水下考古地球物理技术进展、挑战及建议

水下考古涉及不同的调查阶段,其调查范围、水下环境、调查目标存在很大差异,对应使用的调查技术和策略也不同。系统分析了常规的和最前沿的水下考古地球物理及潜水器技术的现状和优缺点,包括声学(多波束、侧扫声呐、浅地层剖面、单道/小多道地震)、磁力、电磁法、激光雷达、潜水器(HOV、ROV、AUV)等。目前水下考古在海床遗存图像识别、埋藏的小尺寸人工遗物探测、洞穴遗存的探测发掘、潮间带遗存探测和深海考古发掘等方面仍存在大量挑战。建议通过加强海洋行业合作,升级改进现有调查技术,建立技术装备共享机制,从而提升考古遗址发现数量和几率,避免遗址受破坏流失,降低考古经济成本。

利用南海琼东南盆地冷泉碳酸盐判断甲烷流体成因的方法研究

冷泉自生碳酸盐(Authigenic Carbonate,CA)记录了海底甲烷渗溢活动及流体组成信息。CA的稳定碳同位素(δ^(13)CA)常被用于推测流体来源及甲烷成因,但δ^(13)CA本质上并不能直接反映甲烷的δ^(13)C,所以这种推测是定性且不准确的。研究认为,CA的沉淀源自沉积物孔隙水中溶解无机碳(DIC)的过饱和.

“海马”号ROV在天然气水合物勘查中的应用

天然气水合物作为未来的战略性新型能源矿产,在我国南海成功实现了试开采,对推动新的清洁能源生产具有重要而深远的影响。文中介绍了由我国自主研制的首套大深度作业型ROV系统("海马"号)的组成和结构特点,详细阐述了充分利用"海马"号ROV的灵活、全面、立体的作业性能,有针对性的配置了三视角高清摄像、机械手专用工具、海水温度、甲烷含量测量、声呐、定位信标等设备工具,进行了搜索、详查、观测、触探、取样、实验等水合物勘查作业,发现了海底"冷泉"活动以及与天然气水合物赋存相关的微地貌特征等,"海马"号的应用极大地推进了我国天然气水合物的研究和开发进展,未来将在天然气水合物勘查和科学研究中发挥重要作用。

ROV在海洋科学科考中的发展现状及应用

有缆遥控无人潜水器(ROV)在世界上广泛应用于海洋科学考察,文章分三个部分,首先介绍ROV在海洋科学考察中的应用现状并进一步探讨了ROV的发展趋势,接着描述了科考ROV的结构特点,最后分类阐述了ROV在科学考察中的实际应用。

以太网串口服务器ESP904的特性及其在ROV上的应用

介绍了以太网串口服务器ESP904的特点和性能,同时结合HYSUB130-4000ROV系统开发,介绍了ESP904在其控制系统上的应用。

遥控水下机器人（ROV）结构综述——以hysub130—4000ROV系统为例

本文以HYSUB130—4000ROV系统为例介绍了遥控水下机器人的系统结构原理和功能，具体包括甲板控制台、甲板供电单元、提升系统、脐带缆、ROV本体、机械手及工具等各部分结构特点。

CTD传感器在ROV系统中的扩展及其应用

CTD可以获取海洋物理学环境参数,为海洋物理学的研究提供重要的基础性数据,而ROV作为重要的海洋探测工具和科学研究平台已经在世界各国主要的海洋研究机构中得到广泛应用。根据"海狮号"ROV系统的体系结构特点,对其通讯、控制和电源等接口进行扩展,实现了CTD传感器在ROV上的应用,并在海洋区域地质调查的ROV测站作业时进行了CTD数据的采集,数据质量满足了海洋区域地质调查的要求。

PCI9052接口芯片的配置及驱动程序开发

介绍了PCI总线接口芯片PCI9052配置空间的配置方法,结合操作系统结构和WDM设备驱动程序开发工具DriverStudio论述了访问PCI总线设备卡的硬件资源(包括内存空间、I/O空间和中断)的具体过程和程序。

