) h: s2 C0 i2 W' l- g) e2 k
“ 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。 # k7 ?) _4 J: a4 B9 u; k
+ l5 w0 ]) i- @! ?
一
6 C+ e. _: ]4 h: |2 H- R 水下机器人发展及救捞中应用
0 q7 E, ~5 x) _+ l% a
3 h$ y. n, H- `
: i/ f* \% A1 ^9 t8 l5 I 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。 0 Y( \$ x# ?- Y M" b2 D! u
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。 & ?, _& F% l( Y! h
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。 - M7 K1 p4 V0 x$ U2 \
: `; G& T6 p" K& ?. z, y& [& P
/ E# [' U& @* t+ M* Z 二
! I S1 W* e* z+ E, |/ S. S. N4 m 水下救捞工作流程案例分析
2 V4 m8 L+ ]0 b
: c- x1 ]3 [- n3 x$ n+ ]: I& }
6 k, o; i; c$ f, [1 `5 d 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。
0 S( g) Y8 a& c7 z9 m4 w 2 d1 n) c" S* h2 p3 o
4 K' z* c; c, C, B/ g
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。
1 u1 z* h) e. w7 J8 d" y6 C
# B; ?, V2 M# _# P$ P2 h6 ] 8 N5 p; d# ?& M0 j7 ^
, u8 W- n3 n) u( z7 @& I
4 V7 f7 |6 p/ Y8 c7 \) q
( w4 ~3 c" d8 e 图 – 旁扫声纳后处理图像
5 n' h$ m( d5 {" v4 {( f) P# t ( Y }$ T5 o3 ?( C& ]
! ^. z; i! Q; V$ b 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。
( L1 t: B/ m/ a8 S; x1 f# a; B 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。
0 Q$ p) I5 \6 a8 k& h, | 9 r( T) {3 y; h+ F+ }
" ?' q9 l; R; i/ F) v & _4 E0 q H; V V3 ]* L1 S' F4 p
- t. J9 H, M1 E, J S4 u
0 X$ Y, T% j; s8 `3 O" ?
图 – 潘家口重点区域扫描图（该图片来自劳雷公司） c9 j- ?& i4 O! z7 E$ A+ H! t
4 z$ A. C8 E) S& n/ A2 I* E8 X
0 d) l! j. h y2 S/ {/ F 通过对于可疑区域扫描图像的分析，得到了部分疑似点
6 {! o% s2 |6 ~ F/ ?, c
' v- g5 E9 m* l% q% I+ g/ B ( p' F# O1 p9 D! l6 x3 y. y
1 u0 C9 Y3 Q8 ]& V! E, p 8 z8 v- s' u4 Y1 J0 X; e
# L' v4 f4 d- |8 o I4 q 图 – 锁定疑似目标点（该图片来自劳雷公司） + v1 O7 D) b3 V7 u& m; w! ~
# u' h. m) i7 W R/ k % z4 Y8 i; A c- E
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。
8 q7 _0 K2 t: V$ b+ ] n 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。
6 P9 ?5 l `5 i+ U
2 n. U' m+ R+ A! Q( G; p : b1 a' \9 [; n6 f
. i" Y9 L. t9 b5 f- W
* q' o2 i% D: X! T+ ^
3 T" @+ N0 S! L, v2 S 图 – 江豚IV-A型配置
, U8 Y7 U8 P8 ]; R ( T& I8 L x: e6 P9 B4 `/ {
; i/ {, D; j/ B0 E 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。 9 P$ {/ ^' g$ l% \8 L+ y- M6 P
+ j1 \1 i" I% X9 l5 V
. ~8 x E m$ L" ^8 d/ P" o
. x' @( W- K* i4 g! b4 |( y. e
1 X4 }* x C$ y; x7 e, K+ u1 _1 t/ m ! N3 n4 b) A! g/ j
图 – ROV搜索路线图
. z# e" [+ l3 Z- |& r
" t! D* I2 P0 P, h
* I; l7 L2 V+ b8 T8 ~. l/ t" E 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。
/ ~! I! d* t# q0 [2 x
3 ~' q5 B" L5 h0 m# ` ( `$ ^. `0 @& l: O: Q) H
) m& o7 ~5 r; U2 Z7 B) d
* i, i8 {; G" @$ F C3 O9 @8 R
( T w* p7 T; I) S+ N1 U 图 – 疑似目标
D* S1 z8 q) r! ^) E% a5 x7 K! Z
( n$ b1 n! R( E' Y; o) R, M % A0 G# C& C! q2 K8 Q" i! y
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。
- N0 Q6 G# _, |8 {$ ~4 d2 J4 B 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。
* ?! e3 k' k& j2 y T9 _) r9 m1 b
5 P% \( H) v! e! A$ | E( {
" b1 z, S4 }9 R8 l
8 Z$ c0 G6 `% @9 {
* @$ Q5 Z: a, @4 q# A& T' Q1 m 2 M, p8 V6 T0 \) M% @) k5 [; b5 v
图 – 确认目标
) j6 r% ^0 h9 r + b# M2 n1 t5 t$ C8 w
+ i9 \4 Y' g+ p& l } 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。 6 R( j }7 A* k* R7 h
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。 . _- `0 P9 N/ o7 T& t' {" ^- j A
% O7 W! Z* j* U% k7 S0 l' V
# h, W3 d' F( k
三 $ Y) I. {' b2 Z7 K7 y
ROV在救捞行业的前景和趋势 # l( b& f5 ^5 I- g. `* T! g1 C/ y
) c" y0 C+ U+ y- t4 ^ 4 p2 S( _4 f4 R! U% ]- _
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：
: B b* |4 G2 V( |5 w& p 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。 $ I2 d6 q1 S+ T9 P8 p ^
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；
! p" I( |- z( o ^' i/ K 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。
6 I% a% i7 ~, G+ s% T# u" w 0 ~8 J& d$ R( ^
% x- a S$ V$ l+ k
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 g7 F3 p# T2 `1 I
9 w. x& j7 u% `2 [ ' A) Z5 q: ~7 D) i3 ^
举报/反馈
8 w# P$ S! o3 r. k2 v' q( r # E- G' v9 T& f- [- n
7 H9 L8 n& i! a0 c0 l
( b- B' M" B8 _5 q, r* ~9 @' P, X4 @! z9 d: w) }, V7 T2 i
: N B, \* L( ~3 ]# d- L5 M9 k | 
