一、水下運(yùn)維無(wú)人裝備
水下機(jī)器人，可以在惡劣環(huán)境下工作，比起潛水員有大得多的下潛深度和水下工作時(shí)長(zhǎng)。領(lǐng)航員通常在鉆井平臺(tái)或作業(yè)母船上控制水下機(jī)器人，利用操縱桿和各類(lèi)傳感器、攝像頭控制水下的航行與作業(yè)。在良好的天氣條件下，合理安排足夠的人力資源，ROV可以進(jìn)行一天24小時(shí)不間斷的工作。水下機(jī)器人分為兩類(lèi),有纜遙控水下機(jī)器人(ROV) 和自主水下機(jī)器人(AUV)。
1.ROV（無(wú)人遙控潛水器）
ROV，有纜線，搭載光學(xué)、聲學(xué)、水質(zhì)類(lèi)傳感器對(duì)樁基、沖刷及電纜進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)與探摸，可以在突發(fā)事件中快速響應(yīng)，長(zhǎng)時(shí)間水下作業(yè)，快速高效完成水下檢測(cè)。
1）系統(tǒng)構(gòu)成： 一套完整的ROV系統(tǒng)包括甲板控制艙，A形架、絞車(chē)以及液壓動(dòng)力單元組成的布放回收系統(tǒng)，通過(guò)臍帶纜與水下中繼器TMS和ROV相連接，臍帶纜除承載動(dòng)力電源和信號(hào)的傳輸。 檢測(cè)型ROV會(huì)配置側(cè)掃聲納、淺地層剖面儀等聲學(xué)設(shè)備，根據(jù)需要也可以配置管纜探測(cè)器;作業(yè)型ROV會(huì)配置機(jī)器臂。
2）應(yīng)用場(chǎng)景： 一是水下檢測(cè)。利用聲吶和視頻監(jiān)控能完成包括風(fēng)電樁基(沁水構(gòu)件)檢測(cè)、犧牲陽(yáng)極檢測(cè)、沖刷腐蝕檢測(cè)在內(nèi)的多種檢測(cè)任務(wù)，檢測(cè)出管樁及其周?chē)懈g和沖刷情況，為后續(xù)故障分析及解決方案提供有力的數(shù)據(jù)圖像支持;對(duì)海纜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確認(rèn)海纜是否存在斷裂以及確定位置等問(wèn)題，對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的地方進(jìn)行定位，并進(jìn)行駐足觀測(cè)，為之后維修提供科學(xué)依據(jù)。二是水下作業(yè)。ROV能下潛至水面下幾百米，它們不受壓力和寒冷等因素的干擾，可以全天候的作業(yè)。在海纜修復(fù)操作中，ROV可以攜帶特質(zhì)吊帶后進(jìn)入深水區(qū)，并行至故障位置以后，利用機(jī)械手抓住將海纜拉出水面，在海纜修復(fù)完成后再送至水下。
3）作業(yè)限制條件： 惡劣的天氣是影響ROV作業(yè)的主要限制因素，一般ROV系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為在4-5級(jí)海況下可以正常作業(yè)，6級(jí)海況下可安全回收，這是行業(yè)公認(rèn)的作業(yè)準(zhǔn)則，特別是海上風(fēng)電領(lǐng)域，水深都比較淺，風(fēng)浪流狀況復(fù)雜。故而在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，鮮有在5級(jí)海況下進(jìn)行ROV布放下水的情況，作業(yè)方往往更多選擇在海況較好的時(shí)機(jī)下開(kāi)展ROV作業(yè)。
4）技術(shù)難點(diǎn)： 海下地形復(fù)雜，流速大，波浪大，潮汐變化大，對(duì)水下機(jī)器人的抗流能力要求較高對(duì)水下機(jī)器人的搭載能力要求較高;在風(fēng)電樁基的狹小空間進(jìn)行作業(yè)，對(duì)水下機(jī)器人的體積要求也很高 。所以強(qiáng)動(dòng)力、大搭載能力，小體積的水下機(jī)器人更適合于風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用，而這三個(gè)要求有相互矛盾之處，因此對(duì)于水下機(jī)器人的設(shè)計(jì)和技術(shù)要求很高。
2.AUV（自主水下航行器）
AUV無(wú)線纜自帶能源，脫離與作業(yè)母船的物理連接，作業(yè)范圍更廣、自主性好、靈活性強(qiáng)、體積小、質(zhì)量輕、活動(dòng)范圍廣及隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn),可以深海作業(yè)，組網(wǎng)觀測(cè)(對(duì)多個(gè)AUV同時(shí)發(fā)布作業(yè)任務(wù))。
1）工作原理： 由母船搭載AUV到達(dá)預(yù)定下潛海域，母船布放AUV時(shí)校準(zhǔn)自身位置,為AUV提供定位信息，同時(shí)，下潛過(guò)程中不斷進(jìn)行定位校準(zhǔn)和通信，到達(dá)預(yù)定深度后，調(diào)整航向和姿態(tài)，出發(fā)作業(yè)，最后根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)上浮回航，獲取數(shù)據(jù)。
2）和ROV比較： AUV沒(méi)有線纜，通常配置有一個(gè)主推進(jìn)器，與傳統(tǒng)的框架式工作級(jí)ROV對(duì)比，它的航行效率非常高。AUV可以預(yù)先編程，獨(dú)立于主船或控制站，領(lǐng)航員可隨時(shí)讀取監(jiān)測(cè)記錄的數(shù)據(jù)，AUV還可以在監(jiān)督模式下工作，從領(lǐng)航員那里獲取更新的位置，在執(zhí)行任務(wù)期間可以進(jìn)行自主導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。
