ROV在海洋科学科考中的发展现状及应用

1、ROV在海洋科学科考中的发展现状及应用(全文)Abstract : Remotely Operated Vehicle ( ROV) is widely used in marine scientific research in the word，the paper is divided into three parts， firstly ， it introduces the ROV application situation in marine scientific research at present and further discusses the ROV development

2、trend， then describes the system structure features of scientific ROV， and finally expatiates ROV practical application in scientific investigation.Key Word :ROV ；Present Situation ；System structure ； Application刖言海洋占地球总面积的70.8% ,蕴藏着丰富的海洋资源，人 类为了开发海洋，就应该了解海洋、熟悉海洋，单纯依靠人力来 完成工作量大和复杂的海洋开发和调查作业非常困难，为此人类

3、 需要寻求开发海洋的方法和技术手段，这其中要涉及许多学科和 技术领域，随着技术的发展，人类研究出各种各样的探测设备和 技术方法，目前广泛应用于科学探测的设备有载人深潜器(HOV , Human operated vehicle )，有缆无人潜器(ROV , remotely operated vehicle ),无人自主潜器(AUV , Autonomous Underwater Vehicle)，深拖系统(TV , Towed Vehicle)和 水下滑翔机(UG,Underwater Glider)等深海探测探水器设 备。与其他深海潜水器相比，ROV由于具有水下工作时间长、 作业能力强、负

4、载能力大，无作业人员人身危险事故等优势，再 加上光纤技术的发展，可以通过ROV脐带缆内的光纤实时海量 传输信息和控制指令，作业人员可以在母船甲板控制室实时轻巧 灵活的控制ROV本体在水下的运动，在深海作业中有着不可替 代的作用，并且在不同海域深度都有过ROV的足迹。随着技术 的高速发展，有缆无人水下机器人(ROV，)先后被美国、法国 和日本等国开发并研制成功，以克服潜水员在深水中工作所遇到 的困难和载人潜水器的潜水病和人身事故。目前已有日本的海 沟号ROV和美国的海神号混合ROV到达地球上最深的 地方马里亚纳海沟挑战者深渊，并获取珍贵的样品和资料。可 见ROV在人类了解和开发海洋的过程中发挥出

5、越来越重要的作 用。1应用现状根据UNOLS的报告，目前国际上商用的ROV系统基本工 作在3000米以浅，而要完成海洋探测和科学研究，ROV需要 工作在3500米以上的更大深度，并且具有深海支持的专业化设 计，因而科考用ROV都是大深度ROV。目前，人类借助深海 ROV探测平台，可以实现全海神海域的海洋科学考察，而且随 着ROV在海洋科考中发挥的作用越来越显著，无论是国内还是 世界上的主要海洋研究机构都配置有ROV系统进行科学考察， ROV系统是目前技术最成熟、使用最广泛、最经济实用的一类 潜水器。表1所示列出了世界主要海洋研究机构所拥有的ROV 系统。2发展趋势ROV系统是一个多学科综合体，

6、因而ROV随着科学技术的 发展，自身也不断向前发展，根据实际应用和关键技术的突破， ROV的发展趋势主要有3个方向发展：极强的作业功能，全海 深的作业能力和AUV与ROV结混合技术发展。随着科学技术日新月异的发展，人类寻求开发深海的方法和 技术手段越来越迫切，因而发展ROV系统在深海下的作业功能 非常必要，由广州海洋地质调查局联合国内高校和科研院所研制 的海马号ROV系统结合海洋工程和科学考察任务的需要， 配置有配套水下作业工具，海底观测XX用布缆底盘，取样用工 具底盘和水下升降装置等功能，同时提供丰富的液压电气扩展 接口，可以极大的满足4500米级深海作业能力的需求。征服世界最深渊一直是人类

7、的梦想，目前人类使用深海潜器 对世界最深的地方进行了 3次探测，其中2次分别是由日本的 海沟号ROV和美国的海神号混合ROV实现的，从表1 中可以看出用于科学考察的ROV目前最大深度普遍都是6000 米级深度的，因此要对海洋更大深度的地方进行探测，必须发展 全海深作业能力的ROV技术。ROV和AUV技术是深海潜水器的两个重要发展方向，它们 在深海海洋探测中都发挥着各自不可替代的作用，怎样结合二者 之间的长处成为深海潜器研究者思考的问题，美国伍兹霍尔海洋 研究所在全海深混合ROV技术方面做出了成功的尝试，他们于 2021年研制完成了 海神号混合ROV，并于2021年6月2 日在第12潜次潜至10

8、898米处进行了沉积物取样。海神号 ROV可根据需要工作在有缆ROV模式和无缆AUV模式进行科 学调查。表1世界主要海洋机构ROV3结构特点总的来说，ROV的总体结构一般由支持母船（甲板控制室）， 供配电系统，脐带缆及收放系统，ROV本体等部分组成。ROV 往往根据海洋调查任务和目的不同而要满足不同的功能需求，因 此保持弹性设计，特别需要保留未来升级能力，因而大多数ROV 系统都是海洋研究机构根据自己的要求而自行开发，以实现灵活 多变的功能需求，但也有部分海洋研究机构向第三方厂家购买商 用ROV，但此类ROV 一般都保留有丰富的机械、电气和液压动 力等接口，以满足用户扩展用能需求。因此每套RO

