侧扫声纳在护底工程软体排检测中的应用

介绍了Edge Tech 4100-P型侧扫声纳系统的技术指标和工作原理。根据水下潜堤护底工程软体排的铺排特点,侧扫声纳系统可以高效地探测出海底面以上相邻的软体排结构物的拼接和叠加情况,同时还可以根据侧扫声纳图像判断软体排有无破损及破损后填充物流失情况,评估水下潜堤护底工程的安全系数。通过实例说明了侧扫声纳在软体排检测的外业工作流程,以及内业图像识别与分析,探讨侧扫声纳系统在水下水工结构物探测的应用前景。     

水下激光线扫描探测系统的设计及试验

针对水下目标图像探测一直是困扰海洋界的1个难题，进行了水下探测的线扫描系统的设计和相关试验。从实验结果来看，线扫描系统可以很好地描述水下物体的三维外形细节，对于水下目标探测、识别十分有效。     

增强现实技术在水下定位测量中的应用

增强现实（AR）技术是应用领域非常广泛的新技术，涉及社会生活的多个领域，如医学、军事、交通、教育、娱乐、工业机械、景观规划、文物保护等，目前也已应用到水下工程中。本研究中AR技术首次成功应用到国内海洋工程水下定位测量作业中，以遥控水下机器人（ROV）为载体，搭载3D水下摄像机并配备相关水下传感器，通过专用AR软件将结构物三维模型、虚拟标识物、虚拟测量工具叠加到从水下传到水面的视频画面中，实现了水面操作人员与水下真实环境的实时交互，从而实时监测水下结构物的位置和姿态。将AR技术应用于水下定位测量，突破了传统的作业模式，具有高精度、高效率、低成本、无接触式和实时测量的优势特点，ROV不用紧贴结构物，软件操作便捷、测量数据精度可靠且实时显示，有效降低ROV的作业风险，提高作业时效。     

水下电磁探测技术的发展现状

首先阐述了水下电磁探测技术的现实意义，之后介绍了国外水下电磁探测、预警系统的研究现状，以及电场传感器、磁场传感器的性能指标。通过对国内水下电磁探测技术的发展历程以及与国外的差距进行分析，指出未来水下电磁探测系统集成化、智能化、系统化、无人化、多元化和网络化的发展趋势。     

一种基于锚系垂直阵列的水下移动目标警戒方法

提出了一种基于锚系垂直阵列的对水下移动目标警戒的方法，论述了基于锚系垂直阵列时频瞬态特性探测和空间相关性探测的原理。利用海洋环境与目标噪声在时-频域与空间上的差异，对水下移动目标探测警戒，探测概率高且计算相对简便。垂直阵列悬挂于锚系潜标的系留缆或直接作为潜标的系留缆，布放机动灵活、适应水深范围广，可用于对水下移动目标的长周期、定点、大范围实时监测。     

特定环境下水下地形和碍航物的复合探测

对水下地形、碍航物的搜寻方式已由过去的单一设备探测向多种设备复合探测转变。介绍了多种复合探测的基本方法和特点。通过沉船、飞机残骸和航道扫测实例,证明复合探测可大幅度增强水下地形测量结论和水下失落物搜寻判别的真实性、可靠性,同时缩短了搜寻时问,提高了工作效率。     

多波束探测技术的应用

介绍多波束探测技术在港口、航道测量和水下物体搜寻等方面的具体应用实例，进一步说明多波束探测技术的高精度、高效率、高密度和全覆盖的特点，展望多波束在三峡工程中的应用前景，为三峡工程水下探测提供新的技术手段。     

多波束系统搜救水下目标的探测深度计算

针对多波束测深系统种类、探测模式等因素影响水下目标搜索效能的问题,提出了一种面向水下目标搜索的多波束系统探测深度计算方法。分别对多波束系统等角与等距模式进行探讨,考虑波束间重叠角的影响,由多波束横向分辨率计算公式推导了 2 种模式的探测深度公式,并将不同波束角度的探测深度进行计算。经过结果比对,总结出等角模式搜索水下目标的探测能力要优于等距模式。最后结合算例,得出多波束探测能力与目标尺寸、海水深度、波束开角有关。     

机载激光雷达浅水小目标探测技术综述

阐述了机载激光雷达水下探测的原理与发展,包括激光雷达水下探测原理和激光雷达水下探测发展历程。对主要机载激光雷达水下探测系统进行了详细的分析,包括主流机载激光雷达测深系统及其发展趋势。在浅水小目标探测关键技术方面,对高功率密度激光器技术、高性能水下光学系统、大视场快速成像技术、小目标自主识别与精确定位技术和轻小型化技术等进行了剖析和总结。为进一步推进激光雷达水下高精度目标探测技术的发展提供参考和依据。     

