劉曉宇

摘 要：文章討論了國(guó)內(nèi)外深海水下自主式無(wú)纜潛航器（AUV）的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)主流產(chǎn)品及我國(guó)研制的主要成果的性能參數(shù)、主體尺寸、主要功能及使用場(chǎng)景等進(jìn)行了介紹。并著重對(duì)深海AUV在目標(biāo)搜尋、地質(zhì)勘探及深海探測(cè)等方面的應(yīng)用著重進(jìn)行了分析。結(jié)合目前深海AUV的發(fā)展現(xiàn)狀提出了其遠(yuǎn)程化、智能化及模塊化的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：深海AUV 水下應(yīng)用 6000米

隨著各國(guó)對(duì)海洋資源和各類(lèi)海洋權(quán)益的逐漸重視，水下機(jī)器人的發(fā)展得到了越來(lái)越廣泛的重視，其在水下的應(yīng)用也日趨廣泛。通常水下機(jī)器人依據(jù)其控制方式的不同可分為：自主式水下無(wú)纜潛航器（AUV） 和有纜遙控水下機(jī)器人（ROV）。AUV其自身帶有供電系統(tǒng)，依靠?jī)?nèi)部電池進(jìn)行水下的工作，可執(zhí)行大范圍高精度的水下探測(cè)搜尋，但其作業(yè)時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸、作業(yè)持續(xù)性受到一定的限制；ROV依靠所連接的電纜提供動(dòng)力并進(jìn)行數(shù)據(jù)及其他信息的傳輸，水下作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，但作業(yè)范圍受限。

世界上第一臺(tái)AUV自20世紀(jì)50年代問(wèn)世以來(lái)經(jīng)過(guò)了60多年的發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子科技技術(shù)、水下通信技術(shù)、材料科學(xué)及電池技術(shù)的迅速發(fā)展，AUV在性能、續(xù)航力、功能方面得到了迅猛的突破。目前在國(guó)際范圍內(nèi)6000米深水AUV已經(jīng)得到了多方面的應(yīng)用，各國(guó)也在深水AUV的研制和開(kāi)發(fā)上步入了快速發(fā)展的道路。

1.深海AUV的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外AUV的研究成果及現(xiàn)狀

目前國(guó)外所研制的深海AUV主要包括美國(guó)Hydroid公司的Bluefin-21（圖1）、英國(guó)南安普頓國(guó)家海洋中心（NOC）的Autosub 6000（圖2）、加拿大ISE公司的EXPLORE（圖3）、挪威Kongsberg公司的REMUS（圖4）及HUGIN、法國(guó)ECA公司的A6K（圖 5）及冰島GAVIA公司的Sea Raptor（圖6），各產(chǎn)品的性能參數(shù)如表1所示。部分產(chǎn)品目前已在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。其中Bluefin-21及HUGIN AUV曾參與馬航MH370的水下搜尋，REMUS AUV曾成功找到法航447的發(fā)動(dòng)機(jī)殘骸，Autosub 6000也多次在印度洋熱液區(qū)執(zhí)行科學(xué)考察任務(wù)。其他國(guó)家的AUV多為新研制產(chǎn)品，海上實(shí)際應(yīng)用案例較少。

1.2 國(guó)內(nèi)AUV的研究成果及現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)第一臺(tái)AUV的研制工作開(kāi)始于20世紀(jì)90年代，并于1994年11月將研制成功的首臺(tái)1000米級(jí)AUV——“探索者”號(hào)投入使用。“探索者”AUV為中國(guó)863計(jì)劃863-512子計(jì)劃的項(xiàng)目之一，由中國(guó)第702研究所聯(lián)合數(shù)十所研究和教育機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)。

在探索AUV的基礎(chǔ)上，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、中船重工第七〇二研究所聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)，同俄羅斯共同成功研制了我國(guó)首臺(tái)6000米級(jí)AUV——CR-01，相比上代AUV其具有更高的定位精度。隨后在CR-01 AUV的基礎(chǔ)上又成功研制了CR-02 AUV，并將其成功應(yīng)用于海洋礦物調(diào)查 。

“十二五”期間，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所作為主要研究機(jī)構(gòu)，在CR-02 AUV的基礎(chǔ)上成功研制了“潛龍一號(hào)”AUV，與上代AUV相比，在AUV的回收上做出了巨大改進(jìn)，“潛龍一號(hào)”AUV在其工作母船上加裝了自動(dòng)回收系統(tǒng)，從而改進(jìn)了以前需要作業(yè)人員掛鉤才可回收AUV的作業(yè)方式。在“潛龍一號(hào)”AUV的基礎(chǔ)上，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制了多臺(tái)潛龍系列AUV，包括4500米級(jí)“潛龍二號(hào)"”和“潛龍三號(hào)”。各產(chǎn)品的性能參數(shù)如表2所示。

