज-जनित बर्फ का पता लगाने और शमन पर्याप्त रूप से विकसित नहीं किया गया है, लेकिन हेलीकॉप्टर द्वारा लगाए गए सेंसर के लिए अच्छा हो सकता है।[3]


पोजिशनिंग सिस्टम

Further information: Geopositioning

समुद्र में जहाज की स्थिति निर्धारित करने के कई साधन हैं। जहाज़ों के नेविगेशन के लिए उपयोग की जाने वाली अधिकांश पारंपरिक विधियाँ कुछ आधुनिक आवश्यकताओं के लिए पर्याप्त सटीक नहीं हैं। इसी कारण से, पिछले दशकों के दौरान कई पोजिशनिंग सिस्टम विकसित किए गए हैं। डीपी सिस्टम के निर्माता हैं: मरीन टेक्नोलॉजीज एलएलसी, कोंग्सबर्ग समुद्री , नेविस इंजीनियरिंग ओय, जीई, डीसीएनएस (कंपनी), वार्टसिला (पूर्व एल-3), एमटी-डिव। चौएस्ट,[check spelling] रोल्स-रॉयस पीएलसी, प्रैक्सिस ऑटोमेशन टेक्नोलॉजी, ब्रूनवोल एएस। डिजिटल एंकर शब्द का उपयोग ऐसे गतिशील पोजिशनिंग सिस्टम का वर्णन करने के लिए किया गया है।[4] . अनुप्रयोग और उपलब्धता कार्य के प्रकार और पानी की गहराई पर निर्भर करती है। सबसे आम स्थिति संदर्भ प्रणाली (पीआरएस) और स्थिति मापने की प्रणाली (पीएमई) हैं:

कक्षा में GPS उपग्रह

*पुलिस महानिदेशकों , डिफरेंशियल ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम। जीपीएस द्वारा प्राप्त स्थिति डीपी द्वारा उपयोग के लिए पर्याप्त सटीक नहीं है। एक निश्चित ग्राउंड-आधारित संदर्भ स्टेशन (डिफरेंशियल स्टेशन) के उपयोग से स्थिति में सुधार होता है जो जीपीएस स्थिति की तुलना स्टेशन की ज्ञात स्थिति से करता है। सुधार को लंबी तरंग रेडियो फ्रीक्वेंसी द्वारा डीजीपीएस रिसीवर को भेजा जाता है। डीपी में उपयोग के लिए और भी अधिक सटीकता और विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है। वेरिपोस, फुगरो या सी-एनएवी जैसी कंपनियां उपग्रह के माध्यम से विभेदक सिग्नल की आपूर्ति करती हैं, जिससे कई विभेदक स्टेशनों का संयोजन संभव हो जाता है। डीजीपीएस का लाभ यह है कि यह लगभग हमेशा उपलब्ध रहता है। नुकसान में आयनोस्फेरिक या वायुमंडलीय गड़बड़ी से सिग्नल का क्षरण, क्रेन या संरचनाओं द्वारा उपग्रहों का अवरोध और उच्च ऊंचाई पर सिग्नल का खराब होना शामिल है।[5]जहाजों पर ऐसे सिस्टम भी स्थापित किए गए हैं जो विभिन्न जीएनएसएस विस्तार सिस्टम का उपयोग करते हैं, साथ ही ग्लोनास के साथ जीपीएस स्थिति का संयोजन भी करते हैं।[6]*ध्वनिकी। इस प्रणाली में समुद्र तल पर रखे गए एक या एक से अधिक ट्रांसपोंडर और जहाज के पतवार में रखा गया एक ट्रांसड्यूसर होता है। ट्रांसड्यूसर ट्रांसपोंडर को एक ध्वनिक संकेत (पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी तत्वों के माध्यम से) भेजता है, जो प्रतिक्रिया देने के लिए ट्रिगर होता है। जैसे कि पानी के माध्यम से ध्वनि का वेग ज्ञात होता है (अधिमानतः एक ध्वनि प्रोफ़ाइल नियमित रूप से ली जाती है), दूरी ज्ञात होती है। क्योंकि ट्रांसड्यूसर पर कई तत्व होते हैं, ट्रांसपोंडर से सिग्नल की दिशा निर्धारित की जा सकती है। अब ट्रांसपोंडर के सापेक्ष जहाज की स्थिति की गणना की जा सकती है। नुकसान थ्रस्टर्स या अन्य ध्वनिक प्रणालियों द्वारा शोर के प्रति संवेदनशीलता है। किरण मोड़ के कारण उथले पानी में इसका उपयोग सीमित है, जो तब होता है जब ध्वनि पानी के माध्यम से क्षैतिज रूप से यात्रा करती है। आमतौर पर तीन प्रकार की एचपीआर प्रणालियाँ उपयोग की जाती हैं:

