狹(xia)義上，無(wu)人遙控(kong)(kong)潛(qian)水(shui)(shui)(shui)器（ROV）是(shi)一類具有水(shui)(shui)(shui)下主(zhu)動(dong)(dong)浮游(you)運動(dong)(dong)能力(li)(li)的(de)、通過臍(qi)帶纜(lan)連接水(shui)(shui)(shui)下本體和(he)水(shui)(shui)(shui)面監控(kong)(kong)動(dong)(dong)力(li)(li)站(zhan)的(de)無(wu)人遙控(kong)(kong)平(ping)臺。用于(yu)深海水(shui)(shui)(shui)下工(gong)程的(de)ROV絕(jue)大部分是(shi)作(zuo)(zuo)業型ROV （WROV），其臍(qi)帶纜(lan)的(de)動(dong)(dong)力(li)(li)傳輸(shu)能力(li)(li)一般(ban)在10—250hp之間。WROV不(bu)僅具有水(shui)(shui)(shui)下航(hang)行和(he)探測設(she)備搭載(zai)能力(li)(li)，而且搭載(zai)機械手和(he)工(gong)具接口模塊，具備水(shui)(shui)(shui)下操作(zuo)(zuo)和(he)動(dong)(dong)力(li)(li)輸(shu)出能力(li)(li)。根據傳輸(shu)功率的(de)不(bu)同(tong)，作(zuo)(zuo)業型ROV又可分為(wei)輕(qing)作(zuo)(zuo)業型ROV （10—50hp），中等作(zuo)(zuo)業型ROV（50—100hp）和(he)重作(zuo)(zuo)業型ROV（100—250hp）。
深海作(zuo)(zuo)業(ye)ROV是水下(xia)無人作(zuo)(zuo)業(ye)技術(shu)(shu)的(de)(de)典型代表(biao)，通過探討其(qi)(qi)自身技術(shu)(shu)的(de)(de)進展(zhan)及其(qi)(qi)在深海水下(xia)工(gong)程中承擔角色(se)的(de)(de)變化，可以了解(jie)深海水下(xia)作(zuo)(zuo)業(ye)技術(shu)(shu)的(de)(de)發展(zhan)。本文(wen)嘗(chang)試(shi)從宏觀上探討深海作(zuo)(zuo)業(ye)ROV的(de)(de)深海應(ying)用和關鍵(jian)技術(shu)(shu)。
1.1 作業ROV的(de)本(ben)質(zhi)特點(dian)
纜控是作(zuo)業型(xing)ROV系(xi)(xi)統的(de)本(ben)質特(te)點。完整(zheng)的(de)作(zuo)業型(xing)ROV系(xi)(xi)統（圖1）一般包括：ROV本(ben)體、水(shui)(shui)面監控動(dong)力站、中(zhong)繼設備和系(xi)(xi)纜、鎧裝臍帶(dai)纜、深海布放系(xi)(xi)統、配套設備。因此(ci)，作(zuo)業型(xing)ROV系(xi)(xi)統不僅僅是水(shui)(shui)下(xia)本(ben)體，而是橫(heng)跨水(shui)(shui)面和水(shui)(shui)下(xia)的(de)空(kong)間大系(xi)(xi)統，具有(you)與海洋環境交(jiao)互的(de)復雜動(dong)力學。這是作(zuo)業型(xing)ROV的(de)重要特(te)點之一。
圖1 海龍II深(shen)海作業ROV系(xi)統(tong)
臍帶纜(lan)提供了作業(ye)型ROV強大且不間(jian)斷的(de)動力、以及水面系統與(yu)水下本(ben)體(ti)之間(jian)實時(shi)和高速的(de)信息交互通(tong)道。這些特(te)點(dian)賦予作業(ye)型ROV兩個重要的(de)能力優(you)勢：強作業(ye)能力和人工現(xian)場(chang)實時(shi)干預(yu)能力，使得母(mu)船操作人員可以通(tong)過作業(ye)型ROV本(ben)體(ti)實時(shi)感知現(xian)場(chang)環境和參與(yu)現(xian)場(chang)作業(ye)。這是作業(ye)型ROV的(de)另一(yi)個重要特(te)點(dian)。
作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)(ye)型(xing)ROV的(de)本體一般搭載(zai)光學聲學探(tan)測(ce)設(she)備、作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)(ye)型(xing)機械手、綜合(he)的(de)探(tan)測(ce)作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)(ye)工(gong)具包，現代信息(xi)技術(shu)(shu)賦予了作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)(ye)型(xing)ROV不斷提(ti)高的(de)環(huan)境感知(zhi)、高級自動控制和自主決(jue)策能(neng)力。隨(sui)著信息(xi)技術(shu)(shu)的(de)進步(bu)，現代作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)(ye)型(xing)ROV越來越發展成為具有強大信息(xi)收集和水下干預的(de)水下工(gong)程(cheng)綜合(he)支持裝備。這是現代作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)(ye)型(xing)ROV第(di)三個重要的(de)特點(dian)。
1.2 技術體系
