水下机器人在救捞中的应用初探

/ Z& t# D( m9 d$ g

“

水下机器人是水下无人潜水器的总称，主要分为有缆水下机器人（ROV）和无缆水下机器人（AUV）两类，其中由于ROV占据水下无人潜器的绝大多数，所以通常情况下水下机器人也泛指有缆水下机器人，即ROV。ROV因为可实时响应、扩展性强、减少潜水员下水危险性等特点，使得其显示了很大的水下工作潜力。随着产品技术和质量的不断提升，目前ROV已经广泛用于海洋石油、水下检测、搜救打捞等方面。打捞搜救是一项极为复杂的工程，涉及的领域极多。其中ROV主要工作就是代替潜水员在水下进行水下搜索、视频观测和打捞救助辅助等工作。

; g+ N9 S7 @. v

一

水下机器人发展及救捞中应用

8 V. S/ G, h4 T, L" S( A4 Z

Z" R1 I5 X9 Y+ d7 q! _) ^

8 a5 ^8 r/ s$ ~6 v" C% y7 s- |5 {

水下机器人的研制可以追溯到20世纪中期，而真正引起轰动是1966年，一台名为“CURV-1”的ROV和载人潜水器配合，成功在西班牙外海找到并打捞了失落在海底的氢弹，从而水下机器人开始受到了关注。这台水下机器人是美国1960年研制，专门用于水下打捞的机器人，这台机器人还在1973年在爱尔兰成功救援了一搜失事潜艇中的驾驶员。

目前有很多国家和救援组织都采用ROV进行救助打捞工作，尤其是深水的救助打捞作业。美国Oceaneering公司就是这其中最成功的一家，他们自主研发并使用多款水下机器人，并配有相应的辅助系统，作业水域遍布世界各地。在近些年的几百起搜寻和勘察作业中，完成成功率近90%，并且创造了最大水深5425m的世界打捞记录。

' M6 ]5 J. X2 j- H6 l

在国内救捞方面，救助打捞局也已经配备了多台3000-6000m的ROV，并且已经在多次大型救捞项目中成功应用，但目前无论是ROV使用率或成功完成率方面都于国外有一定差距，尤其浅水救捞还主要依托潜水员为主。

- W- u% Q- M% v+ d1 N6 c0 S

二

8 h+ K1 X. C, v6 z0 ?0 ]9 z1 u

水下救捞工作流程案例分析

' o' v c* ]( h$ H0 Z; x" {

* R( n' F* X. g2 W

2017年9月6日，河北唐山潘家口水库，GUE两名潜水员在水下长城探索项目中失联。深之蓝联合全国多支救援队、企业进行搜救工作。事故12天后，深之蓝江豚IV型缆控水下机器人（ROV）成功在水下找到两名失联潜水员。本文将结合本次搜救简述水下救捞的工作流程。

1 G0 M8 e% S* n9 P( l

1. 首先确定需要搜索的范围。如果搜索范围过大（建议不超过100m*100m），先制定测线，通过旁扫声纳或AUV对整片目标区域进行水下声学扫描，对于水底环境复杂的区域，也可以采用船载多波束等方式进行水下扫描。当在声纳图像中发现疑似目标后，对疑似目标的坐标进行标记。

9 G0 K; c6 s* i

0 k$ d0 A5 D& R9 M) T- r% t( {

& u; L: _0 X. S

图 – 旁扫声纳后处理图像

潘家口水库位于河北唐山迁西县洒河桥镇，最大面积达72平方公里，水库总容量29.3亿立方米，库区水面105,000亩，最深处达80米。1975年作为华北地区最大的水利枢纽工程开始建设，1982年竣工。

