自主式水下机器人水下对接技术综述

自主式水下机器人(AUV)作为水面支持平台和海底空间站以及深海长期观测系统之间的重要纽带,其水下对接技术一直以来都是国内外的研究热点。在归纳、分析国内外AUV水下对接技术如水下箱(笼)式对接、机械手或载体辅助式对接、杆类引导对接、平台阻拦索式对接和喇叭口式引导对接技术的基础上,介绍各种AUV对接技术的实现方法和结构原理,以及对接技术的发展现状与趋势。并针对目前应用较为广泛的喇叭口式引导对接方式,详细介绍一种针对重型AUV的水下对接系统。经试验验证,该系统模块化强,对横滚姿态要求低,适用于多种尺寸AUV,对接系统的对接成功率高。所做工作可为今后AUV水下对接技术的发展提供参考。     

一种百平方千米级水下通信定位导航系统

在水声通信及水下定位技术基础上,提出一种支持水下通信、定位与导航的一体化组网系统。系统基于水声换能器通导一体化及主/被动水下兼容定位等水下通信导航关键技术,可面向深海百平方千米级海域,可为从事深远海探测开发活动的水下多平台提供安全、高效的全天候全水域高精度定位与导航信息,为水下探测、水下平台布放回收以及精确对接引导等提供服务,满足信息的远程共享、指令的实时传输以及协同作业的组网通信。     

水下动平台与无人航行器的对接路径生成方法

分析水下运动平台回收无人航行器对接过程所处的环境特点与运动姿态特征,建立水下动平台与无人航行器回收过程模型,将回收过程分为跟随段、调整段、对接段和回收段。根据调整对接的水下导引控制特性,提出无人航行器对接路径基准轨迹生成模型,建立无人航行器回收对接航路点生成方法,并采用三次插值对航路点进行平滑,形成了水下动平台与无人航行器的对接路径,通过案例仿真计算分析,表明提出方法的有效性。     

深潜救生艇用光纤窥镜系统的设计与研究

深潜救生艇在营救船员时,关键是要准确地找到救生平台的位置进行对接。本文介绍了一种有效的水下准确观测接口位置的仪器——水下光纤窥镜系统,阐述了该仪器的设计原理及技术性能,说明了样机性能及在混浊水中使用的优越性。     

面向AUV水下移动对接的实时路径规划方法

自主水下机器人(AUV)与移动对接平台之间的实时路径规划,是AUV与移动对接平台进行自主对接的使能技术之一。针对复杂动态环境下AUV与水下移动平台对接的实时性和终端姿态需求,研究了一种基于混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)的AUV与水下移动平台对接的实时路径规划方法。利用对障碍物约束、AUV本体约束进行相应的分析和线性化,根据多个对接阶段的需求设计了距离收敛、时间最优和姿态最优等不同的目标优化函数,建立了移动对接目标函数,形成相应的多约束线性规划模型,实现对AUV加速度优化,得到满足所有约束且目标函数最优的实时优化路径。最后,在充分考虑AUV实际的动力学模型下的仿真实验分析,验证了此方法的有效性。     

深水溢油事故处置可视化监控系统

文中以深水环境中发生沉船及其他溢油事故的处置为背景,针对水下机器人辅助钻孔抽油一体化装备进行水下溢油事故处置的作业过程,重点对水下摄像、声呐等关键技术进行研究,开发了深水可视化监控系统,引导水下机器人对事故现场进行勘探,完成作业过程的全程监控,实现设备的运行监测。     

数字航道综合监控系统在航道维护管理中的应用

"南浏段"数字航道系统主要由电子航道图系统、综合监控系统、信息管理系统及系统支撑平台等组成。综合监控系统是数字航道应用系统的核心,主要由航标遥测遥控平台、船舶监控平台、水位监控平台3部分组成。该系统正式运行后,在航标技术信息动态监控、工作船舶动态监控、水位动态监测、标志被打及船舶交通事故调查取证等航道维护日常工作中发挥了重要的作用,提高了航道维护工作效率。未来随着航道科技的不断进步,综合监控系统将拥有更为广泛的应用前景。     

基于无线传感网络的航道水下数据监测系统设计

目前使用的监测系统在监测航道水下数据时,容易受到外界因素影响,得到的数据准确性很差。基于无线传感网络设置了新的航道水下数据监测系统,分别从硬件和软件2个部分进行设计,硬件部分由参数节点、网关节点和指挥中心节点3部分组成,软件分为发送指令、数据监控和数据反馈3步,在工作时,需要考虑地理位置和时间。通过与传统监测系统的对比实验可知,给出的系统监测结果准确性高,工作人员可以根据所得数据清晰地分析出水下航道情况,航行过程更安全。     

多方向水下无人航行器远距离信号自动化对接技术

水下航行器远距离信号对接容易受到速度、噪声等影响,导致信号自动化对接准确性较低,为此提出多方向水下无人航行器远距离信号自动化对接技术。对对接信号衰减程度估计及时变网络的输出进行多普勒谱分析,确定对接最佳频段,并将多种群竞争机制引入免疫算法进行对接,实现多方向水下无人航行器远距离信号自动化对接。实验结果表明,此次研究的对接技术误比特率低,并且在不同距离下对接信号图谱与实际图谱相差都较小,证明此次研究的远距离信号自动化对接技术对接准确性较高。     

