水下机器人在救捞中的应用初探

' Z6 Z2 D" m% K/ Y n

“

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。

/ j+ P- b" K, D! \* n7 u5 W7 K# t+ v

一

水下机器人发展及救捞中应用

: r2 s' t; [: ~; Y. a

7 g4 J" P( Z$ ^: o

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。

! C9 @( m6 O0 ^" k" R

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。

" D# w& z7 f# m8 r3 N

二

6 R, W2 N/ x+ F- J6 _, l/ P& ~

水下救捞工作流程案例分析

& [+ i3 l9 `. n, |3 N) W8 a% V1 L

2 K5 S" t5 H* r5 u* y

. m1 u/ O0 }5 U" F

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. 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。

0 \- X2 @& W& q! S* C+ ^

' @4 `2 \' v+ X8 {% w, T7 B

; [0 p$ Q6 e3 N

" u, j3 n$ \5 [6 w* |6 e

图 – 旁扫声纳后处理图像

$ |0 H& e+ F3 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。

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。

: x. x* i% j9 k- V% X" R

# s/ G2 O3 X' J7 g/ o# X

+ U, u7 t5 D/ Y T! q

图 – 潘家口重点区域扫描图（该图片来自劳雷公司）

+ z3 g$ O4 |; v" h; D$ w; \* T

5 l: q! _+ p2 k f

通过对于可疑区域扫描图像的分析，得到了部分疑似点

+ d# x& ^' m6 g9 D

0 W W5 h$ D- A% Y" P/ ]

4 e [$ Y' S/ y& x; O

图 – 锁定疑似目标点（该图片来自劳雷公司）

* Z7 G3 k. z2 ~- q. S

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。

" n. ]" ^: {! 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。

8 Y4 i/ h: h, L* [) g

0 L6 c& K9 E3 J# T& \4 o; z

图 – 江豚IV-A型配置

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。

: R6 ^) f- |' P+ w% G4 H

, I/ u: g' H2 C$ }

p3 _3 C0 ]6 k3 `- u

6 w% m6 V8 {0 \! P

; ~% q/ M5 Q* \/ k7 f W* q( N

图 – ROV搜索路线图

$ @9 k* {/ }1 _ E! Q

4 _# B- W- h: E: [) j

A" U7 B* \, N

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。

9 g/ _: t% S4 _# J. L& e3 v

/ M9 n% y; Q& J- W8 Q4 A' H6 Y, u

9 [0 z \: {( j1 y* e0 @* t0 b

图 – 疑似目标

! n! q, W Z+ G. r* i! U# K" E

8 H* T7 i: ~8 Y

& n. ?' E( T' X0 E* }

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。

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。

l5 x a! L: X' a0 E7 }! G* O

图 – 确认目标

3 R: d' D- d' R: a; t

* S1 l9 ]8 K/ c

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。

% j& [. k( F: }8 t3 w; I

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。

( f m/ V" F1 B, V

三

ROV在救捞行业的前景和趋势

6 ]# Q8 u% S h& }+ F

; T7 z+ ~1 ^: S5 u8 {

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。

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；

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。

( F) |: n6 I" v6 o# W; 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。

举报/反馈

, @( t: E% B7 w* v$ q& Z6 Y$ [

- o' e/ q2 A | ( w( [' [* H' ?% |+ o