3）技術(shù)難點(diǎn)： 水下導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)AUV自主巡航的關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)內(nèi)尚不成熟，所以出現(xiàn)容易丟失的情形。國(guó)外對(duì)于AUV的研究較早且成熟，在研究一種無(wú)需輔助船只就能水下獨(dú)立工作的AUV系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)AUV專(zhuān)用對(duì)接點(diǎn)來(lái)代替原來(lái)的作業(yè)母船，AUV直接在對(duì)接點(diǎn)進(jìn)行充電、數(shù)據(jù)上傳和指令下載工作，可大大降低運(yùn)維成本。
3.水下機(jī)器人在海纜檢測(cè)、維修的應(yīng)用探索
可以組合AUV與ROV共同用于海纜巡檢，首先可使用AUV對(duì)海纜布設(shè)區(qū)域進(jìn)行掃測(cè)，找到光纜斷點(diǎn)位置。與此同時(shí)，AUV將無(wú)線信號(hào)收發(fā)器放置光纜斷點(diǎn)位置，以便后續(xù)維修時(shí)連接使用。通過(guò)信號(hào)收發(fā)器提供的位置，將光纜另一端打撈出水。在工作母船上，用相應(yīng)裝置連接光纜兩端，使用近端登陸站信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，確定光纜故障端。切除故障部分，進(jìn)行重新接通，進(jìn)行信號(hào)測(cè)試，通訊正常后，按程序進(jìn)行水下重新布設(shè)。
PART.2
二、水上運(yùn)維無(wú)人裝備
1.無(wú)人船
無(wú)人船是集合無(wú)人機(jī)和水下機(jī)器人巡檢的載體，將“無(wú)人機(jī) +無(wú)人船”融合成一體化裝備，是集海上救援與海域探測(cè)、監(jiān)測(cè)為一體的重要平臺(tái)，有效降低人員乘船攜帶相應(yīng)巡檢設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)的次數(shù)，從而節(jié)約成本并節(jié)能減排。
1）工作原理： 該項(xiàng)目將建成以無(wú)人船作為母船，配置數(shù)量眾多的微小型無(wú)人機(jī)群的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)群的起降、存儲(chǔ)、充電，并通過(guò)衛(wèi)星通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨渡现笓]中心。該系統(tǒng)由無(wú)人船搭載無(wú)人機(jī)群，以自主航行的模式進(jìn)入海上風(fēng)電場(chǎng)，利用5C和衛(wèi)星通信與控制系統(tǒng)連接，自主控制無(wú)人機(jī)群自動(dòng)檢查風(fēng)力渦輪機(jī)，從而無(wú)需手動(dòng)控制和人工檢查。
2）技術(shù)難點(diǎn)： 國(guó)內(nèi)采用的無(wú)人機(jī)、無(wú)人船巡檢解決方案，初步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化，但是仍然需要人員攜帶設(shè)備乘維修船到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡檢，出海時(shí)間和 巡檢時(shí)間受海上窗口期限制，但無(wú)人船的自主回艙、回艙后如何在海水環(huán)境下安全充電、海上巡檢采集的大量數(shù)據(jù)如何保證實(shí)時(shí)傳輸以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化快速處理等技術(shù)有待進(jìn)一步研究。
2.海上風(fēng)電葉片運(yùn)維機(jī)器人
國(guó)外專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種六足履帶式爬行機(jī)器人，主要為維護(hù)和檢查海上風(fēng)機(jī)葉片，已經(jīng)成功通過(guò)渦輪機(jī)行走測(cè)試，有望成為未來(lái)海上風(fēng)機(jī)葉片維護(hù)的生力軍。該機(jī)器人工作時(shí)搭載“輔助系繩”，它可以延長(zhǎng)機(jī)器人在海上作業(yè)時(shí)間，并能快速的在葉片上布置和回收。該機(jī)器人利用真空粘合技術(shù)，可保持自身穩(wěn)定性和靈巧性，使步態(tài)適應(yīng)各種葉片曲面。
在海洋環(huán)境中對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)一直以來(lái)都是行業(yè)的挑戰(zhàn)。一系列智能機(jī)器人替代人工開(kāi)展海上風(fēng)電維護(hù)，將降低人員安全風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)維成本，真正實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電數(shù)字化和智能化運(yùn)維。
