基于国产小型水下机器人在水下救助打捞中的应用研究

基于国产小型水下机器人在水下救助打捞中的应用研究

王猛

中国人民解放军91202部队 辽宁  葫芦岛 125000

摘要：为了提升我国小型水下机器人在水上搜救中的应用，特别是在水上紧急搜救条件下的水下搜救效果，该文阐述了我国水下搜救机器人的发展现状、特点和构成，以及在我国抢险救灾中所采用的水下航行器系统技术、声呐探测技术、水下打捞工具等。在此基础上，指出了我国小型水下机器人在水下救援救援中的需求，并指出了今后的研究方向。

关键词：水下机器人；水下搜救；救助打捞；应急救援

在上个世纪末，随着工业机器人的发展，中国为满足海洋救援、海洋探测等需求，也开始了对水下航行器的发展与研究。近几年，上海交通大学开发的“海龙”在与科研团队合作下，已能潜到3500米以下。水下机器人技术也有了长足的发展，2013年，“潜龙一号”可以下潜5080米，“海翼号”可以下潜6329米，这标志着我国水下机器人技术的发展。近几年来，国内用户大多选择从国外进口机器人，价格更高，售后服务更差，很多产品都不适合中国水域，所以性能相对较差。随着我国相关技术的日趋成熟，更多的制造企业开始从传统的观测式水下机器人制造转向作业式的水下机器人制造，以适应国内外不断增加的市场需求。

1.国产小型水下机器人的特点

1.1便利性好

作业级水下机器人成套系统重达百吨，在内陆地区紧急救援时难以进行，而且作业时需大型母舰，在内河和内陆水库的搜救工作中，调度、布放和使用都存在很大困难。而国内的微型潜水器，一般都不到100公斤，整个工作系统也不会超过200公斤，能够快速的调动起来，并且能够在岸上、小船、快艇上展开和水下作业，大大增加了操作的便利性。

1.2可定制化

当今世界形势变化很快，外国对中国的技术封锁也越来越严重，有关的科技交流也出现了停顿。但是，与国产的微型水下机器人相比，所有的核心技术都是由我们的研究机构来完成的，在相关的具体应用方面，我们可以通过定制化的方式，让它更加适合中国的用户需求和使用环境。

2.水下机器人的组成

2.1通信方法

深海潜航器对通讯系统提出了更高的要求，例如：在复杂多变的环境中，需要高可靠、高稳定、实时的信息传输。水下航行器需要电缆来操纵，因此其在海上的使用受到了很大的制约，例如电缆的长度、重量、下潜深度、维修成本等，因此通常都是由电缆来驱动，而不是通讯。此外，在高密度水体中，电磁波、光波的传输受限，使得其传输距离、传输信号的能力都非常有限，无法满足人们对海洋探测的需要。然而，声电波几乎不会受到外部环境的影响，并且信号的传播能力强，所以，在长距离的水下通信中，人们通常会选择声电波作为载体。该系统能够在数千米至数十公里的距离上对水中的目标进行准确的检测与定位。另外，为提高水下航行器的通讯能力，还可以利用以太网对各种信号进行区分和处理。

2.2控制技术

水下机器人控制系统是 水下机器人总体设计的核心，也是其智能控制的基本环节，其结构设计要与其自身的硬件和软件相结合，并符合一般的 水下机器人控制系统。其中，水下通信系统以水下声波作为信号的传输媒介，将岸上的控制指令发送给中心传输系统；中心传输系统作为控制的中心，其作用是接受岸基指令，并以特定的步骤对指令进行筛选、辨识，最后传送到各运动子系统；该运动控制系统通过对中心传输系统发出的命令进行解析，将解析的结果传送给位于水平面和垂直面上的控制系统，实现对目标轨迹的规划；信息采集系统的功能是对水下机器人周围环境状况进行分析和识别，并将分析结果反馈给中心传输系统；导航与定位系统通过对信息检测系统的分析，判断出自己的具体方位，然后按照中心传输系统发出的命令执行导航操作。这就要求 水下机器人各个部件之间的信息交互和互相配合，这样就构成了 水下机器人的控制系统。