深海ROV系(xi)(xi)統涉及復雜(za)的技(ji)術(shu)(shu)體(ti)系(xi)(xi)，這些技(ji)術(shu)(shu)總體(ti)上可以分為總體(ti)技(ji)術(shu)(shu)、支撐(cheng)技(ji)術(shu)(shu)和(he)配(pei)套(tao)技(ji)術(shu)(shu)三類（圖2）。支撐(cheng)技(ji)術(shu)(shu)包括深水結(jie)構與(yu)(yu)材料、液壓(ya)動力與(yu)(yu)控(kong)制(zhi)、電(dian)子電(dian)氣、強電(dian)動力、深水推進(jin)等(deng)，是在部件(jian)和(he)子系(xi)(xi)統層面，支持ROV系(xi)(xi)統實(shi)現的技(ji)術(shu)(shu)。配(pei)套(tao)技(ji)術(shu)(shu)是基于(yu)ROV平臺的面向應用的關(guan)鍵技(ji)術(shu)(shu)，包括水下探測(ce)、定(ding)位、特(te)種作業(ye)、信息(xi)綜(zong)合管理和(he)工程輔助決(jue)策等(deng)。總體(ti)技(ji)術(shu)(shu)則(ze)在ROV本(ben)體(ti)和(he)全系(xi)(xi)統的層面，支持ROV系(xi)(xi)統的深水探測(ce)作業(ye)能(neng)力的實(shi)現。與(yu)(yu)自治潛水器(qi)（AUV）和(he)載人潛水器(qi)不同，作業(ye)型ROV的總體(ti)技(ji)術(shu)(shu)與(yu)(yu)臍帶纜密(mi)切相(xiang)關(guan)，深海布(bu)放、運動控(kong)制(zhi)和(he)動力傳輸管理是其中最關(guan)鍵的技(ji)術(shu)(shu)環節。
1.3 應用領(ling)域和地(di)位
作業(ye)型(xing)ROV的本(ben)質(zhi)特點(dian)決定了其成(cheng)為海洋水(shui)下工程(cheng)的核(he)心(xin)裝備，廣泛支持各(ge)類典型(xing)深海水(shui)下應(ying)用，主要包括：
（1）海洋油氣勘探開發(fa)；
（2）深(shen)海礦(kuang)產資源勘探開發；
（3）深海調(diao)查研究(jiu)和生(sheng)物利用(yong)；
（4）深海(hai)打(da)撈和應急(ji)處置。
在這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)中，作(zuo)業(ye)型(xing)ROV不僅表(biao)現出優良的深海精細(xi)調(diao)查(cha)探測能(neng)力以及通(tong)用(yong)的深海復雜精細(xi)作(zuo)業(ye)支(zhi)持能(neng)力，而(er)且隨(sui)著現代信息技術的發展，作(zuo)業(ye)型(xing)ROV也越(yue)(yue)來越(yue)(yue)承擔起水(shui)下(xia)工(gong)程組織者(zhe)的角(jiao)色（圖2）。
圖2 作(zuo)業(ye)型(xing)ROV的應用和技術輪廓
2.1 深海(hai)精細調(diao)查探測
作(zuo)業(ye)型(xing)ROV可(ke)以(yi)代(dai)替深海拖體(ti)和AUV完成海底(di)精細調查(cha)(cha)和目標搜索任(ren)(ren)務(wu)。與深拖相比(bi)，ROV調查(cha)(cha)尺(chi)度小，精度更高。與AUV相比(bi)，其(qi)優(you)點在于實(shi)(shi)時性好，調查(cha)(cha)信息可(ke)以(yi)實(shi)(shi)時上傳進(jin)行處理。作(zuo)業(ye)型(xing)ROV另(ling)一個重要的優(you)勢在于在進(jin)行預定的調查(cha)(cha)搜索任(ren)(ren)務(wu)時，可(ke)以(yi)實(shi)(shi)現隨時的人工(gong)干預、開展預定任(ren)(ren)務(wu)以(yi)外的、和實(shi)(shi)施作(zuo)業(ye)前難(nan)以(yi)預計的水下交互式(shi)任(ren)(ren)務(wu)，如目標確認、加(jia)密調查(cha)(cha)、取樣和取證作(zuo)業(ye)等(deng)。
2.1.1 海底管線檢測
海底管線面臨復雜和多變的水下外部環境，包括海床地質、水流沖刷、海水電化學環境等自然因素，以及錨害等人為因素。海管外檢測是海底管線維護的重要工作，一般包括常規檢測和精細檢測兩個階段［1］。
（1）常規檢測(ce)：管線外部狀態的(de)快速(su)評估(gu)。
（2）精細檢(jian)測：在(zai)常規檢(jian)測的(de)基礎上，對可疑區(qu)域或預定義點進行近距離(li)的(de)高分辨率成像檢(jian)測和(he)特征參數測量，檢(jian)測的(de)內(nei)容主要(yao)包括：
a）外部狀(zhuang)態精細檢測(ce)：光學成(cheng)像、聲(sheng)學測(ce)量；
b）損傷(shang)腐(fu)蝕(shi)檢(jian)測：無(wu)損探傷(shang)和(he)陰極保(bao)護（CP）檢(jian)測等。
海(hai)管檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)中使用(yong)的(de)支持裝備如表1所(suo)示。常(chang)規檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)一般采(cai)用(yong)拖(tuo)曳(ye)式設(she)備（ROTV）或(huo)AUV，搭(da)載高頻(pin)側掃聲納執行，這種技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)不支持精(jing)細檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)。