一、水下運維無人裝備
水下機器人，可以在惡劣環(huán)境下工作，比起潛水員有大得多的下潛深度和水下工作時長。領(lǐng)航員通常在鉆井平臺或作業(yè)母船上控制水下機器人，利用操縱桿和各類傳感器、攝像頭控制水下的航行與作業(yè)。在良好的天氣條件下，合理安排足夠的人力資源，ROV可以進行一天24小時不間斷的工作。水下機器人分為兩類,有纜遙控水下機器人(ROV) 和自主水下機器人(AUV)。
1.ROV（無人遙控潛水器）
ROV，有纜線，搭載光學(xué)、聲學(xué)、水質(zhì)類傳感器對樁基、沖刷及電纜進行系統(tǒng)檢測與探摸，可以在突發(fā)事件中快速響應(yīng)，長時間水下作業(yè)，快速高效完成水下檢測。
1）系統(tǒng)構(gòu)成： 一套完整的ROV系統(tǒng)包括甲板控制艙，A形架、絞車以及液壓動力單元組成的布放回收系統(tǒng)，通過臍帶纜與水下中繼器TMS和ROV相連接，臍帶纜除承載動力電源和信號的傳輸。 檢測型ROV會配置側(cè)掃聲納、淺地層剖面儀等聲學(xué)設(shè)備，根據(jù)需要也可以配置管纜探測器;作業(yè)型ROV會配置機器臂。
2）應(yīng)用場景： 一是水下檢測。利用聲吶和視頻監(jiān)控能完成包括風(fēng)電樁基(沁水構(gòu)件)檢測、犧牲陽極檢測、沖刷腐蝕檢測在內(nèi)的多種檢測任務(wù)，檢測出管樁及其周圍有腐蝕和沖刷情況，為后續(xù)故障分析及解決方案提供有力的數(shù)據(jù)圖像支持;對海纜進行監(jiān)測，確認(rèn)海纜是否存在斷裂以及確定位置等問題，對發(fā)現(xiàn)問題的地方進行定位，并進行駐足觀測，為之后維修提供科學(xué)依據(jù)。二是水下作業(yè)。ROV能下潛至水面下幾百米，它們不受壓力和寒冷等因素的干擾，可以全天候的作業(yè)。在海纜修復(fù)操作中，ROV可以攜帶特質(zhì)吊帶后進入深水區(qū)，并行至故障位置以后，利用機械手抓住將海纜拉出水面，在海纜修復(fù)完成后再送至水下。
3）作業(yè)限制條件： 惡劣的天氣是影響ROV作業(yè)的主要限制因素，一般ROV系統(tǒng)的設(shè)計為在4-5級海況下可以正常作業(yè)，6級海況下可安全回收，這是行業(yè)公認(rèn)的作業(yè)準(zhǔn)則，特別是海上風(fēng)電領(lǐng)域，水深都比較淺，風(fēng)浪流狀況復(fù)雜。故而在實際作業(yè)過程中，鮮有在5級海況下進行ROV布放下水的情況，作業(yè)方往往更多選擇在海況較好的時機下開展ROV作業(yè)。
4）技術(shù)難點： 海下地形復(fù)雜，流速大，波浪大，潮汐變化大，對水下機器人的抗流能力要求較高對水下機器人的搭載能力要求較高;在風(fēng)電樁基的狹小空間進行作業(yè)，對水下機器人的體積要求也很高 。所以強動力、大搭載能力，小體積的水下機器人更適合于風(fēng)電場應(yīng)用，而這三個要求有相互矛盾之處，因此對于水下機器人的設(shè)計和技術(shù)要求很高。
2.AUV（自主水下航行器）
AUV無線纜自帶能源，脫離與作業(yè)母船的物理連接，作業(yè)范圍更廣、自主性好、靈活性強、體積小、質(zhì)量輕、活動范圍廣及隱蔽性好等優(yōu)點,可以深海作業(yè)，組網(wǎng)觀測(對多個AUV同時發(fā)布作業(yè)任務(wù))。
1）工作原理： 由母船搭載AUV到達預(yù)定下潛海域，母船布放AUV時校準(zhǔn)自身位置,為AUV提供定位信息，同時，下潛過程中不斷進行定位校準(zhǔn)和通信，到達預(yù)定深度后，調(diào)整航向和姿態(tài)，出發(fā)作業(yè)，最后根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)上浮回航，獲取數(shù)據(jù)。
