深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望

周吉祥; 刘慧敏; 陆凯; 单瑞; 杨源

doi:10.16028/j.1009-2722.2023.005

深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望

1.
中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛 266237

基金项目: 国家自然科学基金面上项目（42174021）；山东省自然科学基金青年基金（ZR2023QD081）；青岛市自然科学基金（23-2-1-65-zyyd-jch，23-2-1-217-zyyd-jch）；中国地质调查局项目（DD20230643）

详细信息

作者简介: 周吉祥（1992—），男，工程师，主要从事基于 ROV 的声光集成探测技术方面的研究工作. E-mail：zhou_jixiang@126.com

通讯作者: 刘慧敏（1991—），男，博士，助理研究员，主要从事深海探测技术及海底地形地貌方面的研究工作. E-mail：liuhuimin@mail.cgs.gov.cn

中图分类号: P715；P736

收稿日期: 2023-01-06

刊出日期: 2024-02-28

Application and prospect of deep-sea ARV in mineral resource investigation

1.
Qingdao Institute of Marine Geology, China Geological Survey, Qingdao 266237, China

More Information

Corresponding author: LIU Huimin, liuhuimin@mail.cgs.gov.cn

Received Date: 06 January 2023

Publish Date: 28 February 2024

摘要

摘要:
深海自主/遥控式水下机器人（ARV）作为新兴的复合型水下机器人，融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势，开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式，独立采集周边区域近海底地形地貌、地质结构以及环境参数等数据，也能下潜至目标区域后切换为ROV遥控模式进行局部观察和采样操作，其探测作业一体化技术代表了具备复杂使命执行力的第三代深海水下机器人的发展方向。通过分析国内外深海混合型水下机器人的发展现状，结合ARV在中国深海矿产资源调查中的主要应用案例和取得的成果，以6000米级 “问海一号”ARV系统的研发为例，给出其关键技术集成以及面对的技术挑战，并对未来深海ARV的应用场景、功能集成和发展方向提出了一些设想和建议。
- 自主/遥控式水下机器人(ARV) /
- AUV自主航行 /
- ROV遥控 /
- 深海矿产资源调查 /
- “问海一号”ARV系统
Abstract:
Deep-sea autonomous/remote-operated underwater vehicle (ARV) as an emerging hybrid underwater device, it combines the advantages of the flexibility of autonomous underwater vehicle (AUV) and the human-computer interaction of remotely operated vehicle (ROV), promoting a new model of hybrid autonomous and remote-controlled operations. The deep-sea ARV can be switched to AUV autonomous navigation mode to independently collect data of near-seabed topography, geological structure, and environmental parameters of the surrounding area. It can also be switched to ROV mode for local observation and sampling, depending on the target area of interest, showing future development direction of third-generation deep-sea underwater vehicles with complex mission execution capabilities. The development status of hybrid deep-sea ARV at home and abroad is reviewed. Aiming at deep-sea mineral resources investigation in China, the research and development of the 6 000-m Wenhai 1 ARV system is introduced, along with its key technology and technical challenges, and its main application cases and achievements. At last, some ideas and suggestions on future application scenarios, functional integration, and development directions for deep-sea ARV are presented.
- autonomous/remote operated underwater vehicle /
- AUV autonomous navigation /
- ROV remote control /
- deep sea mineral resources survey /
- "Wenhai 1" ARV system

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图 1 美国WHOI “海神”号ARV （a）、日本JAMSTEC“MR-X1”号ARV（b）、法国“阿丽亚娜”号HROV （c）以及瑞典SAAB研制的“Seaeye Sabertooth”HROV（d）

Figure 1.

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图 2 沈阳自动化研究所的“北极”号ARV（a）、上海彩虹鱼公司的“彩虹鱼”ARV（b）、沈阳自动化研究所的“海斗”号（c）以及“海斗一号”ARV（d）

Figure 2.

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图 3 “问海1号”6000米级ARV系统

Figure 3.

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图 4 ARV执行AUV作业模式（a）和ROV作业模式（b）

Figure 4.

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图 5 ARV系统组成示意图

Figure 5.

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图 6 水面综合显控系统（a）、甲板释放回收系统（b）以及维护保障系统（c）

Figure 6.

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图 7 ARV水下本体系统组成

Figure 7.

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图 8 深海ARV遥控作业流程

Figure 8.

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图 9 ARV分别采集表层沉积物柱状样（a）、海洋生物样品（b）以及实时高清视频数据传输（c）

Figure 9.

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图 10 Edgetech公司2205声学换能器分布示意图

Figure 10.

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图 11 ARV搭载的小型化重力仪（a）和磁力仪（b）

Figure 11.

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图 12 “问海1号”ARV实测测深、侧扫和浅剖声呐图像

Figure 12.

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