由ROV搭(da)載檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)設(she)備進行管線(xian)巡(xun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)，其基(ji)本方式是(shi)ROV巡(xun)線(xian)航行，進行常(chang)規檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)，在(zai)可(ke)疑點或(huo)預(yu)定(ding)義點懸停機動，采(cai)用(yong)靈活的(de)方式實現精(jing)細檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)（圖3），因此(ci)，ROV巡(xun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)可(ke)以同時(shi)執行精(jing)細檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)和常(chang)規檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)，甚(shen)至可(ke)同時(shi)完(wan)成水(shui)下干預(yu)。目前，ROV管線(xian)巡(xun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)已(yi)經成為國際通(tong)行的(de)海(hai)底(di)管線(xian)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)之必(bi)(bi)要環(huan)節(jie)，ROV管線(xian)巡(xun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)則是(shi)海(hai)底(di)管道安(an)全保(bao)障所(suo)必(bi)(bi)需(xu)的(de)核心技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)之一。
表1 海管檢測的需求與一般方法(fa)
檢測(ce)(ce)環節(jie) 檢測(ce)(ce)內容 基(ji)本平臺常規檢測(ce)(ce) 快速(su)聲學(xue)評(ping)估（SSS） ROTV、WROV、AUV WROV，AUV精細檢測(ce)(ce)光(guang)學(xue)成像（光(guang)學(xue)系統(tong)）聲學(xue)測(ce)(ce)量（MBE）埋深測(ce)(ce)量（磁探(tan)，SBP）無損探(tan)傷CP測(ce)(ce)試 WROV
圖3 ROV CP檢測［2］
2.1.2 區域精細調查和成圖
在(zai)礦區(qu)勘探(tan)、水下救援等(deng)大(da)量應(ying)用(yong)中(zhong)，區(qu)域精細(xi)調(diao)查(cha)和成圖是開展后(hou)續作業的基(ji)本準備。以多金屬硫化物(wu)礦區(qu)調(diao)查(cha)為例，表2給(gei)出了鸚鵡螺公司在(zai)Solwara 1礦區(qu)開展調(diao)查(cha)的統計情(qing)況，從(cong)中(zhong)可以看出ROV被大(da)量使用(yong)，在(zai)深拖和AUV調(diao)查(cha)完成后(hou)，ROV精細(xi)調(diao)查(cha)和成圖成為礦區(qu)調(diao)查(cha)的主(zhu)要任(ren)務(wu)。
ROV主要搭載聲學、光學、電磁設備，通過密集的梳形巡航，對選定礦區進行精細地形地貌探測，并在此過程中同步開展地質、生物、典型標志物觀測、識別，甚至定點取樣。繪制的礦區圖［3］如圖(tu)4所示，包括了地形(xing)地質、典型標志物(wu)(wu)如熱(re)液煙囪、火(huo)山巖、以及典型生物(wu)(wu)等，并與取(qu)樣結果相對比和匹配。在成圖(tu)過(guo)程中，需(xu)要水(shui)下(xia)和水(shui)面實時(shi)數據交換、測量和取(qu)樣作業的(de)相互配合、以及地質生物(wu)(wu)學家(jia)的(de)現場參與，這是(shi)AUV和深拖都(dou)不(bu)具(ju)備的(de)。
2.2 深海精細和復(fu)雜(za)作業(ye)
作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)型ROV是完成深海精細和(he)復雜作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)基本手(shou)段(duan)，用(yong)于水下作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)時主(zhu)要有(you)3種形式，即基于機(ji)械(xie)手(shou)和(he)小型工具的(de)(de)(de)直接作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)、搭載專用(yong)工具裝備的(de)(de)(de)特種作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)、以及與大型作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)裝備的(de)(de)(de)協同作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)。在這些作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)中，作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)型ROV通過3種方(fang)式提供(gong)作(zuo)(zuo)業(ye)(ye)(ye)支持，分別是水下裝備和(he)工具的(de)(de)(de)操作(zuo)(zuo)者、動力(li)源、信號中繼。
2.2.1 深海(hai)熱液硫化物礦區(qu)勘查取樣
