7 l' c& |1 ~* P# ^
“ 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。 ; J5 Z" o$ c+ `9 U6 W
6 C2 V& ~$ H2 _. L' W# Q( w6 \
一 % R* O- n5 [% X2 M" S
水下机器人发展及救捞中应用 * t. f% S `# J. [! |: s3 _3 |# ^
6 V) E! q7 \/ O% r: A 7 c2 V _; S* s3 D) m
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。 1 V1 S- i0 J P$ X4 e
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。 0 m3 Z! _+ P2 n) G* r$ v8 D
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。 8 R. i: M3 |- x" p
/ z, F& i. J `" \' {* }. L ' S8 y7 r5 x) K. d. q
二
" a4 O' c: _5 I- m 水下救捞工作流程案例分析 " E+ a c% o6 D1 ?
) F" b$ h2 o2 x
1 R4 ~6 c& O) z$ q# Q" m
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。
. u/ z% g& j# M: V; Z- h8 W 0 l2 m( S, {* @4 ]
0 _- i9 i7 L$ O8 s# i- A( I 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。 5 D& b3 G; ^# g) E0 ~4 f+ F8 y7 y
. R: _7 [( } i/ B7 f% t4 j& y
# y8 _. y5 U5 I9 M5 H
5 G% u- w2 k1 ]: n
7 Y- m" ?: \( z! R N" v. G
; K R$ f8 m' g) l+ v/ L 图 – 旁扫声纳后处理图像 ! \" T% r( e8 z. i1 |
0 t3 k7 a& [6 S! a6 H ' S, A! m% I# O7 ~# C
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。
1 I3 E. i- V. r; P' U 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。 ' X5 w+ j# K& B; T8 g5 P
6 S& f5 o1 E$ j$ j G
0 }: o, j, a/ O: D ; H3 T) [& L9 H! q. S+ m
9 j% p) S6 f( p. l
2 a8 L% L9 I; W/ | 图 – 潘家口重点区域扫描图（该图片来自劳雷公司）
+ N8 _! k$ [& i5 s 1 @- W7 J2 l! [
4 `& X0 u3 h( I9 i
通过对于可疑区域扫描图像的分析，得到了部分疑似点 ; a' C" t- V G
/ G$ y8 v" [4 G! f
E" w% u' S1 B3 j S ' Y& n- x1 K7 y: `* T! Z
; U* j- W) E- F: I. e3 U) \ , B9 ]! m/ q q( T& B$ K
图 – 锁定疑似目标点（该图片来自劳雷公司） % k9 U# t% R- }2 l$ D% V9 R
/ Y8 I6 W/ H7 ^
& q* K: o$ K$ I3 Y4 B. x 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。 9 v& j) a H& A9 `& ]
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。 - \# B5 p' ]# m* g" \/ D5 B+ ?
# l6 J% M/ a! @6 E$ H1 c2 w
3 m ~7 d3 N( m
$ o F( c4 N: M" s2 K% X' A" D8 c
1 g' ]5 z4 [0 d7 \4 Q 4 C7 K# a4 y' }
图 – 江豚IV-A型配置
$ I0 n2 S+ v: r0 o; z ' _) u z3 K8 n
; V9 e+ F8 F. ~# M9 w7 m' _
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。 ! H( I# h! `8 q. ^& q: f p
$ r4 {. }) G: ?* ~- \' R# _
I* A0 K( ~7 v5 |9 ?4 r
- \" e1 o1 s: \: p* B; M
4 t+ C2 j* s# M$ d
# i3 a5 J0 }) B" k( X; w 图 – ROV搜索路线图 2 @- ^5 k' J1 [/ W$ }& [/ o
9 ^. o5 ?3 W& M" ^$ U8 S
# q* y4 R- F* { 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。
, j+ `! \3 ^( {3 B+ O + P D6 Y2 L7 A. B
, m6 P: f3 d9 Z3 ^4 l3 @) F
5 i# t7 g" y; r, r. e
! ?9 O# T O. k# u3 D
2 Q# D6 V5 B1 T 图 – 疑似目标
6 H* s: K; \, e* X# W 6 ~6 l) y, T- [! |) Y
& w; j4 B/ d. r3 u1 U0 u
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。
3 O3 ~' B4 l/ O9 o4 G4 ~ 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。
9 X1 D. Q' q) e) Z2 ~9 ?/ s6 k
. \$ j- _ F6 ~6 g6 w4 d
, e7 F4 G4 { A& E' F 3 A0 L/ E; H- C3 [3 t2 j9 g1 h7 V+ j
2 @2 v# {4 ]9 C
( p1 \5 H, A' x+ K* y( C) e 图 – 确认目标 9 r! u7 j$ ^+ k) N; x
a, L% r% e8 T' `
- H$ d8 L2 h# I' f5 R" t. v; O: `
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。
" Z: a5 p. f; W 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。 2 N, B3 s) P8 r1 Y |
0 G" {* L( Z! W7 \
" ?( W1 g4 f9 r; {4 j5 [ L, ~ 三 4 g' e! n2 n D# s& W S/ v6 `
ROV在救捞行业的前景和趋势
7 ^: _9 G, g2 U$ H( {
: F" u# }4 F+ L : @. N/ T' B) A2 G% U' i
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 q- l; x! ? ^: ? Q 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。 & M. p0 y7 Z: o4 m- _, Q: T) |& k
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；
E4 h( B( d' _2 B. Z0 @ 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。 9 n& l' X# U: |# u! q: M
9 r7 ~. u0 `5 z; @
# g! z$ ~! R1 n
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。
8 M" k" n6 c& G/ {( G. n/ k$ }
$ U; B/ C4 Q9 l' L+ S, a7 n1 T8 R 2 d! b( z7 R2 R+ t# A- K9 b( i
举报/反馈 $ @& g' y1 |( y' I9 E
; ?8 Q/ H" N. H* R0 W% [
0 q6 \( G( V" T
) N" ^& N* _$ y
' J0 G% t# l7 X% E+ v3 M4 g4 e6 A
! Z; a' |0 Z. u5 A, |. S* ~) M
| 