2）和ROV比較： AUV沒有線纜，通常配置有一個主推進器，與傳統(tǒng)的框架式工作級ROV對比，它的航行效率非常高。AUV可以預(yù)先編程，獨立于主船或控制站，領(lǐng)航員可隨時讀取監(jiān)測記錄的數(shù)據(jù)，AUV還可以在監(jiān)督模式下工作，從領(lǐng)航員那里獲取更新的位置，在執(zhí)行任務(wù)期間可以進行自主導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。
3）技術(shù)難點： 水下導(dǎo)航是實現(xiàn)AUV自主巡航的關(guān)鍵技術(shù)，國內(nèi)尚不成熟，所以出現(xiàn)容易丟失的情形。國外對于AUV的研究較早且成熟，在研究一種無需輔助船只就能水下獨立工作的AUV系統(tǒng)，通過設(shè)計一個AUV專用對接點來代替原來的作業(yè)母船，AUV直接在對接點進行充電、數(shù)據(jù)上傳和指令下載工作，可大大降低運維成本。
3.水下機器人在海纜檢測、維修的應(yīng)用探索
可以組合AUV與ROV共同用于海纜巡檢，首先可使用AUV對海纜布設(shè)區(qū)域進行掃測，找到光纜斷點位置。與此同時，AUV將無線信號收發(fā)器放置光纜斷點位置，以便后續(xù)維修時連接使用。通過信號收發(fā)器提供的位置，將光纜另一端打撈出水。在工作母船上，用相應(yīng)裝置連接光纜兩端，使用近端登陸站信號進行檢測，確定光纜故障端。切除故障部分，進行重新接通，進行信號測試，通訊正常后，按程序進行水下重新布設(shè)。
PART.2
二、水上運維無人裝備
1.無人船
無人船是集合無人機和水下機器人巡檢的載體，將“無人機 +無人船”融合成一體化裝備，是集海上救援與海域探測、監(jiān)測為一體的重要平臺，有效降低人員乘船攜帶相應(yīng)巡檢設(shè)備到現(xiàn)場進行作業(yè)的次數(shù)，從而節(jié)約成本并節(jié)能減排。
1）工作原理： 該項目將建成以無人船作為母船，配置數(shù)量眾多的微小型無人機群的系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人機群的起降、存儲、充電，并通過衛(wèi)星通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨渡现笓]中心。該系統(tǒng)由無人船搭載無人機群，以自主航行的模式進入海上風(fēng)電場，利用5C和衛(wèi)星通信與控制系統(tǒng)連接，自主控制無人機群自動檢查風(fēng)力渦輪機，從而無需手動控制和人工檢查。
2）技術(shù)難點： 國內(nèi)采用的無人機、無人船巡檢解決方案，初步實現(xiàn)了自動化、智能化，但是仍然需要人員攜帶設(shè)備乘維修船到現(xiàn)場進行巡檢，出海時間和 巡檢時間受海上窗口期限制，但無人船的自主回艙、回艙后如何在海水環(huán)境下安全充電、海上巡檢采集的大量數(shù)據(jù)如何保證實時傳輸以及對數(shù)據(jù)進行自動化快速處理等技術(shù)有待進一步研究。
2.海上風(fēng)電葉片運維機器人
國外專門設(shè)計了一種六足履帶式爬行機器人，主要為維護和檢查海上風(fēng)機葉片，已經(jīng)成功通過渦輪機行走測試，有望成為未來海上風(fēng)機葉片維護的生力軍。該機器人工作時搭載“輔助系繩”，它可以延長機器人在海上作業(yè)時間，并能快速的在葉片上布置和回收。該機器人利用真空粘合技術(shù)，可保持自身穩(wěn)定性和靈巧性，使步態(tài)適應(yīng)各種葉片曲面。
在海洋環(huán)境中對風(fēng)場進行維護一直以來都是行業(yè)的挑戰(zhàn)。一系列智能機器人替代人工開展海上風(fēng)電維護，將降低人員安全風(fēng)險和運維成本，真正實現(xiàn)海上風(fēng)電數(shù)字化和智能化運維。