對(dui)于深海(hai)熱液硫化物礦區(qu)，勘(kan)查(cha)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)主(zhu)要包括表面(mian)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)和鉆(zhan)孔取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)，主(zhu)要用(yong)于對(dui)選定(ding)的(de)礦區(qu)進(jin)行確(que)認和資源評(ping)價(jia)。勘(kan)查(cha)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)要求具有(you)較好的(de)礦區(qu)覆蓋(gai)性、一定(ding)的(de)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)密度和精(jing)確(que)的(de)定(ding)點控(kong)制。傳(chuan)統的(de)海(hai)底硫化物礦區(qu)確(que)認過程主(zhu)要采用(yong)3種(zhong)勘(kan)查(cha)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)方(fang)式(shi)：拖(tuo)網取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)、ROV表面(mian)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)和鉆(zhan)機取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)。拖(tuo)網取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)定(ding)位能(neng)力差(cha)，現在已(yi)經很少應(ying)用(yong)。鉆(zhan)機取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)力強，但是時間長，費用(yong)高(gao)，并且定(ding)位難度較高(gao)，因(yin)此(ci)大量(liang)用(yong)于礦區(qu)圈定(ding)后的(de)資源詳(xiang)查(cha)中。ROV勘(kan)查(cha)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)由(you)于其高(gao)效和高(gao)精(jing)度特點，已(yi)成為礦區(qu)確(que)認中使用(yong)最廣泛的(de)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)方(fang)式(shi)。
表2 鸚(ying)鵡螺(luo)公(gong)司Solwara 1礦(kuang)區調查的統計情況［3］
Year Year and Vessel Geophysical Method Equipment Survey Extent （Within ML 154）* 2007 2007 MV Aquila Sidescan Sonar （Deep Tow） AMS60 22.9 sq km Multibeam Bathymetry （Vessel） Reson 8160 24.1 sq km 2007 2007 MV Wave Mercury Magnetics （Deep Tow） Seaspy Magnetometer 21.9 line km Multibeam Bathymetry（ROV） Imagenex 837-A Delta-T 0.32 sq km Electromagnitics（ROV） OFEM Mk1 37.7 line km Electromagnitics（ROV） OFEM Mk1 18.6 line km CHIRP Edgetech Chirp SBP 12.5 line km 2008 CHIRP Edgetech Chirp SBP 18.6 line km 2008 MV Sepura** Multibeam Bathymetry （Vessel） Reson 8160 54.0 sq km 2009 2009 MV Fugro Solstice 2008 MV Norsky Electromagnetics & Self Potencial（ROV） OFEM Mk2 155 line km Multibeam Bathymetry （Vessel） Reson 8160 40 sq km Multibeam Bathymetry（ROV） Imagenex 837-A Delta-T 0.17 sq km Electromagnetics & Self Potencial（ROV） OFEM Mk3 61.6 line km Magnetics （ROV） OFG Magenetometer 76.7 line km Sidescan Sonar （ROV） Edgetech 2200 34.0 line km
圖4 Solwara 1礦區測量成圖
鸚鵡螺礦業公司在2006年、2007年對Solwora 1硫化物礦區開展了大規模的勘查活動，使用的是Perry公司的Triton200 ROV，該ROV屬于200hp的重作業型ROV。ROV表面取樣目前最主要的方式是機械手取樣，采用機械手（圖5a）和必要的工具（圖5b），大量地精確定點采集礦區的硫化物、巖石和沉積物樣品［3］。
基于ROV的深海鉆孔取樣設備也獲得有效的應用。圖5c［3，4］為基于ROV的(de)海底鉆機，具有靈活性高、定位精確的(de)特點(dian)，已經在硫(liu)化物(wu)礦區勘查中(zhong)獲得成功(gong)應(ying)用(yong)。
2.2.2 水下生產系統回(hui)接（Tie-in）
