<rt id="iqa0g"><center id="iqa0g"></center></rt>
<acronym id="iqa0g"><small id="iqa0g"></small></acronym>
  • Cehui8.com 测绘地理信息领域专业门户
  • 首页 > 测绘论文 > 海洋测绘

    ROV在海洋测绘中的应用研究

    2014-02-20 22:44:41来源: 天津海事局海测大队作者边志刚 黄东武 李冬
    聊聊

     ROV in the marine surveying and mapping of the Applied Research

    Abstract: According to the composition and structure of the ROV features combined with fresh water environment and the actual operation of the marine environment by the data, analyze the advantages and disadvantages of ROV. Current briefed on the environment and water ROV operations. Focus on the underwater imaging methods and the selection of underwater target detection and recognition technology development. ROV in the future in the measurement of the sea can play the role of the prospects.

    Key words: Remote Operated Veh

    icle Imaging MethodOcean Current

    Water Environment

     

    一前言

    海洋?#35797;?#30340;开发与利用涉及到很多方面其中测绘领域的应用将为国民经济的发展提供宝贵的探测参考资料发达国家在水下机器人探测技术领域有很深入的研究目前美国英国法国德国挪威日本等国家在这方面取得了很大成绩我国尚处于起步阶段与上述发达国家相比还存在不小差距水下机器人的种类很多用途很广目前有AUV(Autonomous Underwater Vehicles)UUV(Unmanned Underwater Vehicles)ROV(remote operated vehicle)等种类的水下机器人根据体形大小性能的不同在军事渔业海洋科学考察深海探测等领域都有重要应用ROV水下机器人是当今世界上较为先进的水下无人遥控探测器其特点是无人驾驶所有的操作都是通过数据传输光缆与水面操作人员实现的ROV上配备了光学相机和双频识别声纳能够以两种方式探测水下目标物同时ROV作为一个载体可以对其灵活改进以适应各种不同作业要求以往在海洋测绘中对用声纳磁力仪以及多波束测量出来的水下不明物或浅点的分析时多采用潜水员下潜探摸的方式ROV实现了代替潜水员下潜作业的模式本文简要介绍ROV的软硬件组成硬件的性能软件的操作着重结合千岛湖实验和天津港大沽灯塔塔基查看的实?#39318;?#26009;阐述ROV的应用

    ROV结构组成及软硬件性能

    ROV作为一个水下探测器其本身不能对任何水下物体进行测量简而言之它就是一个潜水器其标准配置构成包括黑白导航相机彩色摄像照相相机卤素灯磁罗经推进器和电?#30828;?#31561;ROV上面要搭载其它设备要根据不同用户的需要配置天津海测大队所引进的ROV包括如下设备

    这里将一套完整的ROV分为以下几个单独系?#24120;?span lang="EN-US">

    1潜水动力系统

    包括四个动力435W的推进器两只75W的卤素照明灯一个磁罗经配置了HLK43000a型机?#24403;ۡ?#26680;心部分是电?#30828;?#25152;有的外部指令及自身的工作?#23478;?#32463;过该集成电路的处理

    2操作控制系统

    包括卷轴电缆操纵杆电源箱核心部分是甲板单元上面有主机光盘刻录机和显示器是操纵人员监视ROV的运行参数和向潜水器发送指令的重要系统甲板单元上操作人员可以得到ROV的深度信息距离水面自身的磁北方向ROV的工作电压DC 380V410V工作电流AC 0A8A以及ROV的湿度显示和温度显示这些都是ROV运行中的重要性能参数

    3成像系统

    在潜水器系统中我们搭载了两种水下观察设备包括黑白导航相机彩色照相摄像机在内的光学成像设备和浅水双频识别声纳DIDSON在内的声学成像设备

    4定位跟踪系统

    TrackLink1500MA超短基线定位跟踪系?#24120;?#26159;这套ROV的又一大特点海底作业对ROV的整体安全产生影响的最重要因素就是海流考虑到海下作业ROV的安全配备的这套系统能够跟踪多达9个目标应答器其原理就是将船的绝对位置坐标和船首向方位传递给TrackLink Navigator软件采用极坐标计算方法进行基线解算求得被跟踪目标的绝对坐标位置该系统的方位定位精度优于1°整体定位精度优于2.5m

