03.掃描聲吶

掃描聲納是通過(guò)換能器發(fā)射一條垂直扇形波束，然后通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)掃描扇形或圓形區(qū)域成像。掃描聲納通常安裝在ROV上，它相當(dāng)于飛機(jī)上的雷達(dá)，用于ROV遠(yuǎn)距離搜索的補(bǔ)充。但機(jī)械掃描聲納對(duì)搭載平臺(tái)穩(wěn)定性要求較高，所以通常需要ROV坐底穩(wěn)定后，進(jìn)行掃描，完成整幅圖像掃描后才能繼續(xù)ROV操作

圖 – 掃描聲納圖像

04.多波束圖像聲納

多波束圖像聲納是在一定角度范圍內(nèi)有很多波束同時(shí)工作，能夠在改固定角度內(nèi)實(shí)時(shí)高分辨率成像。通常多用于ROV的實(shí)時(shí)導(dǎo)航和避障，以及在渾濁水域的目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別和區(qū)域內(nèi)的檢查。相比于掃描聲納，多波束聲納實(shí)時(shí)性更好，可以隨時(shí)觀測(cè)水下情況。

圖 – 多波束聲納圖

由于工作方式和成像結(jié)果的不同，單波束掃描聲納通常是用于定點(diǎn)范圍目標(biāo)搜索，而多波束圖像聲納更適合實(shí)時(shí)的觀測(cè)。如上圖所示，在攝像頭的視野范圍內(nèi)僅能看到最近處的梯子，但是卻無(wú)法看到更遠(yuǎn)處的目標(biāo)物。這時(shí)多波束成像聲納就可以有效的補(bǔ)充，發(fā)現(xiàn)ROV前方更多的疑似目標(biāo)物信息。

05.水下定位系統(tǒng)

由于GPS信號(hào)在水下不能傳輸，水下機(jī)器人一般選用超短基線水下定位系統(tǒng)確定水下潛器的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。超短基線也叫做USBL，分為收發(fā)機(jī)陣和應(yīng)答器兩部分，應(yīng)答器安裝在ROV上，收發(fā)機(jī)陣從岸上或船上放入水下。收發(fā)機(jī)陣發(fā)射信號(hào)到應(yīng)答器，并接收應(yīng)答器的回饋信號(hào)，利用各個(gè)陣元之間的相位差（或者時(shí)延差）來(lái)測(cè)量目標(biāo)的方位，從而計(jì)算出ROV在水下相對(duì)收發(fā)機(jī)陣的位置。再結(jié)合ROV內(nèi)置的羅經(jīng)和水面上的GPS等系統(tǒng)，即可獲得ROV的絕對(duì)坐標(biāo)位置。

 圖 - 水聲定位系統(tǒng)工作示意圖

06.機(jī)械手等輔助工具

 為了方便水下進(jìn)行樣品的采集，可以根據(jù)情況為ROV選擇搭載了機(jī)械手或者其他輔助工具，用于水下的抓取、剪切和取樣等工作。

圖 - 江豚IV-A

 圖 - 擴(kuò)展五功能機(jī)械手

水下救撈工作流程案例分析

2017年9月6日，河北唐山潘家口水庫(kù)，GUE兩名潛水員在水下長(zhǎng)城探索項(xiàng)目中失聯(lián)。深之藍(lán)聯(lián)合全國(guó)多支救援隊(duì)、企業(yè)進(jìn)行搜救工作。事故12天后，深之藍(lán)江豚IV型纜控水下機(jī)器人（ROV）成功在水下找到兩名失聯(lián)潛水員。本文將結(jié)合本次搜救簡(jiǎn)述水下救撈的工作流程。

1.首先確定需要搜索的范圍。如果搜索范圍過(guò)大（建議不超過(guò)100m*100m），先制定測(cè)線，通過(guò)旁掃聲納或AUV對(duì)整片目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行水下聲學(xué)掃描，對(duì)于水底環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，也可以采用船載多波束等方式進(jìn)行水下掃描。當(dāng)在聲納圖像中發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)后，對(duì)疑似目標(biāo)的坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記。

圖 – 旁掃聲納后處理圖像

 潘家口水庫(kù)位于河北唐山遷西縣灑河橋鎮(zhèn)，最大面積達(dá)72平方公里，水庫(kù)總?cè)萘?9.3億立方米，庫(kù)區(qū)水面105,000畝，最深處達(dá)80米。1975年作為華北地區(qū)最大的水利樞紐工程開(kāi)始建設(shè)，1982年竣工。

由于潘家口水庫(kù)水下地形復(fù)雜，有淹沒(méi)的村莊和漁民布置的漁網(wǎng)等。這種環(huán)境下旁掃聲納或AUV設(shè)備很難使用，最終采用多波束設(shè)備對(duì)可疑區(qū)域進(jìn)行掃描。

圖 – 潘家口重點(diǎn)區(qū)域掃描圖（該圖片來(lái)自勞雷公司）

通過(guò)對(duì)于可疑區(qū)域掃描圖像的分析，得到了部分疑似點(diǎn)

圖 – 鎖定疑似目標(biāo)點(diǎn)（該圖片來(lái)自勞雷公司）