根據(jù)調(diào)查機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外海上風(fēng)電后期運(yùn)維過(guò)程中，海纜和樁基等水下資產(chǎn)占據(jù)了海上風(fēng)電總體保險(xiǎn)賠付金額的92.7%和數(shù)量的55.6%。我國(guó)海上風(fēng)電起步較晚，海上風(fēng)電場(chǎng)的投運(yùn)時(shí)間普遍較短，但也出現(xiàn)了多起由于樁基礎(chǔ)和海纜故障導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)組以及風(fēng)電場(chǎng)長(zhǎng)期不能正常發(fā)電，發(fā)電企業(yè)承受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，定期開展水下檢測(cè)，掌握水下資產(chǎn)健康狀態(tài)，對(duì)避免發(fā)橫故障或降低損失具有重要的意義。
目前海上風(fēng)電水下常規(guī)檢測(cè)方法包括由潛水員攜帶水下攝像機(jī)或其它檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行水下作業(yè)，船舶搭載多波束成像聲吶、測(cè)掃聲吶或電磁檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)。近年來(lái)，隨著水下機(jī)器人在海洋科學(xué)研究、海洋工程及戰(zhàn)略高技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在海上風(fēng)電領(lǐng)域，有纜遙控水下機(jī)器人依靠臍帶電纜提供動(dòng)力，水下作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)，作業(yè)能力較強(qiáng)，能夠針對(duì)檢測(cè)作業(yè)類型搭載各類傳感、測(cè)量和檢測(cè)系統(tǒng)，具備執(zhí)行海上風(fēng)電水下檢測(cè)的能力，得到了廣泛關(guān)注。
一、水下機(jī)器人簡(jiǎn)介及應(yīng)用現(xiàn)狀
水下機(jī)器人的研究始于1953年，最初用于軍事方面的需求，由美國(guó)、俄羅斯、日本和法國(guó)等國(guó)率先研制，同時(shí)結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、聲吶技術(shù)、水下微光電視、遙控技術(shù)和定位導(dǎo)航等技術(shù)。后來(lái)，海洋石油工業(yè)的迅速發(fā)展帶動(dòng)了工業(yè)型水下機(jī)器人的發(fā)展，北海油田和墨西哥灣油田在1975年使用了第1臺(tái)商業(yè)化水下機(jī)器人，至今各種類型、各種功能的水下機(jī)器人(ROV)數(shù)量已數(shù)不勝數(shù)，有超過(guò)400家廠商提供水下機(jī)器人生產(chǎn)銷售與技術(shù)服務(wù)。
水下機(jī)器人從與母船之間有無(wú)電纜可分為有纜遙控ROV，無(wú)纜自治水下機(jī)器人(AUV)。按使用目的可以分為觀察級(jí)水下機(jī)器人與作業(yè)級(jí)水下機(jī)器人。觀察級(jí)水下機(jī)器人通常僅搭載圖像采集設(shè)備，不攜帶作業(yè)設(shè)備，結(jié)構(gòu)上ROV和AUV都有;而作業(yè)級(jí)水下機(jī)器人除了搭載圖像采集設(shè)備之外，還需要攜帶作業(yè)設(shè)備(例如機(jī)械臂、機(jī)械手等)，結(jié)構(gòu)以ROV為主。總體來(lái)說(shuō)，ROV系統(tǒng)可分為水上控制部分、臍帶纜和水下作業(yè)部分。水上部分一般包括電動(dòng)絞車、控制箱(電源箱、工控機(jī)、顯示器等)和手持控制器等。