海底(di)復雜精細作(zuo)業(ye)(ye)一般需要(yao)通過ROV和無(wu)人遙控作(zuo)業(ye)(ye)工(gong)具(ju)（ROT，Remotely Operated Tools）組成的裝(zhuang)備(bei)體系協同作(zuo)業(ye)(ye)。前者(zhe)(zhe)是水(shui)下作(zuo)業(ye)(ye)的平臺和操(cao)作(zuo)者(zhe)(zhe)，后者(zhe)(zhe)是水(shui)下作(zuo)業(ye)(ye)的專用(yong)工(gong)具(ju)裝(zhuang)備(bei)。
水下回接是水下生產系統安裝的典型工序，其目的是實現流線和臍帶纜與水下管匯的連接。深水回接需要使用作業型ROV配合專用作業裝置共同實現。圖6中示出的是FMC公司開發的ROVCON工具系統［5］，搭載在作業型ROV下(xia)方(fang)，使用2個水下(xia)絞車和一(yi)(yi)組油缸機構，通(tong)過一(yi)(yi)系(xi)列操(cao)作，實現各類預(yu)鋪設流線的回接(jie)和與管(guan)匯的連接(jie)。
圖5 （a）機械(xie)(xie)手取樣；（b）機械(xie)(xie)手抓持鏟(chan)形工具取樣；（c）ROV Drill
圖(tu)6 ROVCON工具系統水下(xia)回接
2.2.3 海底(di)管線的維修搶修
深水管線維修搶修作業是另一類海底復雜精細作業的典型代表。圖7是深水管線維修搶修中快速打卡作業［6］的(de)示意圖。專用(yong)維修工(gong)(gong)具攜帶(dai)維修卡具吊放至(zhi)海管(guan)上方(fang)，在作業型ROV的(de)輔助下(xia)實(shi)現(xian)對管(guan)和(he)抱管(guan)。此后，ROV通過機(ji)械手(shou)將其液壓接頭和(he)電氣連(lian)接器與(yu)專用(yong)維修工(gong)(gong)具的(de)控制(zhi)面板連(lian)接，向專用(yong)維修工(gong)(gong)具提供動力(li)源、信息傳(chuan)輸通道，操(cao)作專用(yong)維修工(gong)(gong)具安裝(zhuang)管(guan)線維修卡具。
顯然，這種(zhong)作(zuo)業需(xu)要雙纜布放，維修(xiu)工具(ju)和ROV協同(tong)作(zuo)業。對(dui)于更復(fu)雜的(de)深水管線維修(xiu)搶修(xiu)則可能需(xu)要多ROV和多種(zhong)工具(ju)協同(tong)作(zuo)業。
圖7 快速(su)打卡(ka)維修(xiu)搶修(xiu)作(zuo)業(ye)
3.1 深海(hai)布放技術
如前所(suo)述，深海ROV系(xi)統是橫跨水(shui)(shui)(shui)面(mian)和水(shui)(shui)(shui)下(xia)的(de)復雜的(de)大系(xi)統，具有與(yu)海洋環(huan)境交(jiao)互的(de)復雜動力學。深海布(bu)放不僅(jin)關系(xi)到(dao)ROV水(shui)(shui)(shui)下(xia)作業的(de)安全(quan)性，而且直接影響其水(shui)(shui)(shui)下(xia)作業的(de)性能。
根據具體的應(ying)用需求，作業(ye)型(xing)ROV通常具有3種典型(xing)的深(shen)海布放形式（圖8）。
圖8 海龍II布放(fang)形式：（a）中繼布放(fang)；（b）直(zhi)接(jie)布放(fang)；（c）直(zhi)接(jie)布放(fang)時加裝浮球
（1）直接布放
ROV本體直接(jie)連接(jie)鎧(kai)裝臍(qi)帶纜布放至(zhi)深(shen)海(hai)作(zuo)業深(shen)度。由于(yu)鎧(kai)裝臍(qi)帶纜具(ju)有(you)較(jiao)(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)水中(zhong)重量，為(wei)了保證ROV具(ju)有(you)一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)水下(xia)(xia)航行(xing)能力，必須在臍(qi)帶纜根(gen)部加(jia)裝浮力球。這種布放方式的(de)(de)(de)(de)優點是(shi)系統環節少，不需要(yao)水下(xia)(xia)對接(jie)，在海(hai)況(kuang)惡劣(lie)時(shi)系統具(ju)有(you)較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)安全性，缺點是(shi)臍(qi)帶纜對ROV的(de)(de)(de)(de)水中(zhong)航行(xing)的(de)(de)(de)(de)靈活性和穩定(ding)(ding)性造成一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)影響，并且ROV圍繞(rao)母船的(de)(de)(de)(de)活動半徑較(jiao)(jiao)小。因此，這種布放模式主要(yao)用于(yu)深(shen)遠海(hai)科學研究、資(zi)源勘查和水下(xia)(xia)救(jiu)援等領域。
（2）中繼器布放
中繼(ji)器上安裝(zhuang)有(you)(you)系(xi)(xi)纜絞車和ROV對接裝(zhuang)置，通(tong)過(guo)鎧裝(zhuang)臍(qi)帶纜連接母船，ROV則(ze)通(tong)過(guo)輕(qing)質系(xi)(xi)纜連接中繼(ji)器。由于系(xi)(xi)纜是輕(qing)質復合(he)纜，ROV運動(dong)受系(xi)(xi)纜影響(xiang)小，操縱靈活，并具(ju)有(you)(you)較大的活動(dong)半徑。目前(qian)，商業級(ji)作業ROV的系(xi)(xi)纜長度可(ke)以超過(guo)500米，因此可(ke)以有(you)(you)效支持管線(xian)鋪設、鉆井支持等需要大的ROV活動(dong)半徑的應用領(ling)域。