3.国产小型水下机器人在救助打捞行业应用研究

这两年，国产微型潜水器的技术越来越成熟，在我国的水下搜索和打捞工作中，将会有越来越多的水下机器人被采用，这主要是因为：

（1）国产小型水下机器人的价格便宜

相比进口的大型、深潜型水下机器人，价格从几十万到上百万，比进口的要便宜得多，许多单位都能装备。

（2）国产小型水下机器人的操作系统更加符合国人的操作习惯

这是一个全中的文化体系，能更快速的训练出专业的操作人员，使他们能更快速的进入到突发的海底救援和救援之中。

（3）国产小型水下机器人技术支持响应及时

几年前，中国引进的水下机器人，因为距离太远，又受到国际关系的制约，在遇到问题时，无法提供足够的技术支援，而国内的水下机器人，最短两个小时，最长十二个小时，就能抵达客户所在地。

（4）国内小型水下机器人可以定制化

有经验的厂商，能够为客户量身定做一套特殊的水下机器人装备，并针对他们的实际应用情况，进行量身定做，让使用者更容易操作，从而提升工作效率。

4.水下救助打捞应用案例分析

4.1唐山潘家口水库“失联潜水员”搜救

两个潜水者在河北唐山的潘家口水库的海底长城探险计划中失去联系。事故发生后第12天，我国的江豚潜水器（水下机器人）在60多米深的水下发现了2名失踪的潜水员。图1显示了遇难潜水员的水下影像。

图1失事潜水员水下图像

事故现场为一座水库，无浪无浪。一旦发现可疑目标，水下机器人就会将定位与声呐检测传感器投放到可疑目标区域，利用声呐对其进行扫描，获取其相对位置信息，再操纵 水下机器人向可疑目标移动，直到 水下机器人相机捕捉到失踪潜水员。

此次救援行动采用了潜航器下水后对可疑海域进行往复探测，利用超短基线确定潜航器的航行路径。针对水下可见度低的问题，采用BlueViewM900二维影像声呐对其周边环境进行实时监测。每一次 水下机器人转向下一条搜寻路径，都要确保声呐能够在一定范围内完成前一次的探测，以确定没有任何遗漏。

在漫长的搜索过程中，两名失踪的潜水员被水下机器人发现，并用摄像机对失踪的人进行了直接观测。

4.2重庆万州“1028”坠江大巴车搜救

2018年10月28日，一辆大型大巴在长江二桥附近的长江中坠落，这是重庆万州的一场特大车祸。事发后，武警、港航等部门出动10余条专用船只赶赴事发地点，连夜开展搜救工作。

汽车坠毁的地方水深超过90米，水下环境十分复杂，营救工作十分困难，没有潜水装备的潜水员是不可能下水搜索的。水下机器人的加入，对营救工作起到了很大的作用。长江航运局带着自主研发的“河豚IV-A”无人艇和潜水设备抵达事发地点，采用声纳探测水下环境，开展搜救工作。在对现场进行了细致的勘察，确定了车辆坠落的地点之后，技术员开始安装二维多波束声呐，并对其进行了水下配平。

当潜器下潜至65米的时候，声呐地图上显示，在30米开外的地方，出现了一个长方形的亮点，驾驶员将仪器缓缓靠近，当距离目标大约两米的时候，他看到了黄色的车身、车窗和车身上的横幅，确认这是一辆落水的车。

根据声纳和摄像机的观测，该汽车是斜卧在水中的，而且是以大桥作为参照物的。

回传的水下大巴车破损画面如图3所示。

图3回传水下大巴车破损画面

5.总结

伴随着国家经济的快速发展、长江经济带的蓬勃发展、海洋开发强度的加大以及水上运动的增加，为拥有自主知识产权的微型水下航行器提供了广阔的市场空间。本土化高科技的介入，将有力拓展 水下机器人的承载能力，降低 水下机器人作业的难度，同时，智能化 VR技术的应用，也将使 水下机器人在未来能够更智能化地执行水下搜救任务，更好的服务于长江经济带及海洋资源的开发利用，为国家经济可持续发展做出贡献。

参考文献

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[4] 任忠涛,王业山,李增辉,等.小型水下机器人的研究发展及其应用现状[J].新型工业化, 2019, 9(10):5.DOI:CNKI:SUN:XXHG.0.2019-10-010.