9、V系统在 ROV本体上根据功能需求会有所差异而具备自己的特点。3.1动力系统用于海洋科学考察的ROV系统一般采用电驱动的推进器系 统，整个ROV本体较为轻便灵活，因而功率较小，但机械手和 作业工具的动力一般为液压驱动，因而系统会配置一个小型的液 压泵站。而作业型科考ROV 一般为全液压系统，功率较大，可 以满足推进系统和作业工具的需求。3.2照明及视频监控系统ROV在海洋科学考察中的一个最最主要功能就是进行近海 底观察，因此，视频和照明作为ROV的眼睛至关重要，ROV 一般要从多角度进行配置，以满足ROV进行近海底观察以及 ROV状态监控而且ROV基本都配置有一个或者多个清晰度非 常高的摄像机

10、，并安装在云台上。为了获得海底清晰的照片， ROV配置有带摄像功能的照相机和配合照相用的闪光灯。3.3 ROV传感器及仪表根据ROV状态监控需要，ROV系统一般会配置深度计、高 度计，罗经，陀螺仪等传感器仪表，但部分ROV会针对特殊功 能而配置其他特殊的传感器。3.4自动功能为了便于海底作业和ROV操作员进行驾驶，ROV基本都具 备自动定深，定高，定向的功能，其他比如横摇纵倾补偿，定点 功能，自动巡航一般根据特定需求开发这些特殊功能。3.5作业布放方式作业布放方式主要有单缆吊放，压载器和中继器三种方式， 每种作业布放方式各有优劣。单缆吊放的收放操作复杂，但主脐 带缆受力情况较好作业范围取决于脐

11、带缆挂载浮球数；压载器 方式重量较轻，结构简单，成本低、作业范围小，压载器与ROV 本体分别布放与回收，无对接问题；中继器方式在小范围精确作 业操纵性好，但是中继器与ROV本体水下分离和对接时具有一 定难度。3.6功能扩展ROV作为科学研究和探测工具搭载平台，具备丰富的液压 电气扩展接口以便在海洋科考中进行设备和仪器的搭载，例如 ROSUB 6000 ROV系统配置有RESON 7125多波束系统，CTD 传感器，溶解氧传感器3180，取水器，甲烷传感器等；victor 6000 ROV系统也配置有RESON 7125多波束系统，同时还具 备OTUS广角摄像机，Sea bird SBE 25

12、CTD传感器及取水器， 磁力计，SIMRAD EK60回声探测仪和浅层剖面仪等扩展和搭载 设备。4海洋科考应用ROV已经作为探索海洋奥秘的一个重要的工具和海洋研究 平台，可以在海底进行观测，检测，采样，科学仪器测试、布 放和回收，以及海底布缆等各种海底调查任务下的作业，为海洋 科学中的海洋生物，海洋地质，海洋物理和海洋化学以及资源勘 查等方面的科学研究发挥越来越重要的作用。4.1近海底观察，获取高清视频和图片ROV在海洋科学考察中的一个最主要功能就是能够对海底 目标物进行近距离观察，一般ROV 上配置的视频灵活多样，比 载人潜器的观察窗口相比可以获得更大的视野，并提供高清视频 和图像，以便科研

13、人员对海底的的底质，环境特征，生物状况等 有了更直观的印象，便于对海域开展相关研究。4.2获取海底样品ROV的取样能力使得研究人员不仅可以获取海底的直观印 象，还可以所见即所得，获得更直接的海底研究证据，通过机械 手和根据需要设计的取样工具可以获取海底样品，例如可通过插 管取样器可以获取海底沉积物样品，通过取水瓶可以获取海底水 样，通过生物捕获器获取生物样品等等。4.3探测仪器布放ROV作为科研搭载平台，在海洋地质调查中，可以携带海 洋探测设备在海底针对目标点进行定点探测或者在目标点布放 探测设备，比如海狮号ROV在南海某海域进行热流探针布放， 进行地热流测量，MBARI在胡安德富卡板块通过R

14、OV布放 岩心钻孔地震仪，钛合金耐压壳体插入到玄武岩水平岩心钻孔中， 并通过水密缆连接到数据记录仪里对岩心钻孔进行检测。4.4海底搜寻和打捞ROV在日本1999年的H-II系列8号火箭飞行器搜寻中发 挥出重要的作用，此次搜寻和打捞综合采用侧扫声纳，视频摄像 机，静态照相机等多种调查手段，首先在可疑区域用海沟号 ROV进行侧扫声纳和可视调查进行搜寻，接着采用声纳拖体和 摄像拖体扩大搜寻范围，找到目标后海豚号ROV进行细致搜寻 和部分零件打捞，最后通过专用打捞公司采用 ROV Remora 6000进行打捞。4.5工程地质调查利用ROV提供的动力源和控制接口可扩展搭载海底锥探和 岩心取样设备进行工程地质调查，加拿大ROPOS号ROV和美 国Tiburon号ROV都成功携带ROV水平多管岩心取样获取海 底岩心样品。4.6海底观测XX布放海底观测系统成为人