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  • 水下機器人海底電纜檢測方案

    一、業(yè)務(wù)挑戰:

    此次業(yè)務(wù)的主要內容是使用水下機器人在瓊州海峽完成纜線(xiàn)檢測功能,瓊州海峽高流速、能見(jiàn)度低,受海峽西側狹管效應作用,海底電纜路由海流流速大、流向復雜。表層海水的流動(dòng)主要受季風(fēng)的控制形成南海季風(fēng)漂流,底層海流受海床地形、海岸等因素影響與表層流有較大差異,海底海流流速快、流向變化頻繁。海纜路由環(huán)境條件以高流速、橫向流為主,全年平流的時(shí)間極少。海底電纜檢測時(shí),需在高速橫流下保持水下機器人的穩定。

    加之瓊州海峽海底多見(jiàn)泥沙底質(zhì),在海流變化頻繁的情況下,海底水質(zhì)能見(jiàn)度低,極大制約了水下機器人的使用。

    二、相關(guān)產(chǎn)品

    針對此次業(yè)務(wù)需要,我們制定了一套海底電纜檢測系統,海底電纜檢測系統由H2000水下機器人(ROV)及搭載設備TSS350線(xiàn)纜探測系統、BlueView M900-2250多波束圖像聲納、Linkquest高精度水下定位系統、高分辨率彩色攝像頭、高靈敏度前、后置黑白攝像頭等組成。

    1、H2000型水下機器人(ROV

    H2000水下機器人(ROV)由操作控制單元(CCU)、水下機器人(ROV)主體、吊放回收系統(LARS)等組成。

    操作控制單元(CCU)具有以下配備:

    2個(gè)DVD錄像機。

    一套用于整個(gè)控制單元的電源板。

    一套用于水下機器人(ROV)的控制手柄(機械臂的控制手柄可選)。

    2個(gè)電腦分別用于水下機器人(ROV)和聲納。

    1套視頻監視器:1個(gè)17" 彩色監視器,用于觀(guān)察攝像頭;1個(gè)9"黑白監視器,用于導航攝像頭;1個(gè)17" LCD監視器,用于聲納設備。

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    操作控制單元配置圖

    吊放回收系統(LARS)主要功能是從甲板上吊放和回收水下機器人(ROV)。下圖為吊放回收系統(LARS)的結構示意圖和實(shí)物圖。標準系統A型架占地面積為3.6m x 2.4m??蚣芡ㄟ^(guò)4個(gè)雙絞鎖固定在船橋;A型架可以成45°角度,并提供一個(gè)2.5m操作空間。吊放回收系統(LARS)可以集成在標準ISO 20英尺集裝箱(6.058mx2.438mx2.591m)中;一個(gè)液壓絞車(chē)最大管理2000m電纜。

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    吊放回收系統

    H2000水下機器人(ROV)主體的整個(gè)框架采用沖壓聚丙烯和316L不銹鋼構成,具有一定的抗沖擊性。頂部浮塊采用可拆卸的PVC發(fā)泡浮體材料。H2000水下機器人(ROV)的載荷為160kg,可以根據用戶(hù)需求定制更大的載荷。

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    H2000水下機器人(ROV)裝備6個(gè)推進(jìn)器,推進(jìn)器采用無(wú)刷馬達。4個(gè)水平矢量分布(45度排列)的推進(jìn)器用于前進(jìn)、后退、旋轉和左/右側運動(dòng)。兩個(gè)垂直推進(jìn)器用于上下運動(dòng)。水平推進(jìn)器可以獨立操作(左和右),從而使水下機器人(ROV)自轉。推進(jìn)器裝有保護網(wǎng)。

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    H2000水下機器人(ROV)安裝以下導航傳感器套裝:深度傳感器、朝向傳感器、高度傳感器、俯仰控制傳感器,具有自動(dòng)定深、自動(dòng)定向、自動(dòng)定高的能力。

    2、TSS350線(xiàn)纜探測系統

    TSS350線(xiàn)纜探測系統由英國TSS公司生產(chǎn),采用被動(dòng)接收電信號模式,待測電纜的一個(gè)終端加載特定頻率的脈沖信號,海上設備通過(guò)兩對正交線(xiàn)圈陣列進(jìn)行電磁場(chǎng)的探測,通過(guò)算法得到目標電纜的精確位置和埋深。

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    3、多波束圖像聲納

    BlueView M900-2250多波束圖像聲納是一款即時(shí)成像的聲納系統,采用900kHz和2250kHz兩種頻率,具有130度視場(chǎng)角。

    4、彩色攝像頭

    彩色攝像頭安裝在云臺單元上,可以得到清晰的圖像,用于觀(guān)察和細節調查;云臺上同時(shí)配備2個(gè)7300流明LED照明燈。

    5、黑白攝像頭

    2個(gè)高靈敏度前置和后置黑白攝像頭,每個(gè)攝像頭各配備2個(gè)4200流明照明燈;能夠在渾濁海水中得到前、后方清晰的圖像。

    三、解決方案:

    根據廣東省電力設計研究院有限公司海底電纜檢測需求,利用現有成熟技術(shù)和設備,集成高性能電驅H2000型水下機器人搭載TSS350纜線(xiàn)追蹤系統、圖像聲納、高分辨率彩色攝像頭、高靈敏度前、后置黑白攝像頭等設備,完成海底電纜檢測任務(wù)。H2000水下機器人動(dòng)力強勁,速度可達3節。具備六個(gè)推進(jìn)器正向推力100kgf;前向推力:260kgf;側向推力:165kgf;垂直推力:170kgf;足以達到抗橫流的效果。另外H2000裝有聲納系統和2個(gè)黑白攝像頭、一個(gè)高清彩色攝像頭。

    視頻系統

    1x彩色變焦攝像頭,帶激光尺度儀:

    圖像傳感器:1/4" HAD CCD,44萬(wàn)像素;

    分辨率:>460TVL;

    視頻輸出:1 Vpp,75ohms;

    靈敏度:1.5lux;

    2個(gè)低光黑白攝像頭;

    圖像傳感器:1/2" CCD,44萬(wàn)像素;

    分辨率:570TVL;

    視頻輸出:1 Vpp,75ohms;

    靈敏度:0.0003lux;

    功耗:12VDC,2 W。

    聲納系統:BlueView M900-2250多波束聲納

    聲納頻率:900kHz/2250kHz;

    視場(chǎng)角:130°;

    最大范圍:100m(900kHz)/10m(2250kHz);

    波束寬度:1°* 20°;

    波束數:768;

    范圍分辨率:1.3cm(900kHz)/0.6cm(2250kHz);

    在能見(jiàn)度低的情況下,可以使用聲納來(lái)觀(guān)察海底情況。對于臍帶纜的受力問(wèn)題,將會(huì )在吊放回收時(shí)加上自動(dòng)鎖扣系統,來(lái)承擔臍帶纜的拉力。Tss350纜線(xiàn)探測系統在ROV找到纜線(xiàn)后,將根據纜線(xiàn)發(fā)出的脈沖信號沿纜線(xiàn)方向進(jìn)行檢測。


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