拖曳式海底电缆埋设系统作业监测与导航

通过ML系列海底电缆埋设系统上的大量应用和改进,开发了用于拖曳式海底电缆埋设系统作业的综合监测导航系统VMS-UCBS,从拖体位姿、拖曳状态、电缆受力状态、埋设状态、水下定位等方面分析了海底埋缆作业的需求和VMS-UCBS采取的技术对策,并从虚拟监控和导航定位等方面,介绍了监控导航软件的设计细节。     

新型水下对接装置的研制

本文阐述了新型水下对接装置（系统）的研究目的，分析了对接装置的构成、对接策略和过程，给出了对接目标环相对于对接装置的空间位置和姿态的计算方法。在实验水池中进行了模拟对接实验，验证了对接装置（系统）的有效性和可行性。     

基于FBG传感的水下潜器结构健康监测系统研究

依据水下潜器深潜期间耐压壳结构的强度保障需求,以光纤光栅(FBG)原理为基础,针对水下潜器耐压壳结构特点,对光纤光栅应变传感监测系统的基本构成和工作原理进行分析,具体给出各监测子系统功能作用和监测系统流程。通过理论计算及复杂应力区的有限元数值仿真模拟,为实现光纤光栅测点优化布设提供力学基础。     

嵌入式计算机系统在水下航行器的应用

针对小型水下航行器航行和工作特点,论述了采用嵌入式ＭＣＵ与ＥＤＳＰ器件和Ｉ＾２Ｃ总线技术构成的监测与控制系统。     

长江南京以下12.5 m深水航道二期工程深水潜堤软基变形动态监测技术

针对水下软基变形动态监测应用少、实施难度大的问题,进行深水潜堤软基变形动态监测技术研究,采用分层沉降变形和深层水平位移监测方法,经水下仪器选型、搭建水上观测平台、优化仪器水上安装和保护方案以及监测实施,研制出深水条件下软基变形动态监测技术。该技术实现了从传统的陆上监测到水下监测的转变,不仅安全可靠、数据准确,而且适用于大水深监测条件,对类似工程软基变形监测具有重要的参考和指导意义。     

“南海一号”打捞过程中的水下定位和姿态监测

"南海一号"是我国2007年底在广东阳江水域打捞出水的一条宋代沉船。为了更好地保护该船,打捞过程采用了"整体打捞"技术方案。为了保证打捞中水下定位和提升过程姿态检测准确无误,天津水运工程科学研究所将国际上最先进的姿态传感器和水下超短基线定位系统成功应用于"南海一号"打捞的定位和姿态监测过程中,为成功打捞沉船提供了重要的技术和安全保障。文章介绍了打捞的技术难点、技术方案和打捞过程。     

BIM技术在航道水下地形空间监测中的应用

地形是区域环境的重要组成部分,三维地形分析为地表演化过程研究提供了全新的技术支撑。本文依托黑沙洲航道整治二期工程多期水下地形测量数据,基于BIM技术实现各个时期航道水下地形表面的三维可视化,并对其进行动态监测分析。研究表明,基于BIM技术实现航道水下地形空间监测,能够更加形象直观地展示区域地形演变、泥沙淤积等三维情况,对于航道的维护和整治具有重大意义。     

沉管隧道碎石基础整平监测技术研究

沉管隧道基础处理是沉管隧道施工的关键技术之一,是隧道安全运营的重要保证。文章首先介绍沉管隧道基础处理的主要方法,对先铺法和后填法的优缺点进行了简单介绍。针对广州打捞局在香港沙中线海底沉管隧道基础整平中采用的水下整平架,提出了GPS RTK+倾斜仪和压力传感器两种高程监测的方法。在监测设备安装和初值标定完成后,进行水下碎石整平实验。文章对实验结果进行了详细的分析,从GPS RTK与压力传感器的内符合精度、高度计与测量杆两种外符合精度等方面进行比较,验证了高程监测方法的可行性。     

长江航道水下数字高程模型自动化处理系统

手动处理生成航道水下数字高程模型（DEM）费时耗力,存在着效率瓶颈。提出并构建长江航道水下数字高程模型自动化处理系统。该系统由水深数据自动监测读取模块、DEM自动处理模块、成果自动加工模块以及流程监控显示模块组成,实现了从原始水深点自动监测到规则格网DEM及其专题图的快速自动化处理,有效节省了人工操作,提高了DEM产品的时效性,解决了效率瓶颈问题。     

扩频技术在浅海水声测距中的应用

传统的水声系统由于主要使用单频脉冲信号,因而无法克服距离分辨力和作用距离之间的矛盾。文中主要研究如何将扩频编码m序列编码技术应用到水声测距中的方法,既详细分析了浅海水声多途信道的特点,也给出了用于水声测距的扩频数字模型,并进行系统性能仿真与水池试验验证。结果表明：增加m序列码元周期和减小脉宽能够增加测量精度,频谱越宽则抗干扰性越强。该项研究为扩频技术在水声测距与定位中的实际应用提供了较好参考。