UMIS是法國ECA集團開發的無人智能綜合解決方案，用于沿海及海上等復雜區域的測繪及安防工作。該綜合模塊化解決方案廣泛的應用了無人系統，如無人船、無人水下航行器 (AUV、ROVs、MIDS)、拖曳聲納和無人機。UMIS還集成了一個全面的軟件-UMISOFT，該軟件可輕松管理整個無人任務——從準備、計劃、監督，到數據采集、處理分析和管理。UMIS尤其適合國土保護人員進行海上調查或干預任務。

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海洋牧場是國家未來海洋漁業的戰略發展方向，通過規?；纳钸h海網箱養殖，可以安全穩定的為我們的餐桌提供優質的海產品。目前我國的海洋牧場網箱養殖還處于初級發展階段。

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1. 背景

水庫安全度汛一直是我國防汛抗洪的難點和重點，中小型水庫的安全度汛已成為當前全國防汛工作的一個薄弱環節，水壩的安全檢查工作越來越受到人們的重視，水壩附近水情復雜，依靠潛水員進行檢測工作會受到很大的限制，檢測結果往往很不理想，水下機器人的應用為解決這一問題提供了較好的手段。

2. 遙控水下機器人（ROV）簡介

遙控水下機器人即ROV（Remote Operated Vehicle），系統組成一般包括：動力推進器、遙控電子通訊裝置、 黑白或彩色攝像頭、攝像俯仰云臺、用戶外圍傳感器接口、實時在線顯示單元、導航定位裝置、自動舵手導航單元、輔助照明燈和凱夫拉零浮力拖纜等單元部件。功能多種多樣，不同類型的ROV用于執行不同的任務，被廣泛應用于軍隊、海岸警衛、海事、海關、核電、水電、海洋石油、漁業、海上救助、管線探測和海洋科學 研究等各個領域。

ROV由水下潛器、機械手、控制臺、超短基線定位系統和二維多波束圖像聲納等組成。水下潛器配備有照明燈和導航攝像頭，云臺和高清攝像頭，水平推進器，垂直推進器等，并可根據需要搭載其他傳感器。

法 國ECA公司生產的ROV配備有處于世界先進水平的導航、定位、推進和控制系統，具有自動定深、定向等功能，因而可以準確到達預定的位置執行監視、檢測等任務。為滿足不同潛深的需要，ECA提供不同型號的ROV如H300（300 m水深）、H800（1000 m水深）、H1000(1000 m水深)、H2000（2000 m水深）等，它們可以到達潛水員無法到達的深度，從而較好地替代潛水員進行水下作業。這樣，水下的危險環境就不會危及檢測人員的生命安全，人員只要在甲板船或大壩上進行操作就可以了。

3. ROV在大壩監測的應用

通過遙控操作ROV，可實現水下全方位掃描檢測，重點部位可以“駐足”觀測，不僅可以快速檢測到大壩的整體情況，而且可以仔細檢查局部的細節。ROV上搭載的的水下攝像機可以檢測出大壩表面的各種狀態，如破損、裂縫等，并可用激光尺度儀對破損和裂縫的大小進行測量；搭載的高分辨率圖像聲納可以對堤壩表面進行三維測量；搭載的剖面聲納可對大壩內部進行三維檢測；ROV攜帶上述探測儀器在水下活動，從而實現對大壩的全覆蓋掃描檢測。

ROV小巧靈活、操作簡便（通過控制臺上的多個旋鈕即可控制機器人前進、后退、轉彎、上升、下沉，燈光強弱和攝像頭焦距，云臺俯仰等）；ROV可攜帶定位聲納、圖像掃描聲納、多參數水質檢測傳感器、輻射傳感器、機械手、金屬測厚計等監測設備；還可實時進行水下視頻監測。

目前ROV已廣泛用于水利水電工程中的壩體、船閘、橋墩、排沙口、攔污柵、病險水庫等的水下檢查以及水下工程質量的監控。

水下檢測與圖像處理主要包括以下方面:

(1) 水下錄像，使用ROV進行水下拍攝；

(2) 全景圖制作，利用所拍攝的影像、圖像數據，轉化為全景圖像；

(3) 多維重構，利用上述信息，對結構體進行多維重構；

(4) 圖像瀏覽，根據監測和分析的需要，提供全景圖形的實時瀏覽；

(5) 提取異?，F象，通過全面處理和分析，從海量的全景圖像中，尋找和提取監測目標的異?，F象；

(6) 決策支持，根據水下探測成果，為大壩結構修復和安全改造決策提供資料支持。

4. 應用實例

2016年5月11日，泰富坤公司協助廣東水利電力研究院使用H800在陽江市大河水庫進行了大壩檢測，發現一處裂縫。5月12日檢測了清遠閘壩。H800水下機器人通過水下實際操作，驗證了其可靠的性能，贏得了用戶的認可。

5. ECA公司ROV產品的優勢

法國ECA公司是業界領先的ROV生產商，生產的ROV在實用性和可靠性上都處于世界先進水平。以H800型ROV為例，它具備以下特點：

（1）H800搭載了6個世界頂級推進器制造商Tecnadyne 生產的直流無刷推進器，其中前后方向4個，垂直方向2個，動力高，穩定性好，速度快（可達4.5節，比現有的其他相似類型ROV快1-2節）；

（2）H800配有一個固定的低照度黑白導航攝像頭和LED照明燈，云臺上配備了一個10倍變焦彩色攝像頭和兩個LED照明燈，并配有用于二位測量的激光束；

（3）H800具備檢測自身旋轉圈數的功能，即可以監測臍帶纜承扭的情況，通過實時調整，可避免臍帶纜應過分承扭而發生纏繞、打結等情況；

（4）H300還可搭載自動航向、自動定深系統，LBL或USBL定位系統，五功能或兩功能機械手，各種類型聲納（成像、多波束、側掃等）和無損檢驗傳感器（陰極保護+側后+刷子）等，可以根據用戶需求搭載，用于完成不同的任務。

6. 結語

我國大多數中小水庫的監測、監測工作急需更高效率、更高操作性的實用工具，應用水下機器人系統開展水下檢查工作，對水庫大壩安全鑒定和除險加固，使水庫發揮應有的社會效益和經濟效益，具有重要的意義。

一、業務挑戰：

此次業務的主要內容是使用水下機器人在瓊州海峽完成纜線檢測功能，瓊州海峽高流速、能見度低，受海峽西側狹管效應作用，海底電纜路由海流流速大、流向復雜。表層海水的流動主要受季風的控制形成南海季風漂流，底層海流受海床地形、海岸等因素影響與表層流有較大差異，海底海流流速快、流向變化頻繁。海纜路由環境條件以高流速、橫向流為主，全年平流的時間極少。海底電纜檢測時，需在高速橫流下保持水下機器人的穩定。

加之瓊州海峽海底多見泥沙底質，在海流變化頻繁的情況下，海底水質能見度低，極大制約了水下機器人的使用。

二、相關產品：

針對此次業務需要，我們制定了一套海底電纜檢測系統，海底電纜檢測系統由H2000水下機器人（ROV）及搭載設備TSS350線纜探測系統、BlueView M900-2250多波束圖像聲納、Linkquest高精度水下定位系統、高分辨率彩色攝像頭、高靈敏度前、后置黑白攝像頭等組成。