    5导航和数据采集系统

    主要是由Qinsy软件实现的该软件是一个功能强大的综合性软件是多波束数据采集软件6042的升级版主要实现潜水器导航定位同时可接入测深仪实时显示ROV沿航迹方向上的水深情况

    三淡水海水实验情况及分析

    2008526610在浙江杭州建德?#34892;步?#27700;电站千岛湖淡水湖中进行了系统全面测试主要包括设备安装联机测试ROV设备各项性能指标测试操控软件超短基线定位软件双频识别声纳软件 Qinsy导航软件测试以及机械手功能测试等

    在整个实验期间对系统工作稳定性?#26696;?#39033;功能进行了测试分析见下表

    新?#27493;?#27700;电站

    定深功能

    启动定深功能后能够保持在相应的水深处初?#30002;?#24577;下上下浮动变化较大1-2分钟后在所需的水深处能保持定深

    水体密度对ROV上浮下沉的影响

    淡水的密度为1g/cm3而一般情况下海水的密度取1.02g/cm3海水的密度同时还受海水温度的影响ROV在淡水中上浮下沉的反应速度要比在海水中快定深的灵敏度下降在淡水中?#35789;?#23558;ROV的配重铅块全部卸掉ROV在没有任何动力情况下仍然会自然下沉

    ?#36739;?#21151;能

    ROV内置磁罗经自动?#36739;?#31934;度达到±1%能够保持在指定的?#36739;?#19978;

    导航功能

    采用GPS?#28304;?#20307;绝对定位定位精度取决于GPS系统定位精?#21462;?span lang="EN-US">ROV的位置通过水下声学定位技术实现位置最标的计算其定位精度一方面取决于GPS系统定位精度另一方面取决于超短基线定位精?#21462;?#36229;短基线的定位精度优于2.5m

    动力系统

    前进测推上浮下沉灵敏度较高

    200881696对天津港大沽灯塔塔基及水下地形应用ROV系统全方位探测在海水中检验测试ROV系统作业效果及系统稳定性

    经探测及测试ROV系统在大沽灯塔水域作业效果及系统性能分析见下表

    天津新港大沽灯塔

    定深功能

    启动定深功能后能够保持在相应的水深处上下浮动变化较小稳定在所需水深处需要的时间相对较短

    水体密度对ROV上浮下沉的影响

    ROV在海水中需要配重两边共八个铅块这种情况下ROV能在不加任何动力情况下悬浮在海面上上浮下沉过程缓慢但定深功能稳定

    ?#36739;?#21151;能

    能够保持在大致的?#36739;?#19978;左右有一定的摇摆发出定向指令到完成定向功能动作缓慢

    导航功能

    和在淡水环?#25104;?#19968;样定位精度上没有变化

    动力系统

    前进测推上浮下沉灵敏度下降

    根据上述千岛湖测试及大沽灯塔探测分析图表得出以下结论

    1海流对ROV定向定深以及动力控制都有很大影响千岛湖水质良好是“天然游?#22659;?rdquo;湖区内几乎不受风浪的影响因此ROV在水中运动不受外界阻力影响海水的涨落潮加之海风和地形的综合影响使得ROV在海上的操作自由度受很大影响

    2水体环境对ROV成像清晰度有很大影响渤海海域以至于整个北方海区的水体透明度都很难于千岛湖水体相提并论在相同水深处不同水体环境下能见度情况比对见下表

     

    千岛湖

    天津新港大沽灯塔

    1m-5m

    8m-10m

    0.5m-1.5m

    5m-10m

    4m-5m

    0.5m-1m

    10m-20m

    2m-3m

    0.5m以内

    20m以下

    2m以内

    几乎看不到

    由上表可见在海水环境中光学成像效果是比较差的因此当今世界水下机器人重点利用的还是声学成像方式各国都很重视ROV在海水下面成像视程这一课题

    ROV是当今世界海洋探测和科学考察领域较为先进的技术手段它的问世标志着人类可以向更加广阔的海洋深水领域进军ROV的优势在于轻便微型化便于操作重量是大型水下机器人的1/101/20更重要的是它的出现代替了潜水员的部分工作海上工作更加安全但ROV上处于发展的初级阶段到如今ROV的发展才经历了30年左右的时间ROV自身还存在很多技术上的难题其中水下目标的识别于探测技术就是有待人类解决的一大课题随着科技的不断进步新技术新理论必将应用到海洋科学研究中来造福人类