基于PCI总线的DSP的运动控制系统设计

以磁头测试设备中的运动控制系统为对象,介绍了基于PCI总线和TMS320LF2407A的运动控制系统的特点,以及如何利用PCI总线接口芯片PCI9052通过双口RAM实现PC机与DSP之间的高速通信,并讨论了如何利用DSP控制器实现步进电机的点位控制。

基于MB90092的ROV系统视频叠加器设计

本文介绍了基于MB90092型专用视频叠加芯片在ROV(有缆无人遥控潜水器)系统视频叠加器的硬件与软件设计,通过以STM32为核心的单片机系统和ROV控制计算机实现了将ROV相关信息动态实时叠加到ROV水下视频信号的功能,从而方便了ROV驾驶人员通过视频监控了解ROV作业状态。通过记录ROV系统水下作业视频,回放时便于了解ROV作业时的相关状态信息。应用结果表明,该字符叠加器运行可靠,可操作性和可维护性都比较强,可在海底可视化勘查方面广泛应用。

AIS时隙选择策略浅析

AIS系统采用自组织时分多址通信方式。由于AIS终端设备在确定发射候选时隙时有可能会出现重叠现象,这样可能会导致AIS信息占用的时隙冲突,使得在该时隙上无法正常通信。针对这一问题,我们提出通过对AIS工作时隙占用数据的实时监测和统计分析结果,依据AIS航标应用要求,以最小冲突概率为目标函数,给出AIS航标数据发送时隙选择的最优策略。

航道多载波的通信时延与多普勒频移联合估计

针对海上航道立体监测系统中水声信道高斯噪声和对称α稳定(SαS,SymmetricαStable)脉冲噪声干扰的复杂环境,以基带OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplering)水声通信系统的发射信号作为研究对象,提出了一种基于分数低阶循环模糊函数的多循环频率时延与多普勒频移联合估计算法.该方法将分数低阶矩与循环平稳特性相结合,能够在SαS脉冲噪声条件下检测信号的循环平稳特性.仿真结果表明:在脉冲噪声和干扰环境中该算法均能稳定工作,估计性能优于基于二阶循环模糊函数.

电液比例式推进系统的自适应反演滑模控制

针对电液比例阀驱动的水下推进系统存在液压系统强非线性、易受外界温度压力以及水动力性能变化引起的参数不确定性的问题,提出一种自适应反演滑模控制方法.该方法结合实验辨识和自适应参数控制器设计方法分别对电液比例复杂耦合系统和不确定系统参数进行简化分析和在线估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐近稳定以及系统状态的有界性.以国家发展高科技计划4 500米级深海作业系统-"海马号"ROV的螺旋桨推进系统为研究对象,使用提出的控制方法与传统PID控制器进行对比试验.仿真和水池试验结果表明,所设计的自适应反演滑模控制器对参数变化以及未知外界干扰具有较强的鲁棒性,可以很好地跟踪螺旋桨转速参考轨迹,获得较好的稳态控制精度和动态性能;同时修正后的参数估计能够保证在外界未知干扰下估计参数的有界性.

基于图像的水下三点激光测距方法研究

基于光学成像原理和激光三角测距法,提出将三个点激光器与水下相机结合、根据水下光学图像对水下目标物距离进行测量的思路。建立了激光束与目标物垂直、与目标物之间存在旋转角、存在俯仰角三种情况下的三点激光测距理论模型,推导了目标物距离与水下激光光斑图像之间的数学关系,在此基础上得到了三种情况下的三点激光测距公式。研制了系统样机,并通过空气中和水下的距离测量实验,测试了测距模型和定标算法的误差。实验结果显示,在8.4 m范围内,使用统一测距公式对距离进行测量时,测距误差最大值约为35 cm,平均测量误差小于15 cm。研究成果可望用于水下目标较近距离的精确测距。

模糊控制在数控火焰切割机自动调高系统中的应用

分析了影响数控火焰切割机自动调高系统运行稳定性及精度的主要因素。利用PWM控制技术,设计了基于模糊控制方法的自动调高控制系统。实际应用结果表明该方法稳定性能好、精度高,有较好的应用前景。