2.深海AUV的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 深海海洋資源勘探及開(kāi)發(fā)

隨著人類(lèi)社會(huì)的高速進(jìn)步及發(fā)展，陸上資源開(kāi)發(fā)速度逐步激增，各國(guó)紛紛將資源開(kāi)發(fā)的視線轉(zhuǎn)向水下，人類(lèi)可開(kāi)發(fā)利用的海洋資源種類(lèi)及數(shù)量逐步增多。各國(guó)對(duì)水下資源開(kāi)發(fā)的不斷加速，未來(lái)水下資源的勘探開(kāi)發(fā)將逐步由淺水轉(zhuǎn)向深水。深海水下礦產(chǎn)資源如多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物、富稀土沉積物等多分布在數(shù)千米水深的海底區(qū)域，天然氣水合物也多分布在幾百至幾千米的區(qū)域。深海水下資源的勘探對(duì)社會(huì)的發(fā)展具有重要的意義，而深海AUV必將在水下資源勘探過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

2.2 深海水下搜救

深海水下搜救是深海AUV的一個(gè)重要應(yīng)用方向，早在 1963 年就有美國(guó)“阿爾文”號(hào)與“科夫”號(hào)無(wú)人潛水器協(xié)作搜尋、打撈出西班牙海溝失落氫彈的成功案例。在馬航MH370及法航447的水下搜尋中深海AUV發(fā)揮關(guān)鍵作用。荷蘭輝固公司曾使用英國(guó)Kongsberg公司的HUGIN AUV用于馬航MH370水下搜尋；美國(guó)軍方也曾使用Bluefin Robotics的Bluefin-21 AUV搜尋馬航失聯(lián)客機(jī)；英國(guó)Kongsberg公司生產(chǎn)的REMUS AUV曾成功搜尋到法航447的發(fā)動(dòng)機(jī)殘骸。深水AUV因其作業(yè)可靠，智能程度高成為了深海水下搜救的首選工具。

2.3 水下地形測(cè)繪

目前水下地形的測(cè)繪主要依靠多波束測(cè)深系統(tǒng)，在應(yīng)對(duì)水深較淺的水下地形勘測(cè)任務(wù)中，船載多波束測(cè)深系統(tǒng)均可獲得分辨率較高的水下地形圖。但在深水區(qū)域，受到水深影響，即使是開(kāi)角較小的深水多波束在深水情況下會(huì)由于傳播距離的增加導(dǎo)致其分辨率相對(duì)較差，無(wú)法獲得高精度的水下地形圖。深海AUV可在距離海底較近的高度進(jìn)行作業(yè)，因此其可獲得高精度的深海水下地形圖像。

3.深海AUV的未來(lái)的發(fā)展方向

3.1 遠(yuǎn)程化

深海AUV在水下作業(yè)過(guò)程中其主要?jiǎng)恿?lái)源是所搭載的電池模塊，依據(jù)其搭載的探測(cè)裝置及工作狀態(tài)不同，其在水下的工作時(shí)間也存在較大差別。多數(shù)深海AUV的水下續(xù)航時(shí)間均可達(dá)到24h，但隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，深海AUV的續(xù)航力將得到持續(xù)提升。續(xù)航力的提升，可使AUV在單次布放后獲得更為龐大的水下數(shù)據(jù)從而提升深海AUV的水下作業(yè)效率。

3.2 智能化

深海AUV的智能化程度決定著其在水下作業(yè)過(guò)程中的安全性，并在一定程度上影響其作業(yè)效率。AUV在水下作業(yè)過(guò)程中對(duì)相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)急情況的處理機(jī)制和決策機(jī)制是未來(lái)AUV發(fā)展的重要方向之一，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，自主學(xué)習(xí)和自主決策能力將在深水AUV上得以應(yīng)用，以保障深水AUV在水下的作業(yè)安全。

3.3 模塊化

目前的深水AUV多搭載多重類(lèi)型的探測(cè)設(shè)備，如相機(jī)、多波束測(cè)深系統(tǒng)、側(cè)掃聲納、淺地層剖面儀及溫鹽深傳感器等，多類(lèi)型探測(cè)設(shè)備的搭載可保障AUV可應(yīng)對(duì)不同的作業(yè)需求。但這在一定程度上增加了AUV本身的負(fù)載，從而降低使用效率。模塊化的探測(cè)裝置可保障AUV在應(yīng)對(duì)不同作業(yè)需求時(shí)快速進(jìn)行設(shè)備的更換，同時(shí)減輕AUV自身重量，提高作業(yè)效率。

【基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFC0306003）】

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