臍帶纜一般均為零浮力凱夫拉臍帶纜，通過(guò)內(nèi)部的線纜實(shí)現(xiàn)供電、數(shù)據(jù)傳輸和控制。ROV水下作業(yè)部分的載體結(jié)構(gòu)采用開架式結(jié)構(gòu)，由主體框架、浮體材料、動(dòng)力系統(tǒng)(推進(jìn)器)、傳感和控制系統(tǒng)(水下電子倉(cāng))以及供電和通訊線纜等部分構(gòu)成，這樣將ROV內(nèi)部空間預(yù)留給水下定位系統(tǒng)和各類檢測(cè)系統(tǒng)，便于設(shè)備的安裝和保護(hù)，最大限度優(yōu)化ROV的空間結(jié)構(gòu)布局，同時(shí)也能保證ROV具有良好的外部擴(kuò)展性，能夠搭載各類傳感系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和機(jī)械手作業(yè)系統(tǒng)。如圖1所示，隨著科技的不斷進(jìn)步，ROV整體的發(fā)展趨勢(shì)向著深海、重型化和多功能作業(yè)，一方面下潛深度不斷增加，另一方面通過(guò)搭載多個(gè)機(jī)械手開展水下調(diào)查和作業(yè)。
在海洋石油工程領(lǐng)域，ROV在水下導(dǎo)管架和海底管線施工及運(yùn)維作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，主要包括地貌調(diào)查、導(dǎo)管架定位、引導(dǎo)插樁、監(jiān)控打樁、輔助作業(yè)、導(dǎo)管架調(diào)查、海底管線屬下觀測(cè)、電位測(cè)量、管線懸跨測(cè)量、水下作業(yè)等工作。
圖1 ROV發(fā)展歷程
在電力領(lǐng)域，ROV在水電站大壩檢測(cè)、核電站水池作業(yè)以及海上風(fēng)電水下檢測(cè)領(lǐng)域均有一定程度的應(yīng)用。在歐洲、美國(guó)等海上風(fēng)電場(chǎng)，通常由專業(yè)的服務(wù)公司運(yùn)用ROV提供海底工程和相關(guān)的檢測(cè)服務(wù)工作。2022年，法國(guó)電力集團(tuán)(EDF)和海上機(jī)器人資產(chǎn)認(rèn)證中心(ORCA)聯(lián)合使用ROV首次實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)水下基礎(chǔ)的自主檢測(cè)。由于國(guó)外海上風(fēng)電場(chǎng)普遍水深較深，海洋水質(zhì)環(huán)境好，深水環(huán)境下水流較為穩(wěn)定，和海上石油平臺(tái)環(huán)境類似，通常借鑒和沿用海洋石油工程的ROV和檢測(cè)作業(yè)內(nèi)容，使用的ROV重量也普遍在500kg以上，主要的生產(chǎn)廠商包括SharkMarine、Fugro和Oceaneering等。
在國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電領(lǐng)域，近年來(lái)也逐漸開始嘗試使用ROV攜帶光學(xué)或聲吶設(shè)備對(duì)水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。但由于我國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目還基本處于近海，存在著水深較淺、海水較為渾濁、水下地形復(fù)雜、流速快、障礙物多等不利因素，使用小型ROV抗流能力差、檢測(cè)手段單一，作業(yè)受到海況嚴(yán)重制約，作業(yè)效率差。使用海油工程中的作業(yè)型ROV又存在體積重量大、設(shè)計(jì)環(huán)境和近海實(shí)際作業(yè)環(huán)境不匹配、對(duì)母船要求高、設(shè)備昂貴且維護(hù)不便等問(wèn)題。
二、海上風(fēng)電場(chǎng)水下檢測(cè)需求分析
我國(guó)海上風(fēng)電起步較晚，盡管近年來(lái)發(fā)展迅猛，但整體技術(shù)水平特別是水下領(lǐng)域和國(guó)外還有一定差距，我國(guó)海域特點(diǎn)又與國(guó)外具有較大差別，同時(shí)“搶裝潮”也在一定程度上影響了工程質(zhì)量，基建過(guò)程中水下隱蔽工程施工缺乏有效監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致在投運(yùn)后出現(xiàn)了較多問(wèn)題。
⒈樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)檢測(cè)需求
樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)常見(jiàn)問(wèn)題包括水下鋼結(jié)構(gòu)及附件損傷、變形以及海生物的附著，犧牲陽(yáng)極海生物附著、過(guò)量消耗和保護(hù)效果下降，以及基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)和長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)等。針對(duì)上述問(wèn)題，檢測(cè)作業(yè)需求主要包括：