航标三维GIS系统的构建与应用

海上航标系统是海上交通安全保障体系的重要组成部分,航标信息化是"数字海事"战略实施的重要基础之一。本文结合上海海事局厦门航标处的航标日常管理与实时监控的实际业务需求,开展了利用实时仿真与电子海图相结合的技术构建航标三维GIS系统的应用研究和系统实现等工作。该系统的实现,有利于航标设置方案的审定与选择,监控者对现场环境的把握和应急决策。另外从业务应用和系统实现角度,对系统做了简要的介绍。

比例减压阀控桨系统的模型线性化及稳定性分析

三通式比例减压阀因其较高的性价比和易维护性而成功应用于水下远程遥控机器人的螺旋桨推进器控制。然而三通比例减压阀内部压力反馈结构复杂,存在死区和液动力等非线性因素,易受螺旋桨负载特性影响而引起压力振荡。根据主阀力平衡方程、压力流量方程和螺旋桨负载特性建立系统数学模型,并在减压阀的稳态工作点附近进行模型线性化,通过开环伯德图和闭环频响曲线分析特征参数对阀稳定性的影响。理论分析和试验结果表明,增加阀口流量压力系数和马达泄漏系数可有效提高负载环节阻尼比和稳定裕量,系统稳定性得到显著改善。

“海马”号无人遥控潜水器的研制与应用

2014年,作为国家863计划重点项目"4500米级深海作业系统"的主要研究成果,"海马"号4500米级无人遥控潜水器(ROV)搭载作业母船"海洋六号"在南海实施了3个航段海上试验,下潜17次,最大下潜深度4502米,顺利通过了海试验收。随后,"海马"号迅速完成了成果转化,在2015年度南海天然气水合物有利区的详查工作中首战告捷,在我国南海北部陆坡西部海域首次发现活动性"冷泉"(定名"海马冷泉"),显示出该海域良好的天然气水合物资源前景,实现了国产高科技深海探查设备应用和南海水合物探查工作的双突破。在"海马"号探查成果的指引下,在"海马冷泉"区首次获取了海底表层高纯度的水合物实物样品,取得了我国在南海新海域采获水合物实物样品的又一次重大突破性进展。"海马"号在地勘应用中运行状态良好,操控性、可靠性、稳定性和各种扩展功能均通过严格考验,达到实用化装备的各项技术要求。"海马"号填补了我国深海探查作业手段的一项空白,大幅度提升了我国深海技术装备水平和作业能力,取得了一系列关键技术的重大突破,达到了国外同类遥控潜水器技术的水平,在我国深海技术装备研发领域具有里程碑式的意义。

ROV在我国海洋区域地质调查中的应用

远程遥控水下机器人系统是一种先进的海洋综合调查设备,能够实现海底长时间、高精度的定点取样作业及其他精细调查,在海洋区域地质调查中利用ROV开展高精度海底取样及其环境调查方面具有其他调查设备无法比拟的优越性。ROV具有功能多、综合作业能力强、安全可靠和实时遥控等优点。目前国内利用ROV进行海洋区域地质调查还处于起步阶段,随着ROV在海洋调查中的应用技术不断成熟和完善,利用ROV进行海洋区域地质调查将大大提高海洋区域地质调查的装备水平和调查精度,具有广阔的应用前景。以"海狮号"ROV系统为例,介绍其在我国海洋区域地质调查中的典型应用。

天然气水合物调查区微地貌特征探测成果

本文介绍了利用近海底探测设备声学深拖和ROV遥控潜水器在天然气水合物调查区进行的微地貌探测成果。结合前期地震调查成果,在地震剖面上显示的三个贯穿海底的气烟囱区域对应的海底探测到麻坑、海底丘状体。另外,在水合物喷发的冷泉区,首先使用搭载在声学深拖上的侧扫声呐对目标区进行较大范围的调查,利用声呐图像上的"亮斑异常"确定冷泉喷口的位置,再利用ROV遥控潜水器开展精准下潜探测,在冷泉区识别出碳酸盐岩结壳、泥火山特征地貌、羽状流现象和一些典型的生物特征。