AUV海洋智能无人系统技术：实现自动化数据收集与环境监测

AUV是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的任务控制器，它彻底改变了海洋数据收集的过程，成功地发展了在恶劣环境中自主作业的互补技术。在过去的几十年里，AUV经历了显著的发展。在20世纪80年代末和90年代初，第一个AUV原型的开发花费了巨大的努力并利用巧妙的工程解决方案弥补了其在计算能力、电池和导航传感器方面的技术限制。随后，随着计算能力、电池技术和电子系统小型化的显著改进，AUV变得不再那么笨重，更适合用作数据处理新技术的试验台。随着更小、更轻、更便宜的设备的出现，可操作AUV的使用变得更加便利，有越来越多的模型可以用于测试新的算法和解决方案，同时也吸引了越来越多的研究人员投身于这项富有价值的科学工作，扩展了实地研究成果的地理跨度。这些研究人员不仅来自领先的科学机构，还来自新兴国家中规模较小的实验室，这促使了AUV的开发和部署呈指数级增长，无论是单独的AUV还是舰队，已在世界各地积累了数千小时的运行时间及相应的数据量。

AUV最主要的进步体现在通过减少船舶时间和利用精确的地理位置使数据收集过程自动化，以满足新的应用场景且降低海洋数据收集的成本。水下环境感知是海洋环境监测的重要组成部分。随着传感器设备和智能化控制算法的不断更新，许多在过去需要水下载人潜艇或人工潜水监测的工作已经逐渐被以AUV为代表的智能船舶集成系统代替。由于AUV的工作范围可以远至几百海里，深至几千米，海流、海浪、潮汐、风暴、湍流等因素也会随工作海域的不同而发生变化。因此对于水下的环境监测，具有极高的难度和不确定性。一般来说，AUV对于水下环境监测往往需要与许多环境感知传感器协同完成，有时甚至需要配合USV或多台AUV共同完成复杂的监测任务。

当前美国、日本、英国、加拿大及俄罗斯等国家均已成立了专门的科研机构，致力于多功能潜水技术和产品的研发。国际上较为先进的水下潜水器有美国海军研制的AUVAUSS水下自走潜水器、欧盟FerryBox开发的自动水质测量系统、德国弗劳恩霍夫系统技术应用中心Fraunhofer ISOB-ASTB开发的多功能潜水器及监测与分析系统等。

目前国内研究水下机器人的单位较多，进入实验性试验阶段的有哈尔滨工程大学研制的智能水下机器人AUV，中科院沈阳自动化所研制的无人无缆水下机器人UUV，上海交通大学研制的遥控式水下机器人ROV和中船重工715所研制的拖曳式水下机器人TUV。我国重大科技项目“CR-01”6 km自走水下机器人在关键技术上取得了成功突破，但目前处于初试阶段，因其体型大，投入成本高，推广使用方面尚不完善。

就目前国内外的研究而言，AUV已经可以水质监测、水下目标探测、水下地貌探测等诸多方面的环境监测任务。(www.xing528.com)

（1）水质监测：通过集成温盐深仪、浊度传感器及散射传感器等水质传感器模块，AUV可完成对包括水温、pH值、导电率、溶解氧和氨氮等水质指标的实时监测。

（2）水下目标监测：安装水下高光谱遥感系统的AUV可根据探测物光谱特性的不同判断出目标的特征或者种类，从而能够实现高精度的水下物体的归类化测量，实现水下特定目标物的数量、分布统计以及寻找和探测。

（3）水下地貌探测：通过多功能潜水器的摄像系统和测深系统，如视频图像传感器、主动声呐传感器等，可以对水下地貌或水下设施进行观测，可代替潜水员潜水工作，拓展观测范围，提高观测安全性。