水下仿生流场探测技术研究进展

随着对海洋的探索与开发,水下探测技术的发展起到了重要作用。水生动物的敏感器官,如鱼类的侧线和海豹的胡须等,可感知物体运动产生的水动力尾迹。受此启发,仿生流场探测技术克服了光学与声学探测在水下复杂环境中近场感知的局限性,已成为目前的研究热点。首先,对典型水下探测技术的研究现状进行了总结。然后,解释了水下仿生流场探测的原理,总结了基于不同原理设计的仿生流场传感器的研究进展,分析了水动力流场探测方法的研究进展。最后,给出了水下仿生流场探测工作中亟需解决的关键问题,并对未来的研究方向做了进一步展望。     

Mechanics and control of swimming: a review

The bodies and brains of fish have evolved to achieve control objectives beyond the capabilities of current underwater vehicles. One route toward designing underwater vehicles with similar capabilities is to better understand fish physiological design and control strategies. This paper has two objectives: 1) to review clues to artificial swimmer design taken from fish physiology and 2) to formalize and review the control problems that must be solved by a robot fish. The goal is to exploit fish locomotion principles to address the truly difficult control challenges of station keeping under large perturbations, rapid maneuvering, power-efficient endurance swimming, and trajectory planning and tracking. The design and control of biomimetic swimming machines meeting these challenges will require state-of-the-art engineering and biology.     

水下机器人标准体系框架构建探索

水下机器人作为一类特种机器人,日益成为探索海洋奥秘、开发海洋资源的重要工具,被称为海洋高技术的皇冠,正逐步成为国家间海洋技术竞争的制高点。水下机器人标准体系最直接的作用是指导、规范水下机器人标准制定工作,使人们清楚水下机器人标准化工作方向和重点,有助于推动水下机器人研发和产业化进程,促进快速、健康发展。文章在介绍国内外水下机器人标准制订的基础上,探讨水下机器人标准体系框架构建思路,提出标准体系建设路径,明确水下机器人标准化工作范围和领域,并构建了水下机器人标准体系序列结构、三维结构、层次结构3种框架模型,为构建我国水下机器人标准体系提供了有价值的参考。     

水下工程项目监理的任务与条件

结合近年来参与有关水下工程检测和项目监理的实践体验 ,从总结水下工程项目的基本特征着手 ,分析了水下工程项目监理的主要任务 ,并结合对于实施水下工程项目监理必备装备条件的探讨 ,介绍了国内外现有水下监测技术装备的开发应用状况     

面向典型海洋现象观测的水下滑翔机应用综述

水下滑翔机是一种浮力驱动的无人水下自治观探测平台, 具有持续性、鲁棒性、自主性等特点, 是构建海洋观测技术体系重要的水下航行器之一。文章从水下滑翔机发展历程、运行方式和专用传感器展开, 基于国内外海洋学文献综述研究, 重点对水下滑翔机在典型海洋现象观测应用方面进行总结。水下滑翔机的运行稳定性、长时续, 观测高分辨率、低成本的特点, 满足了对海洋中尺度涡、内波、湍流、环流/边界流和锋面的长时间、精细化立体观测要求; 鲁棒性、自主性的特点使其能够适应台风过境、地震、原油泄漏前后等紧急恶劣海洋状况的监测; 运行平稳、低噪声的特点使其成为声学监测与探测的良好平台。对比分析国内外的水下滑翔机(组网)应用状况可以发现, 国内水下滑翔机在传感器、数据处理和组网技术方面都需要进一步完善。最后总结并展望了国内外水下滑翔机面向海洋现象观测的应用。     

Image registration for the underwater inspection using the maximum a posteriori technique

Describes an image registration method for underwater inspection tasks. A remotely operated vehicle equipped with a video camera and a scanning sonar is used as the testbed vehicle. Each image of the underwater scene is saved along with the video camera's position and orientation. The images are then combined to create a large composite picture of the underwater structure being inspected. This method is based upon a maximum a posteriori estimation technique and provides smooth and robust estimates of image shifts. Our results demonstrate the feasibility of this highly promising underwater inspection procedure.     