1、H2000型水下機器人（ROV）

H2000水下機器人（ROV）由操作控制單元（CCU）、水下機器人（ROV）主體、吊放回收系統（LARS）等組成。

操作控制單元（CCU）具有以下配備：

2個DVD錄像機。

一套用于整個控制單元的電源板。

一套用于水下機器人（ROV）的控制手柄（機械臂的控制手柄可選）。

2個電腦分別用于水下機器人（ROV）和聲納。

1套視頻監視器：1個17" 彩色監視器，用于觀察攝像頭；1個9"黑白監視器，用于導航攝像頭；1個17" LCD監視器，用于聲納設備。

操作控制單元配置圖

吊放回收系統（LARS）主要功能是從甲板上吊放和回收水下機器人（ROV）。下圖為吊放回收系統（LARS）的結構示意圖和實物圖。標準系統A型架占地面積為3.6m x 2.4m?？蚣芡ㄟ^4個雙絞鎖固定在船橋；A型架可以成45°角度，并提供一個2.5m操作空間。吊放回收系統（LARS）可以集成在標準ISO 20英尺集裝箱（6.058mx2.438mx2.591m）中；一個液壓絞車最大管理2000m電纜。

吊放回收系統

H2000水下機器人（ROV）主體的整個框架采用沖壓聚丙烯和316L不銹鋼構成，具有一定的抗沖擊性。頂部浮塊采用可拆卸的PVC發泡浮體材料。H2000水下機器人（ROV）的載荷為160kg，可以根據用戶需求定制更大的載荷。

H2000水下機器人（ROV）裝備6個推進器，推進器采用無刷馬達。4個水平矢量分布（45度排列）的推進器用于前進、后退、旋轉和左/右側運動。兩個垂直推進器用于上下運動。水平推進器可以獨立操作（左和右），從而使水下機器人（ROV）自轉。推進器裝有保護網。

H2000水下機器人（ROV）安裝以下導航傳感器套裝：深度傳感器、朝向傳感器、高度傳感器、俯仰控制傳感器，具有自動定深、自動定向、自動定高的能力。

2、TSS350線纜探測系統

TSS350線纜探測系統由英國TSS公司生產，采用被動接收電信號模式，待測電纜的一個終端加載特定頻率的脈沖信號，海上設備通過兩對正交線圈陣列進行電磁場的探測，通過算法得到目標電纜的精確位置和埋深。

3、多波束圖像聲納

BlueView M900-2250多波束圖像聲納是一款即時成像的聲納系統，采用900kHz和2250kHz兩種頻率，具有130度視場角。

4、彩色攝像頭

彩色攝像頭安裝在云臺單元上，可以得到清晰的圖像，用于觀察和細節調查；云臺上同時配備2個7300流明LED照明燈。

5、黑白攝像頭

2個高靈敏度前置和后置黑白攝像頭，每個攝像頭各配備2個4200流明照明燈；能夠在渾濁海水中得到前、后方清晰的圖像。

三、解決方案：

根據廣東省電力設計研究院有限公司海底電纜檢測需求，利用現有成熟技術和設備，集成高性能電驅H2000型水下機器人搭載TSS350纜線追蹤系統、圖像聲納、高分辨率彩色攝像頭、高靈敏度前、后置黑白攝像頭等設備，完成海底電纜檢測任務。H2000水下機器人動力強勁，速度可達3節。具備六個推進器正向推力100kgf；前向推力：260kgf；側向推力：165kgf；垂直推力：170kgf；足以達到抗橫流的效果。另外H2000裝有聲納系統和2個黑白攝像頭、一個高清彩色攝像頭。

視頻系統：

1x彩色變焦攝像頭，帶激光尺度儀：

圖像傳感器：1/4" HAD CCD，44萬像素；

分辨率：＞460TVL；

視頻輸出：1 Vpp，75ohms；

靈敏度：1.5lux；

2個低光黑白攝像頭；

圖像傳感器：1/2" CCD，44萬像素；

分辨率：570TVL；

視頻輸出：1 Vpp，75ohms；

靈敏度：0.0003lux；

功耗：12VDC，2 W。

聲納系統：BlueView M900-2250多波束聲納

聲納頻率：900kHz/2250kHz；

視場角：130°；

最大范圍：100m（900kHz）/10m（2250kHz）；

波束寬度：1°* 20°；

波束數：768；

范圍分辨率：1.3cm（900kHz）/0.6cm（2250kHz）；

在能見度低的情況下，可以使用聲納來觀察海底情況。對于臍帶纜的受力問題，將會在吊放回收時加上自動鎖扣系統，來承擔臍帶纜的拉力。Tss350纜線探測系統在ROV找到纜線后，將根據纜線發出的脈沖信號沿纜線方向進行檢測。