（3）中繼重塊布放
這種布放方(fang)式(shi)是前兩種方(fang)式(shi)的折中，中繼(ji)重(zhong)(zhong)塊(kuai)通過(guo)鎧(kai)裝臍帶纜(lan)連接母船，ROV則通過(guo)輕質系(xi)纜(lan)連接中繼(ji)重(zhong)(zhong)塊(kuai)。由于中繼(ji)重(zhong)(zhong)塊(kuai)上沒(mei)有(you)絞車(che)，ROV的活動半徑較小，但靈(ling)活性得(de)以保證。
中(zhong)繼(ji)器布放的缺(que)點(dian)是存在(zai)ROV和(he)(he)中(zhong)繼(ji)器水下對接和(he)(he)分離的過程，在(zai)海(hai)(hai)況(kuang)惡(e)劣(lie)時，水面升(sheng)沉(chen)會(hui)影響對接安全(quan)性。為了提高(gao)作業安全(quan)性，在(zai)深(shen)海(hai)(hai)中(zhong)繼(ji)布放方(fang)案中(zhong)，一(yi)般需要應用(yong)(yong)升(sheng)沉(chen)補(bu)償(chang)技術。典型的主動升(sheng)沉(chen)補(bu)償(chang)采用(yong)(yong)高(gao)速大(da)功率絞車，通過反饋母船升(sheng)沉(chen)穩定中(zhong)繼(ji)器垂向(xiang)，其控(kong)制結構如圖9所(suo)示。主動升(sheng)沉(chen)補(bu)償(chang)技術使得(de)中(zhong)繼(ji)器布放模(mo)式越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多地應用(yong)(yong)于(yu)深(shen)海(hai)(hai)勘探和(he)(he)救援(yuan)領(ling)域。
圖9 海龍II主(zhu)動升沉補償(chang)控(kong)制原理(li)
3.2 運動控制
早期的(de)(de)(de)ROV通(tong)(tong)常只有(you)自動(dong)定(ding)向定(ding)深等簡單的(de)(de)(de)自動(dong)控制功能。在深水(shui)應(ying)用中，臍(qi)帶纜的(de)(de)(de)干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾是(shi)(shi)ROV本(ben)體實現水(shui)下(xia)航行的(de)(de)(de)主要干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾力(li)(li)，海流的(de)(de)(de)干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾又會(hui)被臍(qi)帶纜進(jin)一步放大，嚴(yan)重影響水(shui)下(xia)操(cao)縱(zong)效果。對(dui)(dui)于精(jing)細調(diao)查任務或是(shi)(shi)精(jing)細作業(ye)任務而言，深水(shui)ROV的(de)(de)(de)精(jing)細控位和循(xun)線能力(li)(li)都是(shi)(shi)必要的(de)(de)(de)。海龍II ROV是(shi)(shi)較(jiao)早配置ROV控位系(xi)統的(de)(de)(de)ROV（圖10），通(tong)(tong)過對(dui)(dui)臍(qi)帶纜干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾力(li)(li)以及海流干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾力(li)(li)的(de)(de)(de)估計和預測，補償水(shui)下(xia)推(tui)力(li)(li)分(fen)配，可以實現較(jiao)好的(de)(de)(de)循(xun)線效果。目前ROV自動(dong)循(xun)線控制系(xi)統已成為國(guo)際(ji)高(gao)端ROV的(de)(de)(de)標準配置。
圖(tu)10 海龍II ROV精細(xi)循線控制(zhi)策略(lve)
3.3 動力傳輸與管(guan)理
對于(yu)深海作業型ROV，臍帶(dai)纜所能(neng)傳輸的動(dong)(dong)力是(shi)影響(xiang)ROV性能(neng)的主要瓶頸因素，如何高(gao)效使(shi)用和分配動(dong)(dong)力是(shi)深海ROV特(te)有的問題。
（1）電動vs液壓
從動(dong)(dong)力(li)(li)的(de)使用(yong)(yong)形式上，目(mu)前深(shen)海作業(ye)(ye)型ROV主要有(you)電(dian)動(dong)(dong)和(he)液壓兩類方式。液壓ROV首先將來自臍帶纜的(de)強電(dian)動(dong)(dong)力(li)(li)轉換為液壓動(dong)(dong)力(li)(li)，再分別驅動(dong)(dong)推(tui)進(jin)和(he)作業(ye)(ye)系(xi)統(tong)。電(dian)動(dong)(dong)型ROV則直接采用(yong)(yong)強電(dian)動(dong)(dong)力(li)(li)實現(xian)推(tui)進(jin)驅動(dong)(dong)，另配專用(yong)(yong)的(de)作業(ye)(ye)液壓泵站驅動(dong)(dong)作業(ye)(ye)工(gong)具。