    • अल्ट्रा- या सुपर-शॉर्ट बेस लाइन, यूएसबीएल या एसएसबीएल। यह ऊपर वर्णित अनुसार काम करता है। क्योंकि ट्रांसपोंडर का कोण मापा जाता है, जहाज के रोल और पिच के लिए सुधार करने की आवश्यकता होती है। इन्हें मोशन रेफरेंस इकाइयों द्वारा निर्धारित किया जाता है। कोण माप की प्रकृति के कारण, पानी की गहराई बढ़ने के साथ सटीकता बिगड़ती जाती है।
    • लंबी आधार रेखा, एलबीएल। इसमें कम से कम तीन ट्रांसपोंडर की एक श्रृंखला शामिल है। ट्रांसपोंडर की प्रारंभिक स्थिति यूएसबीएल और/या ट्रांसपोंडर के बीच बेसलाइन को मापकर निर्धारित की जाती है। एक बार ऐसा हो जाने के बाद, सापेक्ष स्थिति निर्धारित करने के लिए केवल ट्रांसपोंडर की सीमाओं को मापने की आवश्यकता होती है। स्थिति सैद्धांतिक रूप से काल्पनिक क्षेत्रों के चौराहे पर स्थित होनी चाहिए, प्रत्येक ट्रांसपोंडर के चारों ओर, पानी के माध्यम से ध्वनि की गति से गुणा संचरण और रिसेप्शन के बीच के समय के बराबर त्रिज्या के साथ। क्योंकि कोण माप आवश्यक नहीं है, पानी की बड़ी गहराई में सटीकता यूएसबीएल से बेहतर है।
    • लघु आधार रेखा, एसबीएल। यह जहाज के पतवार में ट्रांसड्यूसर की एक श्रृंखला के साथ काम करता है। ये एक ट्रांसपोंडर के लिए अपनी स्थिति निर्धारित करते हैं, इसलिए एलबीएल की तरह ही एक समाधान पाया जाता है। चूंकि सरणी जहाज पर स्थित है, इसलिए इसे रोल और पिच के लिए सही करने की आवश्यकता है।[7]*राइजर एंगल मॉनिटरिंग। ड्रिलशिप पर, राइजर एंगल मॉनिटरिंग को डीपी सिस्टम में फीड किया जा सकता है। यह एक इलेक्ट्रिकल कोण नापने का यंत्र हो सकता है या यूएसबीएल पर आधारित हो सकता है, जहां एक राइजर एंगल मॉनिटरिंग ट्रांसपोंडर को राइजर में फिट किया जाता है और एक रिमोट इनक्लिनोमीटर यूनिट को ब्लो आउट प्रिवेंटर (बीओपी) पर स्थापित किया जाता है और जहाज के एचपीआर के माध्यम से पूछताछ की जाती है।
HOS अचीवर पर हल्का तना हुआ तार

*हल्का तना हुआ तार, LTW या LWTW। डीपी के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे पुरानी स्थिति संदर्भ प्रणाली अपेक्षाकृत उथले पानी में अभी भी बहुत सटीक है। एक क्लंपवेट को समुद्र तल पर उतारा जाता है। ड्रेडलॉक हेड द्वारा भुगतान किए गए तार की मात्रा और तार के कोण को मापकर, सापेक्ष स्थिति की गणना की जा सकती है। इस बात का ध्यान रखा जाना चाहिए कि तार का कोण इतना बड़ा न हो जाए कि उसे खींचने से बचाया जा सके। गहरे पानी के लिए यह प्रणाली कम अनुकूल है, क्योंकि करंट तार को मोड़ देगा। हालाँकि ऐसी प्रणालियाँ हैं जो क्लंपवेट पर जिम्बल हेड के साथ इसका प्रतिकार करती हैं। किसी संरचना के निकट संचालन करते समय क्षैतिज LTW का भी उपयोग किया जाता है। तार पर वस्तुओं का गिरना यहां जोखिम है।

  • फैनबीम और साइस्कैन। ये लेज़र आधारित स्थिति संदर्भ प्रणालियाँ हैं। वे बहुत सीधी प्रणाली हैं, क्योंकि पास की संरचना या जहाज पर केवल एक प्रिज्म क्लस्टर या टेप लक्ष्य स्थापित करने की आवश्यकता होती है। जोखिम यह है कि सिस्टम अन्य प्रतिबिंबित वस्तुओं पर लॉक हो जाता है और सिग्नल अवरुद्ध हो जाता है। हालाँकि, 2017 में जारी सिस्कैन एब्सोल्यूट सिग्नेचर को इस मुद्दे को संबोधित करने के लिए लॉन्च किया गया था। यह एब्सोल्यूट सिग्नेचर प्रिज्म के साथ एक सक्रिय लॉक में संलग्न होने में सक्षम है जिससे गलत लक्ष्य को ट्रैक करने की संभावना कम हो जाती है। सीमा मौसम पर निर्भर करती है, लेकिन आमतौर पर 500 मीटर से अधिक होती है। गाइडेंस मरीन की नई प्रगति से सीनस्कैन सेंसर का विकास हुआ, जो एसएलएएम एल्गोरिदम पर लाभ उठाने वाला एक लक्ष्य-रहित लेजर पीआरएस है।[8][clarification needed]
  • आर्टेमिस. एक रडार-आधारित प्रणाली। एक इकाई को एक निश्चित स्टेशन (एफपीएसओ) पर रखा जाता है और मोबाइल स्टेशन पर मौजूद इकाई रेंज और बियरिंग की रिपोर्ट करने के लिए उस पर ताला लगा देती है। परिचालन सीमा 4 किलोमीटर से अधिक है। इसका लाभ विश्वसनीय, हर मौसम में अच्छा प्रदर्शन है। नुकसान यह है कि इकाई काफी भारी और महंगी है। वर्तमान संस्करण आर्टेमिस Mk6 है।[9]*DARPS, डिफरेंशियल, एब्सोल्यूट और रिलेटिव पोजिशनिंग सिस्टम। चल उत्पादन भंडारण और बंद लदान से लोड करते समय आमतौर पर शटल टैंकरों पर उपयोग