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【摘要】 根据ROV结构组成和功能特性结合淡水环境与海上环境实际操作所得到的数据，分析ROV的优缺点。简要介绍海流及水体环境对ROV作业的影响。重点讨论水下成像方式的选取及水下目标探测与识别技术的发展方向。对未来ROV在海上测量中所能发挥的作用作出展望。
【关键词】ROV 成像方式海流水体环境
中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号
一、前言
海洋资源的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、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應用。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。
二、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、推进器和电子仓等。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统：
（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型机械臂。核心部分是电子仓，所有的外部指令及自身的工作都要经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 380V—410V）、工作电流（AC 0A－8A）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统）是这套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、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迅速衰减,使得光学图像对比度产生严重的灰白效应,色彩失真,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以达到12个衰减长度。国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,国内也积极开展这方面的研究,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度。根据水声专家的预测,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。
四、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。
2、在ROV上安装多波束测深系统，并且将后处理的海底三维立体图导入ROV导航软件中做为ROV操舵手的背景底图，能够时时得到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航系统对水下机器人实现精确定位。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突破技术上的堡垒。
五、结语
我国有着绵延18000余公里的海岸线，是海洋资源丰富的大国。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，企业承担实践平台，发挥社会主义制度的优越性。某些先进的机器人先进在其中核心的一到两项技术，，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]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
【关键词】ROV 成像方式海流水体环境
中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号
一、前言
海洋资源的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、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應用。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。
二、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、推进器和电子仓等。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统：
（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型机械臂。核心部分是电子仓，所有的外部指令及自身的工作都要经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 380V—410V）、工作电流（AC 0A－8A）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统）是这套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、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迅速衰减,使得光学图像对比度产生严重的灰白效应,色彩失真,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以达到12个衰减长度。国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,国内也积极开展这方面的研究,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度。根据水声专家的预测,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。
四、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。
2、在ROV上安装多波束测深系统，并且将后处理的海底三维立体图导入ROV导航软件中做为ROV操舵手的背景底图，能够时时得到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航系统对水下机器人实现精确定位。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突破技术上的堡垒。
五、结语
我国有着绵延18000余公里的海岸线，是海洋资源丰富的大国。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，企业承担实践平台，发挥社会主义制度的优越性。某些先进的机器人先进在其中核心的一到两项技术，，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]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