⑴外觀檢查： 檢查鋼結(jié)構(gòu)、套籠外表面完整性，是否存在凹陷等明顯形變、腐蝕、防腐涂層損傷和構(gòu)件缺失;檢查外表面海生物附著情況，包括覆蓋率、厚度和類型。
⑵犧牲陽(yáng)極檢查： 犧牲陽(yáng)極結(jié)構(gòu)是否完整，是否有破碎、脫落以及固定支架是否完好，犧牲陽(yáng)極表面海生物附著情況，以及腐蝕范圍、白色覆蓋程度。犧牲陽(yáng)極尺寸，如耗蝕超過(guò)2/3，應(yīng)進(jìn)行更換。
⑶基礎(chǔ)沖刷檢測(cè)： 檢查水下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沖刷淤積情況、結(jié)構(gòu)附近的掉落或沉淀物情況;測(cè)量沖刷或堆積的范圍、深度和高度。
⑷海生物清理： 清理附著在水下結(jié)構(gòu)和犧牲陽(yáng)極表面的海生物。
⑸防腐檢測(cè)： 測(cè)量水下結(jié)構(gòu)和犧牲陽(yáng)極的電位，經(jīng)保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)點(diǎn)位必須低于−0.8V，評(píng)估防腐系統(tǒng)性能和保護(hù)效果;測(cè)量特定防腐涂層厚度。
⑹金屬無(wú)損探傷： 對(duì)水下結(jié)構(gòu)損傷部位、連接點(diǎn)、管節(jié)點(diǎn)和焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷，確定缺陷開始位置、結(jié)束位置以及缺陷長(zhǎng)度、深度。
⒉海底電纜檢測(cè)需求
海底電纜常見(jiàn)問(wèn)題包括海纜保護(hù)裝置(海纜中心夾具、彎曲限制器)損壞失效;海纜受到海生物、潮汐、洋流和海事活動(dòng)(錨害)的影響引發(fā)鎧裝層、絕緣層損壞以及過(guò)負(fù)荷引起的絕緣擊穿導(dǎo)致海纜短路故障，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行;海纜故障點(diǎn)的精確定位和查找困難等。針對(duì)上述問(wèn)題，檢測(cè)作業(yè)需求主要包括：
⑴裸露海纜檢測(cè)： 檢查裸露海纜外觀，是否存在懸掛、彎曲和破損等;測(cè)量裸露海纜的長(zhǎng)度、彎曲半徑等數(shù)據(jù)是否和設(shè)計(jì)一致。
⑵接入端海纜檢測(cè)： 檢查接入端海纜保護(hù)裝置完整性，有無(wú)破和缺失;測(cè)量海纜和喇叭口夾角、入泥夾角和裸露長(zhǎng)度等是否和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一致。
⑶掩埋海纜路由和埋深檢測(cè)： 測(cè)量掩埋海纜的絕對(duì)經(jīng)緯度位置和深度，確定海纜的路由信息。
⑷海纜故障點(diǎn)定位： 在海纜發(fā)生故障后，精確定位故障點(diǎn)經(jīng)緯度位置和故障點(diǎn)損壞情況，為故障處理和修復(fù)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
三、ROV檢測(cè)技術(shù)
ROV具備高效、大深度、長(zhǎng)時(shí)間水下作業(yè)和自動(dòng)化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，特別是能夠搭載多種類型檢測(cè)系統(tǒng)完成水下檢測(cè)作業(yè)和故障點(diǎn)的定位，可使用的水下檢測(cè)技術(shù)和搭載的檢測(cè)設(shè)備主要可以分為以下幾類。
⒈光學(xué)檢測(cè)
光學(xué)檢測(cè)主要是指通過(guò)水下攝像機(jī)獲取高質(zhì)量的水下目標(biāo)圖像，適用于水質(zhì)條件較好的海域。光學(xué)攝像機(jī)的分辨率一般要求大于1080p，光照靈敏度大于0.001lux，視角可達(dá)到110°。水下攝像機(jī)一般安裝在ROV上的獨(dú)立外置云臺(tái)和框架上，云臺(tái)的俯仰控制一般可以達(dá)到±90°，有效擴(kuò)展了觀察范圍。如果水深較深，能見(jiàn)度較低，則可以通過(guò)在云臺(tái)和框架上可以補(bǔ)充安裝多個(gè)照明燈提高可見(jiàn)度，單個(gè)照明燈光通量可達(dá)到8000lm。水下攝像機(jī)往往還設(shè)有激光標(biāo)尺，可以在一定程度上對(duì)目標(biāo)物長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，激光點(diǎn)間距應(yīng)超過(guò)0.5m。