0 v4 B) n: @) ]! i' E' q

由于潘家口水库水下地形复杂，有淹没的村庄和渔民布置的渔网等。这种环境下旁扫声纳或AUV设备很难使用，最终采用多波束设备对可疑区域进行扫描。

2 d! z8 D0 {/ C) _$ w3 N4 G* ^

9 ~: [! @ x% b# l

+ W- F9 @ X R1 T

图 – 潘家口重点区域扫描图（该图片来自劳雷公司）

1 V' P& p# @: h4 B9 x8 D+ p

: z7 O5 s. J% i+ ^) o; [. T

" A0 k- e& x3 J, e

通过对于可疑区域扫描图像的分析，得到了部分疑似点

, s# K4 @3 s# I$ U: p5 ~4 H

5 w: R5 c2 P4 I' |

4 @+ r# a! _2 L6 |

图 – 锁定疑似目标点（该图片来自劳雷公司）

$ z* ?0 e& u3 ^& v/ o$ C

0 A9 h6 g! k( ]9 Y! }

2. 当发现疑似目标点后，ROV搭载定位和声纳传感器在疑似目标区域下水，通过声纳对这个区域进行扫描，获得疑似目标物的相对位置后，调整ROV靠近目标物。

3 K' F0 a B, t- v

本次搜救使用的设备是深之蓝公司的江豚IV-A型水下机器人，搭载了M900多波束前视声呐、超短基线水下定位系统和两功能的机械手。

' ~9 f7 X6 W2 l5 S) Y

8 c9 R2 D! u# a( {; F

3 u& Q7 Z, b! |7 u

* l5 r2 j2 y1 h! A' Z1 E( v6 Z

5 L9 n1 d. n( ?+ G+ \

2 Y; q: p, W- p$ {9 p* z, O

图 – 江豚IV-A型配置

7 @3 j: z% p- K/ f

7 f& [7 O6 l8 C" `/ q9 y/ E; J

ROV下水后在疑似目标区域进行往复式搜索，通过超短基线确认ROV的行进路线。由于水下能见度较差，主要通过M900声纳对ROV周围进行实时探测。每次ROV转向到下一条搜索路线时，要保证声纳可以部分覆盖上一次路线的区域，确保不会有遗漏的区域。

) \4 u, W% d9 c! v

5 Z" N2 ~' m6 D8 R! s8 N6 o

# M0 `2 Q: x0 h- `+ u0 K8 T

' l- R, A( j( b3 k7 {$ a1 O

图 – ROV搜索路线图

经过不断搜索，深之蓝的搜救队员终于在17日17时左右，从声纳图像中发现了疑似目标。

$ P/ S* `+ G5 V6 b0 Y [& m' ^$ g8 b" ?

- A" m( V' C) W' F% j5 i5 k* a

6 w: b; B8 b1 U! b z/ r

图 – 疑似目标

1 h% j6 r4 X# K6 \0 {4 n; b$ x

9 K5 G# [4 c% Z) C

3. 通过摄像头直接观察确认目标物情况。如果水质比较浑浊的情况，建议加载多波束图像声纳，通过多波束图像弥补摄像头的可视范围。

% Y2 v- d) C- Y8 J2 H0 X

保证疑似目标一直保持在声纳图像中，通过控制ROV不断靠近目标。最终目标出现在摄像头图像中，确认为目标潜水员。

' |( g! r+ q2 m: [6 P1 W) C" G- h

. D2 G7 X0 A4 S3 V* _

8 E- x/ `& X, p% o" f

图 – 确认目标

找到第一个搜救目标后，不久后又在附近找到了第二个搜救目标，本次搜救任务的目标潜水员全部被找到。

) d; V% V5 x' H# I; ^: W4 L

4. 确认目标物后，可以通过USBL和GPS计算出ROV当前的GPS坐标，方便为打捞做准备；如果物体不大，也可以通过机械手直接抓取带回到岸上。

: W8 `8 Q0 a _2 A- T) u

/ v$ o# X' i; M% w- d( Y" {+ }# N

三

6 P) P& r" Q4 }: X/ t

ROV在救捞行业的前景和趋势

% a2 H% o* N9 f r% a, l' h1 r

ROV目前已经成为搜救打捞中不可或缺的力量，它可以代替人在搜救打捞过程中完成很多水下工作，比如穿引钢丝、水下清障、切割取样等。尤其在深水环境和危险环境，ROV的使用会极大的减少人员损伤风险。国际沉船打捞中ROV都发挥了重要的作用，也证明了ROV在搜救打捞领域的广阔前景。但是目前ROV在我国很多搜救打捞工作中并没有得到广泛应用，主要有以下原因：

1 水下机器人的成本相对偏高，尤其随着搜救打捞任务的复杂性，设备成本会成几何形上涨。

0 i2 M4 P4 i/ h" h

2 ROV的操作员需要具备丰富的经验，需要熟悉设备和传感器，同时需要具备海洋物理、空间几何等方面知识和良好的心理素质；

6 R- {' s7 E2 X8 F: r; G

3. ROV目前技术已经逐渐成熟，但是水下环境复杂多变，水流、能见度等因素都会影响到水下机器人操作。

加强水下机器人的应用推广培训，扩展水下机器人的搭载能力、降低水下机器人操作难度，能够更好的使水下机器人服务于救捞行业。智能技术的不断发展，未来水下机器人也可以通过引入智能技术，自主判定水下的工作。

4 ^ L0 J" }- Z8 ~4 ~- C- Q" h

' i7 l6 @( V {4 h8 U& k+ Y6 o

举报/反馈

* W8 L+ A+ ^; g: L : B6 }- g4 }( D6 w" C7 C9 c 5 D& y4 N- g# J E- e9 C5 \" H2 C