    ROV水下目标的探测与识别技术展望

    水下目标的探测与识别对于ROV水下作业来说是至关重要水下机器人要完成所赋予的使命,就必须获取各种环境信息,特别是水下目标的信息,操作人员依据此做出作业决策根据水下的环境特点,常用的水下探测设备是声成像和光成像传感器其中,声成像传感器占有主要地位,也是国内外研究的重点目前,应用在智能水下机器人上的声成像传感器主要有高低频合成孔径声呐双频识别声纳侧扫声呐前视声呐和三维声成像声呐光在海水中的衰减比在空气中快得多光在水中传输的能量按指数规律?#26438;?#34928;减,使得光学图像对比度产生严重的灰白效应,色?#36866;?#30495;,视程大大缩小为了弥补微光成像系统的不足,各国十分重视水下激光成像技术的研究理论推测激光成像距离可?#28304;?#21040;12个衰减长?#21462;?#22269;外在智能水下机器人上采用了激光线性扫描系统,作用距离相对较大,因而特别有价值,国内?#19981;?#26497;开展这方面的研究,取得一定的研究成果

    综上所述,由于海洋环境复杂,获取水下目标信息的手段十分有限声探测距离远,所以仍是目前的主要手段而对于依靠声图像的目标识别仍然有难?#21462;?#26681;据水声专家的预测,依靠声反射特性可能是解决识别的正确途径另外,激光成像具有微光成像的特点,距离又增加,是一种比较理想的手段,然而要满足对水下目标识别的要求,仍然有不少技术难关需攻克

    ROV在未来海洋测绘中的应用展望

    随着科技的不断进步ROV在自身的硬件上会有不断的革新我们有理由期待改进后的ROV能够更加适用于海洋测绘理由如下

    1目前的ROV我们只能得到其到海平面间的距离可以在ROV上安装单波束测深仪能够实时得到ROV相对于海底的距离同时可以反映一部分海底地貌起伏变化的特征

    2ROV上安装多波束测深系?#24120;?#24182;且将后处理的海底三维立体图导入ROV导航软件中做为ROV操舵手的背景底?#36857;?#33021;够时时得到ROV的空间位置信息那将是革命性的创新要想实现这一点首先要解决多波束后处理出的图形矢量合成的问题

    3定位导航技术有待技术革新目前我们采用的导航技术主要是依靠超短基线此外还有长基线短基线定位方式这些定位方式方式都只局限于一定范围内精确导航国外目前多数采用小型惯性导?#36739;?#32479;对水下机器人实?#24535;范?#20301;然而这项技术国内还没有办法实现国外对我国还实行禁运政策因此需要广大科技工作者不断努力?#40644;?#25216;术上的堡垒

    六结语

    我国有着绵延18000余公里的海岸线是海洋?#35797;?#20016;富的大国加强海洋科学投入必将是一项有战略意义的工程需要投入大量的人力物力需要政府牵头学校提供理论支持企业?#26800;?#23454;践平台发?#30001;?#20250;主义制度的优越性某些先进的机器人先进在其中核心的一到?#36739;?#25216;术因此攻克关键技术上造成的瓶颈是科技工作者共同面对的在发展新技术的同时要注意防止底端技术的重复避免人力物力财力的浪费

     

    参考文献

    [1]徐玉如,苏玉民.关于发展智能水下机器人技术的思考[J].舰船科学技术,2008,30(4)

    [2]冯正平.国外自治水下机器人发展现状综述[J].鱼雷技术2005,13(1)

    [3]封锡盛,刘永宽.自治水下机器人研究开发的现状和趋势[J].高技术通讯,1999,9

    [4]徐玉如,庞永杰等.智能水下机器人技术展望[J].智能系统学报,2006,1(1)

    [5]刘雁春.海道测量学概论[M].?#26412;?span lang="EN-US">:测绘出版社2006

       声明中测网登载此文出于传递更多信息之目的并不意味着赞同其观点或证实其描述文章内容仅供参考
       版权声明 : 本站部分论文来源于网络或网友投稿如有侵权请联系我们?#22659;?#22788;理


    返回顶部
    <rt id="iqa0g"><center id="iqa0g"></center></rt>
    <acronym id="iqa0g"><small id="iqa0g"></small></acronym>
    <rt id="iqa0g"><center id="iqa0g"></center></rt>
    <acronym id="iqa0g"><small id="iqa0g"></small></acronym>