受到ROV自身運(yùn)動(dòng)保持能力和外部海流等因素的干擾，高分辨率水下攝像機(jī)必須靠近目標(biāo)物才能獲取較高質(zhì)量的圖像，因此ROV的抗流能力和運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定性至關(guān)重要。在水質(zhì)較為渾濁的海域，通過(guò)偏振光成像技術(shù)和軟件的后處理可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像增強(qiáng)。見(jiàn)圖2。
圖2 裸露海纜可見(jiàn)光圖像
⒉聲學(xué)檢測(cè)
聲學(xué)是水下檢測(cè)的常用檢測(cè)技術(shù)之一，可供ROV搭載的主要設(shè)備包括多波束圖像聲吶和機(jī)械掃描聲吶。
⑴多波束圖像聲吶
該類型聲吶的成像原理是通過(guò)發(fā)射換能器發(fā)射聲波，在一定空間內(nèi)形成多個(gè)垂直航向分布的窄波束，記錄回波獲取多個(gè)波道信息，實(shí)時(shí)生成二維/三維圖像數(shù)據(jù)。如TeledyneBlueViewM900圖像聲吶，其最大量程可達(dá)到100m，最優(yōu)量程可在2m～60m，量程分辨率0.025m，圖像更新率達(dá)到25Hz，視野區(qū)域達(dá)130°。3D圖像聲吶CodaEchoscope的量程范圍為1m～120m，量程分辨率0.03m，圖像更新率達(dá)到12Hz，視野角度50°×50°，可以從每次聲波傳輸中生成一個(gè)由逾16000個(gè)探測(cè)點(diǎn)組成的完整三維模型。
多波束圖像聲吶一般和水下攝像機(jī)共同搭載在ROV前方的云臺(tái)上，相對(duì)于可見(jiàn)光成像，圖像聲吶成像距離遠(yuǎn)，受水質(zhì)和水下光線影響小等特點(diǎn)。如圖3所示，ROV搭載圖像聲吶主要用于導(dǎo)航和目標(biāo)識(shí)別、檢測(cè)，同時(shí)具有面積測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量等功能。
圖3 多波束圖像聲吶成像圖
此外，還有針對(duì)渾濁水域的渾水聲吶ARISExplorer系列，可采用1.8MHz高頻聲波發(fā)射和接收，有效量程可達(dá)15m，成像數(shù)據(jù)更新率可達(dá)15Hz。如圖4所示，ROV搭載ARIS渾水聲吶具有更加清晰的成像效果，但視野區(qū)域?qū)?yán)重受到限制，僅有28°。
圖4 渾水聲吶成像
⑵機(jī)械掃描聲吶
機(jī)械掃描聲吶一般包括單波束機(jī)械掃描聲吶和3D機(jī)械掃描聲吶單波束機(jī)械掃描聲吶的成像原理是利用發(fā)射基陣向水中發(fā)射聲脈沖，通過(guò)目標(biāo)產(chǎn)生的脈沖回波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行測(cè)距、定位以及識(shí)別。然后聲吶探頭以一定的角度步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，再次重復(fù)發(fā)射和接收過(guò)程，旋轉(zhuǎn)360度后形成一幅完整的二維海底圖像。相對(duì)于多波束圖像聲吶，機(jī)械掃描聲吶能夠獲得范圍更大的、更精確的海底圖像，其測(cè)量量程可達(dá)到0.5m～300m，距離分辨率可達(dá)到0.03m。如圖5所示，通過(guò)ROV搭載MS1000單波束機(jī)械式掃描聲吶在合適海底位置坐底并進(jìn)行掃描，能夠獲得樁基礎(chǔ)周圍的二維精確圖像數(shù)據(jù)，并可計(jì)算水下結(jié)構(gòu)距離、海底沖坑的面積，裸露海纜的長(zhǎng)度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
圖5 單波束機(jī)械掃描聲吶測(cè)量