一般地，增加(jia)電液(ye)轉換環節會(hui)使(shi)(shi)(shi)(shi)動(dong)力(li)使(shi)(shi)(shi)(shi)用效率損失近20％，而(er)直(zhi)接采(cai)(cai)用強電動(dong)力(li)實現推進驅動(dong)可以提(ti)高(gao)動(dong)力(li)使(shi)(shi)(shi)(shi)用效率，這是電動(dong)ROV的重(zhong)要優勢。但另(ling)一方(fang)面(mian)，電動(dong)ROV的推進和(he)作(zuo)業(ye)采(cai)(cai)用不同(tong)的動(dong)力(li)形式，使(shi)(shi)(shi)(shi)其在推進和(he)作(zuo)業(ye)兩套系統中難以根據需(xu)求(qiu)實時(shi)分(fen)配動(dong)力(li)，因(yin)此電動(dong)ROV更適合在輕作(zuo)業(ye)級ROV中使(shi)(shi)(shi)(shi)用，而(er)中等作(zuo)業(ye)和(he)重(zhong)作(zuo)業(ye)級ROV目前仍普遍使(shi)(shi)(shi)(shi)用液(ye)壓動(dong)力(li)。
（2）推進vs作業
對于(yu)(yu)中(zhong)等作業(ye)(ye)(ye)和(he)(he)重(zhong)作業(ye)(ye)(ye)級ROV，其動(dong)(dong)力的(de)(de)(de)主體并不(bu)是用(yong)于(yu)(yu)抗流，而是用(yong)于(yu)(yu)產生足夠的(de)(de)(de)牽引力和(he)(he)用(yong)于(yu)(yu)作業(ye)(ye)(ye)工具驅動(dong)(dong)。根據作業(ye)(ye)(ye)需求(qiu)不(bu)同(tong)，動(dong)(dong)力在推進(jin)和(he)(he)作業(ye)(ye)(ye)系(xi)統中(zhong)的(de)(de)(de)分配(pei)比例可大(da)范圍調節。傳(chuan)統的(de)(de)(de)作業(ye)(ye)(ye)型ROV有三種(zhong)液壓(ya)動(dong)(dong)力配(pei)置(zhi)，分別是單(dan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)單(dan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)、雙(shuang)(shuang)(shuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)雙(shuang)(shuang)(shuang)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)和(he)(he)單(dan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)雙(shuang)(shuang)(shuang)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)。單(dan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)單(dan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)系(xi)統采(cai)用(yong)一(yi)(yi)臺電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)帶動(dong)(dong)主泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)(zhan)，同(tong)時(shi)提供推進(jin)和(he)(he)作業(ye)(ye)(ye)動(dong)(dong)力，其缺點是對于(yu)(yu)重(zhong)載作業(ye)(ye)(ye)而言，由(you)于(yu)(yu)推進(jin)系(xi)統和(he)(he)作業(ye)(ye)(ye)系(xi)統的(de)(de)(de)液壓(ya)油潔凈度要求(qiu)不(bu)同(tong)，需要串(chuan)聯隔離泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)(zhan)，造成作業(ye)(ye)(ye)動(dong)(dong)力的(de)(de)(de)效率損失(shi)。雙(shuang)(shuang)(shuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)雙(shuang)(shuang)(shuang)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)系(xi)統采(cai)用(yong)完全獨(du)立的(de)(de)(de)推進(jin)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)(zhan)和(he)(he)作業(ye)(ye)(ye)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)(zhan)，較(jiao)好地解決了串(chuan)聯隔離泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)問題，但雙(shuang)(shuang)(shuang)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)構形使系(xi)統重(zhong)量增(zeng)大(da)。單(dan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)雙(shuang)(shuang)(shuang)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)構形是一(yi)(yi)種(zhong)效率最(zui)高的(de)(de)(de)動(dong)(dong)力構形，由(you)雙(shuang)(shuang)(shuang)出軸(zhou)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)同(tong)時(shi)驅動(dong)(dong)推進(jin)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)和(he)(he)作業(ye)(ye)(ye)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)。