一、背景

海上溢油是造成海洋環境污染損害的主要因素之一。在各種海洋污染中，石油污染無論在發生頻率、分布廣度、還是在危害程度上均居首位。海上溢油是由事故引起的，如輪船的碰撞、翻船、海上油井和輸油管道的破裂、海底油田開采泄漏等。隨著世界海洋運輸業的發展和海上油田不斷投入生產，溢油事故不斷增加，往往造成大面積海面石油污染，不僅使海洋、大氣自然環境、生態資源受到損害，造成海洋生物的大量死亡，經濟蒙受損失，而且嚴重危害人體健康。溢油事故引發的火災，還可能會導致海上和沿岸設施、船舶等的損壞。

二、 遙感探測設備

MEDUSA(Multispectral Environmental Data Unit for Surveillance Applications)系統即多光譜環境監測數據處理系統。是由德國OPTIMARE開發的機載遙感系統，它與以往機載遙感系統有相當大的優勢，有效提高了數據的實時采集和軟件處理方案。MEDUSA系統將多個圖像遙感傳感器集成在單一用戶友好界面，具備網絡化的數據采集和處理框架。通過衛星鏈路可以實現空中監測飛機、水面測量船舶與陸地控制基站的信息傳遞。其主要功能包括：機載遙感、機載污染監測、機載海事巡邏、任務計劃、傳感器數據實時顯示、飛越區域數據的快速分析、支持各種遙感傳感器、海洋污染等級界定、現場自動分析、計算機自動生成分析報告、地球物理參考及GIS(地理信息系統)能力、飛行數據處理及數據后處理、電子海圖顯示、冗余存儲、支持AIS。

MEDUSA系統溢油遙感探測示意圖

溢油監測飛機剖面圖

MEDUSA機載溢油監測傳感器網絡結構圖

三、解決方案

MEDUSA系統構建方案

以標準配置方案2為例，整個系統包括MEDUSA處理系統、側視機載雷達(SLAR)、紅外線/紫外線掃描儀(IR/UR LS)、微波輻射計(MWR)、激光熒光遙感器(LFS)、衛星通信設備。首先，由側視機載雷達(SLAR)探測確定溢油區域地理位置，其次，紅外線/紫外線掃描儀(IR/UR LS)探測整個溢油區域覆蓋面積，微波輻射計(MWR)用于測量溢油區域油膜厚度，激光熒光遙感器(LFS)用于溢油區域油污類型識別，衛星通信設備實現空中監測飛機、水面測量船舶與陸地控制基站的信息傳遞。經過一整套探測方法可以得出溢油區域地理位置，覆蓋面積，油膜厚度，溢油油量，油污類型等基本參數并及時有效地把數據傳輸給測量船舶，陸地基站等相關部門，為溢油事故的有效評定，后續處理提供了堅實數據依據。性價比一般。

方案1選用了相對價格比較低的可見光掃描儀(VIS LS)，沒有配置微波輻射計(MWR)和激光熒光遙感器(LFS)等成本較高的傳感器。這樣的配置系統構建成本較低，但系統不能探測計算出油膜厚度，溢油油量，油污類型等基本參數。從而給溢油事故的有效評定，后續處理造成了一定的困難，但由于系統的可擴展性很強，將來可以適時加裝其它需要的傳感器。方案1做為系統初期的構建方案成本較低，同時也能基本滿足溢油探測的需要。性價比最高。

方案3采用了高成本的合成孔徑雷達(SAR)取代了相對低價的側視機載雷達(SLAR)，這樣的系統配置雖然某些測量參數有所改善，但高昂的構建成本也限制了系統的推廣。性價比較低。

海洋牧場網箱清潔解決方案