3D機(jī)械掃描聲吶，其測(cè)量原理是聲吶頭發(fā)射1個(gè)頻率為脈沖信號(hào)形成1個(gè)的扇形掃描區(qū)域，系統(tǒng)接收到目標(biāo)物反射的信號(hào)后，結(jié)合波束形成、波束指向、振幅及相位檢測(cè)等技術(shù)生成1個(gè)2D圖像(幀)，再通云臺(tái)在水平方向上360°旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目標(biāo)物不同部位的位置信息，最終生成3D結(jié)構(gòu)圖像。
除了單角度掃描，還可使聲吶依次向上或向下傾斜一定的角度之后再進(jìn)行水平方向的旋轉(zhuǎn)掃描。掃描的區(qū)域是一個(gè)球形，球形掃描比單角度掃描范圍更廣，且有部分掃描區(qū)域重疊。點(diǎn)云的密度更大，精度更高，但由于是多個(gè)傾斜角度依次掃描，掃描時(shí)間是單角度掃描的若干倍。3D機(jī)械掃描聲吶Teledyne Blue View BV5000的測(cè)量范圍可以達(dá)到1m～30m，最小的距離分辨率可以達(dá)到0.015m。如圖6所示，使用ROV搭載BV5000在合適海底位置進(jìn)行坐底后進(jìn)行掃測(cè)，能夠獲得樁基礎(chǔ)周圍的三維精確點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)云處理軟件可計(jì)算水下結(jié)構(gòu)距離、海底沖坑的面積，高度/深度、裸露海纜的長(zhǎng)度和夾角等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
圖6 三維機(jī)械掃描聲吶測(cè)量
⒊電學(xué)檢測(cè)
電學(xué)檢測(cè)主要使用電位計(jì)測(cè)量水下結(jié)構(gòu)和犧牲陽(yáng)極的電位，以確認(rèn)陰極保護(hù)的有效性。如可供ROV搭載的PolatrakCP探針量程為0至−1999mV，精度達(dá)到±5mV。
如圖7所示，在測(cè)量電位前，應(yīng)使用高壓水槍或者空化射流噴頭清理表面附著的海生物，再操作ROV使探針和金屬結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行持續(xù)的緊密接觸測(cè)量。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，被選擇的陽(yáng)極平均分布在導(dǎo)管架的不同側(cè)面和不同水平層上，對(duì)外觀檢查到陽(yáng)極耗蝕嚴(yán)重位置、或陽(yáng)極不起作用位置應(yīng)重點(diǎn)檢查。
圖7 CP探針檢測(cè)電位
⒋磁學(xué)檢測(cè)
磁學(xué)檢測(cè)是目前應(yīng)用廣泛、切實(shí)有效的水下檢測(cè)技術(shù)之一。針對(duì)水下結(jié)構(gòu)金屬無(wú)損檢測(cè)和針對(duì)海底掩埋海底電纜的檢測(cè)技術(shù)又有所區(qū)別，包括以下4類。
⑴金屬結(jié)構(gòu)ACFM技術(shù)
交流電磁場(chǎng)測(cè)量法(ACFM)的基本原理是交流電流在待測(cè)導(dǎo)電試件表面及附近產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而在試件表面產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)試件表面磁感磁場(chǎng)特征的測(cè)量，反演判斷試件表面的裂紋信息。ACFM檢測(cè)具有無(wú)需接觸、可穿透涂層進(jìn)行測(cè)量、可準(zhǔn)確測(cè)量裂紋長(zhǎng)度和深度、待測(cè)表面清潔度要求低、對(duì)材料性質(zhì)變化不敏感、對(duì)探頭的升降不敏感，檢測(cè)效率高、測(cè)量要求相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用在水下金屬結(jié)構(gòu)的無(wú)損探傷。
針對(duì)水下結(jié)構(gòu)不同的檢測(cè)部位，需要ROV通過(guò)配置的機(jī)械臂、探測(cè)小車等特殊結(jié)構(gòu)搭載不同類型的檢測(cè)探頭。如圖8所示，英國(guó)TSCAmigo2檢測(cè)系統(tǒng)就具有標(biāo)準(zhǔn)焊縫探頭、鉛筆式探頭、提方式陣列探頭和掃查式陣列探頭等多種專用探頭和搭載裝置。
圖8 ROV機(jī)械臂搭載提放式陣列探頭
ACFM系統(tǒng)通過(guò)探頭測(cè)量焊縫等關(guān)鍵位置的Bx信號(hào)、Bz信號(hào)和蝶形圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)缺陷的在線判定。如圖9所示，當(dāng)存在缺陷時(shí)，Bx信號(hào)有波谷出現(xiàn)，Bz信號(hào)有波峰和波谷出現(xiàn)，蝶形圖出現(xiàn)缺陷環(huán)。