水下仿生扑翼机器人的发展现状综述

参照蝠鲼等鱼类游动方式所研制的水下仿生扑翼机器人具有效率高、机动性强、负载能力大等多方面优势。由于其广阔的应用前景,水下仿生扑翼机器人已逐步成为水下航行器领域的研究热点。本文系统地将蝠鲼的生物学特性、机器人的结构设计、动力学模型、单体运动控制、集群运动控制以及实验研究等方面的国内外研究进展进行了总结和梳理。已有的研究表明：水下仿生扑翼机器人正在朝着软体化、集群化、 高机动等方向发展,新兴的水下仿生扑翼机器人及仿生集群能够更加精确的模拟真实生物的游动姿态,并开展相关任务。当下的研究为水下仿生扑翼机器人性能的进一步优化与提升奠定了坚实的理论与实践基础。     

水声通信及组网的现状和展望

水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段。水声通信技术在海洋环境监测、水下航行器/载人潜水器作业等方面有着广泛应用。同时,水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣,对通信算法和设备可靠性有较高要求,水声通信及组网成为目前的研究热点。文中面向海洋环境监测领域,从水声通信物理层技术、网络技术及组网应用等方面进行介绍,并对未来技术趋势进行展望。     

Redundancy resolution for underwater mobile manipulators

A new fault-tolerant redundancy resolution scheme is presented that allows a single six degree of freedom (DOF) command to be distributed over a small remotely operated underwater vehicle–manipulator (ROVM) system. ROVM systems are composed of a remotely operated underwater vehicle (ROV) and serial manipulator. The combined system is often kinematically redundant for the six-DOF end-effector command, and such a ROVM system admits an infinite number of joint-space solutions for a commanded end-effector state. In the current work, the primary objective is to follow the desired end-effector velocities commanded by a human pilot. The primary objective is realized using the right Moore–Penrose pseudoinverse solution that minimizes the two-norm of the collective joint velocities. Secondary objectives considered are: avoiding manipulator joint limits, avoiding singularities and high joint velocities, keeping the end-effector in sight of the on-board camera, minimizing the ROV motion, and minimizing the drag-forces on the ROV. Each criterion is defined within the framework of the gradient projection method (GPM). The hierarchy for the secondary tasks is established by a low-level artificial pilot that determines a weighting factor for each criterion based on if–then-type fuzzy rules that reflect an expert human pilot's knowledge. The resulting weight schedule yields a self-motion (null-space motion) that emulates how a skilled operator would utilize the redundancy of the ROVM to achieve the secondary objectives. In addition, the proposed method has a fault-tolerant property that enforces joint-velocity limits and also redistributes the end-effector velocity command in the case of faulty joints. To demonstrate the efficacy of the proposed scheme, a numerical simulation case study is performed. The results illustrate that complex spatial end-effector manoeuvres that are otherwise not possible with a stationary ROV can be accomplished in real-time via the coordination of the ROV and the manipulator. The on-line nature of the proposed scheme makes it suitable for remote systems where the desired end-effector state is not known a priori.     

海洋声速起伏对声传播及定位精度影响分析

海洋中声速起伏导致水声信道发生变化,进而引起声线到达结构的变化,对水声传播及定位精度产生一定影响。为讨论这一效应,基于TDOA体制建立了考虑声线弯曲的水下目标无源定位模型,分析了声速起伏对水下声传播路径及传播时间的影响,进而研究了声速起伏对水下无源定位测量精度影响程度。结果表明:当水平传播距离较大时,声速剖面起伏对声传播路径及传播时间的影响更为显著;以典型四元阵为例,若基线长度为20 km,接收阵位于水下5 km处,在不考虑其它随机误差影响下,海洋声速起伏造成的声源定位误差量级在0.5 m以内。分析结果有助于更好地利用环境特征优化无源定位测量方案,可为高精度水下无源定位系统设计及精度评估提供依据。     

基于水声环境空间中多模态深度融合模型的目标识别方法研究

随着对水下目标特性研究的深入和声学探测技术的发展,基于单模态的阵列式信息融合或基于空间信息的分布式信息融合的水下目标识别方法研究已有一定成果,但针对复杂海况导致单一物理场或单一融合层次的系统识别性能提高有限等方面影响的水下目标识别方法研究还有所不足,因此,开展基于多模态深度融合模型的水下目标识别方法研究可利用模态互补,共享信息而提升识别率。文中在国内外研究基础上,深入研究了基于到达时差法和多模态方法组合的检测方法,初步形成了基于水声环境空间中多模态深度融合模型的识别框架,开展了海洋中典型自然与人为事件的信号分析与特征提取,并在此基础上,设计新型基于海底基站的被动识别系统。该系统同步记录和由位置等组成的时间序列标记声、磁和压数据,可实现高精度、高分辨率的识别。本研究可满足未来海洋观测对高性能水下目标探测、定位和跟踪系统的迫切需要,为海洋安全监管、海洋突发事件应急响应等领域提供新的技术手段和科学参考。