一(yi)(yi)般地，電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)功(gong)率與(yu)臍(qi)帶纜動(dong)(dong)力傳(chuan)輸(shu)能力相匹(pi)配(pei)，推進(jin)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)和(he)(he)作業(ye)(ye)(ye)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)單(dan)臺功(gong)率都可接近電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)輸(shu)出功(gong)率，通(tong)過對推進(jin)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)和(he)(he)作業(ye)(ye)(ye)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)輸(shu)出功(gong)率的(de)(de)(de)控制，能夠實現對臍(qi)帶纜傳(chuan)來的(de)(de)(de)強電(dian)(dian)動(dong)(dong)力的(de)(de)(de)合理分配(pei)。
（3）動力傳輸
臍帶(dai)纜發熱和壓(ya)降是制約強電動(dong)力輸送(song)(song)能(neng)力的(de)主要(yao)因(yin)素。提(ti)高電壓(ya)可以有效(xiao)提(ti)高動(dong)力輸送(song)(song)能(neng)力。對(dui)于4000米以淺的(de)作(zuo)業型(xing)ROV，目前廣(guang)泛(fan)采(cai)(cai)用3300V送(song)(song)電電壓(ya)，而對(dui)于更(geng)大深(shen)度(du)的(de)作(zuo)業型(xing)ROV，一般(ban)必須(xu)采(cai)(cai)用4000V送(song)(song)電。
現代水(shui)下(xia)工程越(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)體現出多(duo)工序(xu)、多(duo)裝備(bei)系統作業的(de)特(te)點，作業型ROV由于(yu)其(qi)固(gu)有的(de)技術特(te)點，也將(jiang)越(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)多(duo)地承擔(dan)起水(shui)下(xia)作業綜(zong)合指揮(hui)和協同的(de)角(jiao)色，其(qi)主要的(de)作用為：
（1）作業現場信(xin)息的綜合采集；
（2）信息實時處理(li)和輔助決策；
（3）水下作(zuo)業探測裝(zhuang)備的(de)輔助操作(zuo)；
（4）多工(gong)序(xu)的輔助連接。
2002年，攜帶77000噸燃油的威望號油輪在西班牙西北方海區沉沒，遇難區域水深4000米。在威望號油輪的應急搶險工程（圖11）中，最多時同時使用了4臺作業型ROV［7，8］，負(fu)責工程(cheng)中各工序的銜接(jie)、裝(zhuang)備的輔助。主要(yao)的任務包括(kuo)：沉船調查、泄漏封堵(du)、油位測量、間(jian)隙測量、熱開孔、閥門安裝(zhuang)與操作(zuo)、布放監測、作(zuo)業監測。所(suo)有的信息被統一存儲(chu)和處理，并通過多ROV實現各工序的綜合管理。該工程(cheng)獲得了2004年Platts Global Energy Award著(zhu)名能源工程(cheng)獎，集中體(ti)現了作(zuo)業型ROV在(zai)深海水(shui)下(xia)工程(cheng)中的核心作(zuo)用。
圖(tu)11 威望號燃油回收工程
在(zai)深海水下(xia)(xia)工(gong)程(cheng)中，作業(ye)型(xing)(xing)ROV承擔(dan)著(zhu)多種角色。它(ta)不僅僅是(shi)精(jing)細作業(ye)平(ping)(ping)臺(tai)、精(jing)細調查(cha)平(ping)(ping)臺(tai)，更是(shi)大型(xing)(xing)水下(xia)(xia)工(gong)程(cheng)綜合協調指揮(hui)平(ping)(ping)臺(tai)的(de)一部(bu)分。隨(sui)著(zhu)水下(xia)(xia)作業(ye)越來越復(fu)雜，使用的(de)水下(xia)(xia)裝備越來越多，作業(ye)型(xing)(xing)ROV也越來越多地(di)承擔(dan)起現場(chang)協調指揮(hui)者的(de)角色，其(qi)主(zhu)要職責(ze)包括現場(chang)信息獲取(qu)、水下(xia)(xia)裝備操控以及將復(fu)雜的(de)裝備體系(xi)和作業(ye)工(gong)序有(you)效(xiao)地(di)銜接(jie)。
隨(sui)著作(zuo)(zuo)業(ye)型ROV系(xi)統的(de)總體(ti)技(ji)(ji)術(shu)和(he)支撐技(ji)(ji)術(shu)日趨(qu)成熟，作(zuo)(zuo)業(ye)型ROV未(wei)來(lai)的(de)技(ji)(ji)術(shu)發展重點也將向信息技(ji)(ji)術(shu)和(he)特種作(zuo)(zuo)業(ye)裝置的(de)協同技(ji)(ji)術(shu)轉移，以適(shi)應其自身角(jiao)色的(de)轉變。