圖9 ACFM檢測(cè)數(shù)據(jù)分析
⑵海纜絕對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)
使用ROV搭載共振磁力儀、磁通門磁力儀以及磁梯度儀等傳感器，測(cè)量海纜鎧裝層對(duì)地磁場(chǎng)的影響(磁異常)，已知的磁場(chǎng)分布規(guī)律對(duì)比后可對(duì)海纜進(jìn)行定位。但磁力儀易受到強(qiáng)磁噪聲、載體推進(jìn)器以及其他傳感器噪聲的干擾，同時(shí)在進(jìn)行海纜的埋深反演時(shí)還需要考慮各種測(cè)量誤差。
⑶海纜有源檢測(cè)技術(shù)
有源檢測(cè)技術(shù)主要通過(guò)ROV搭載的探測(cè)系統(tǒng)識(shí)別海纜正常運(yùn)行期間的工頻交流信號(hào)，以及在海纜故障期間注入的外加特定頻率的交流信號(hào)，并進(jìn)行分析處理，獲得海纜和ROV的位置關(guān)系，結(jié)合ROV自身搭載的慣性導(dǎo)航、DVL多普勒計(jì)程儀和USBL超短基線的高精度融合定位數(shù)據(jù)，計(jì)算海纜精確位置和埋深數(shù)據(jù)。英國(guó)TSS350系統(tǒng)可探測(cè)周圍10m范圍左右的電纜信號(hào)，系統(tǒng)精度可達(dá)到0.1m，但如圖10所示，由于各種噪聲源的干擾以及電磁信號(hào)的衰減，ROV需要始終保持穩(wěn)定運(yùn)行在目標(biāo)海纜左右有效測(cè)量距離內(nèi)。
圖10 海底電纜路由和埋深檢測(cè)
⑷脈沖感應(yīng)技術(shù)
由于海底電纜包含加強(qiáng)鋼絲和鎧裝層等金屬材料，通過(guò)探測(cè)金屬材料對(duì)外源電磁場(chǎng)的影響而實(shí)現(xiàn)對(duì)海纜的檢測(cè)，無(wú)需向海纜注入額外信號(hào)。使用ROV搭載英國(guó)TSS440系統(tǒng)，系統(tǒng)包括3個(gè)線圈及高度計(jì)，在不接地回線中輸入交變電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，海底電纜感應(yīng)此磁場(chǎng)產(chǎn)生2次磁場(chǎng)，最終由接受線圈接受2次磁場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓，從而確定海纜和ROV的距離，配合高度計(jì)可探測(cè)埋深，但檢測(cè)效果受檢測(cè)目標(biāo)的響應(yīng)能力(即目標(biāo)物體積)和周圍的磁性物質(zhì)影響較大。
四、結(jié)論
近年來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電的快速發(fā)展，水下檢測(cè)的需求不斷增長(zhǎng)，而隨著海上風(fēng)電向深遠(yuǎn)海發(fā)展，單純依靠船載測(cè)量系統(tǒng)和潛水員作業(yè)已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)的需求。ROV作為水下檢測(cè)和作業(yè)系統(tǒng)的搭載平臺(tái)，勢(shì)必會(huì)在未來(lái)發(fā)揮更大的作用。本文對(duì)存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了整理和分析。
⑴提高檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確度，采用多種類型檢測(cè)相結(jié)合，精準(zhǔn)評(píng)估水下資產(chǎn)的健康狀態(tài)，保障海上風(fēng)電的安全穩(wěn)定運(yùn)行水下環(huán)境復(fù)雜多變，同時(shí)面對(duì)各種嚴(yán)重的干擾?？諝庵杏行У臋z測(cè)技術(shù)在水中或者無(wú)法應(yīng)用，或者效果不佳。目前水下檢測(cè)可采用水下光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等不同的檢測(cè)手段具有不同的優(yōu)勢(shì)和局限性，一方面應(yīng)當(dāng)在檢測(cè)技術(shù)上進(jìn)行研究和探索，不斷提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，另一方面要將各個(gè)孤立的檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)相融合，構(gòu)建水下資產(chǎn)健康的評(píng)估模型，精確掌握設(shè)備狀態(tài)，才能對(duì)海上風(fēng)電的基建和生產(chǎn)運(yùn)維起到幫助作用，促進(jìn)海上風(fēng)電的持續(xù)健康發(fā)展。
⑵針對(duì)我國(guó)海上風(fēng)電的實(shí)際情況，開發(fā)適用于海上風(fēng)電水下檢測(cè)作業(yè)的專用ROV我國(guó)的海上風(fēng)電的情況和國(guó)外海上風(fēng)電、海洋石油行業(yè)均有所不同，目前我國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，降低后續(xù)運(yùn)維成本是降低海上風(fēng)電成本的關(guān)鍵。因此，設(shè)備購(gòu)置、使用和維護(hù)成本對(duì)ROV在海上風(fēng)電的應(yīng)用至關(guān)重要，海洋石油行業(yè)上廣泛使用的進(jìn)口大型作業(yè)級(jí)ROV在海上風(fēng)電行業(yè)并不適用。此外，面對(duì)近海海況復(fù)雜、潮流影響大、作業(yè)窗口期短、檢測(cè)作業(yè)項(xiàng)目多、專業(yè)運(yùn)維船舶不足等問(wèn)題，采用通用的ROV已經(jīng)無(wú)法很好的滿足需求，應(yīng)針對(duì)性的開發(fā)適用近海高抗流、模塊化設(shè)計(jì)、可供多種檢測(cè)設(shè)備搭載的海上風(fēng)電專業(yè)ROV。
⑶加快水下關(guān)鍵傳感器、檢測(cè)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)度，避免“卡脖子”目前用于海上風(fēng)電檢測(cè)的ROV基本上已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但ROV搭載的關(guān)鍵傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)基本由國(guó)外產(chǎn)品壟斷。盡管有部分關(guān)鍵設(shè)備正在開展國(guó)產(chǎn)化工作，但實(shí)際效果和國(guó)外產(chǎn)品還有較大差距。雖然我國(guó)近年來(lái)在深海和軍事領(lǐng)域的聲吶等水下傳感器取得了一定進(jìn)步，但海上風(fēng)電位于近海，檢測(cè)目標(biāo)距離近、測(cè)量精度要求高，兩者的技術(shù)路線也存在較大差異。面對(duì)復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)，各種關(guān)鍵設(shè)備不斷面對(duì)禁運(yùn)的威脅，所以不論是應(yīng)用單位、生產(chǎn)廠商還是高?？蒲袉挝唬瑧?yīng)積極聯(lián)合，共同加快海洋高端裝備的國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。
⑷運(yùn)用人工智能技術(shù)，提高ROV的智能化水平目前ROV基本具備了一定的自動(dòng)化水平，但在進(jìn)行水下檢測(cè)作業(yè)時(shí)基本由操作人員在甲板上控制臺(tái)遙控作業(yè)，操作人員容易受到天氣、海浪等環(huán)境因素的影響，從而影響水下檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)通訊條件較好的情況，應(yīng)利用海上風(fēng)電場(chǎng)通訊條件較好，開發(fā)ROV遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)同步回傳和專家遠(yuǎn)程診斷指導(dǎo)。隨著人工智能和深度學(xué)習(xí)算法的不斷發(fā)展，進(jìn)一步開展基于深度學(xué)習(xí)的水下目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別和路徑規(guī)劃算法的研究和應(yīng)用工作，從而實(shí)現(xiàn)自主化檢測(cè)作業(yè)，降低對(duì)操作人員技術(shù)水平和身體狀態(tài)的依賴程度。
