
在過去的幾年中,海洋油氣行業(yè)市場的低迷狀態(tài)造成該行業(yè)對于ROV使用需求的阻礙。然而,對海洋可再生能源行業(yè)投入的持續(xù)增長為全球ROV制造商們繼續(xù)研發(fā)下一代ROV系統(tǒng)提供了機(jī)會(huì)。
有鑒于此,國際海事承包商協(xié)會(huì)(IMCA)編制的《ROV安全有效作業(yè)實(shí)用準(zhǔn)則》已經(jīng)更新(現(xiàn)行為IMCA R004 REV.4),這個(gè)準(zhǔn)則包括了一個(gè)有關(guān)ROV的擴(kuò)展表單,這個(gè)表單基于全球ROV系統(tǒng)發(fā)展不斷多樣化而進(jìn)行了更加明確的分類定義。
修改后的分類如下:

第一類
此類ROV只作為純觀察用途,它是一種相對廉價(jià)、并且可以非常方便攜帶的設(shè)備選擇,客戶可使用其對水下目標(biāo)進(jìn)行近距離的目視檢查。這類ROV通常設(shè)計(jì)非常緊湊,因此它無法在大流速下使用;但是這類ROV可以安裝部署在工作級ROV上,作為一個(gè)子機(jī)系統(tǒng)使用。這類典型的機(jī)型有:
VideoRay 公司的PRO 4、天津深之藍(lán)海洋設(shè)備科技有限公司(下簡稱為天津深之藍(lán))的白鯊MAX及白鯊MINI。

VideoRay公司的PRO 4

天津深之藍(lán)的白鯊MAX

Seaeye Falcon作為ROV母機(jī)可以在水下釋放子機(jī)系統(tǒng)(中間為VideoRay的ROV,下方的為彈射式的Stinger Nano)
第二類A級
這類ROV系統(tǒng)一般會(huì)有適當(dāng)?shù)呢?fù)載能力,例如安裝輔助相機(jī)、搭載進(jìn)行調(diào)查及無損檢測的傳感器等。相比于第一類的ROV,此類的ROV有更大的推重比,來保證它可以在近似于更大級別ROV的應(yīng)用場景(如海洋環(huán)境、有一定流速下的水下環(huán)境)去工作。此類ROV仍然非常便攜,不需要專門的LARS系統(tǒng)支持。這類典型的機(jī)型有:天津深之藍(lán)的江豚IV、Seaeye的Falcon等。

Ocean Modules 的V8 Sii

天津深之藍(lán)的江豚IV-A
第二類B級
這類ROV仍然屬于觀察級ROV,但它已經(jīng)有比較強(qiáng)的帶負(fù)載能力,它可以搭載輕型的機(jī)械手來提供輕度干預(yù)作業(yè)能力。這類ROV系統(tǒng)雖然需要專用的LARS系統(tǒng)和箱式控制基站,但是相比于第三類型的ROV它只會(huì)占用船上很小的一部分面積,因此它可以部署到更多類型的船只上。這類典型的機(jī)型有:天津深之藍(lán)的海豚II、ECA的H800、Sub-Altantic的Mohawk等。

深之藍(lán)的海豚II

Sub-altantic的Mohawk
第三類A級
此類ROV系統(tǒng)是水下行業(yè)的主力產(chǎn)品類型,它可以勝任包括調(diào)查、測量、建設(shè)、施工干預(yù)等大多數(shù)類型的水下工作。這類ROV系統(tǒng)需要相當(dāng)面積的甲板空間用于部署其LARS系統(tǒng)、箱式控制基站、工作車間等,因此現(xiàn)今的DP工作船更適合它的部署。這類典型的機(jī)型有:Sub-Altantic的Comanche、Seaeye 的Leopard等。

Sub-Altantic的Comanche
第三類B級
這類ROV系統(tǒng)在海洋油氣領(lǐng)域的工作扮演了重要的角色,它都配備了大型的液壓動(dòng)力系統(tǒng),用于承擔(dān)關(guān)閉BOP(水下防噴器)及在鉆井平臺施工各個(gè)階段的工作。這類典型的機(jī)型有:Oceaneering的NEXXUS、Schilling Robotics的HD ROV等。

Schilling Robotics的HD ROV

北海巨人號上的SUPPORTER在水下300米處進(jìn)行天然氣壓縮機(jī)的安裝作業(yè)
第四類A級
此類拖曳式水下機(jī)器人系統(tǒng)從設(shè)計(jì)和使用上其實(shí)相對簡單,并且它只是使用機(jī)器在海底進(jìn)行類似于農(nóng)耕似的犁溝作業(yè)。這種簡便的設(shè)計(jì)和使用給長距離的水下纜線敷設(shè)工程(諸如連同兩岸的跨洋海底電纜敷設(shè))提供了一種經(jīng)濟(jì)便捷的解決方案。這類典型的機(jī)型有:SMD的MD3 Plough。

SMD的MD3 Plough
第四類B級
履帶式水下機(jī)器人系統(tǒng)在水下電纜及管道的掩埋的工作中比使用拖曳式方案會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間,但它的優(yōu)勢在于它能將纜線再固定深度掩埋的控制實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn),并且纜線敷設(shè)的位置也更加精確,與此同時(shí),這類機(jī)器人還有在巖石類海床上進(jìn)行纜線敷設(shè)的能力。
第五類
這類機(jī)器人系統(tǒng)通常是制造商為應(yīng)對特殊使用場景的一次性項(xiàng)目,一個(gè)典型的例子是開發(fā)了Rock Grabbers系列的水下機(jī)器人系統(tǒng),用于清除西歐海底巖石海床區(qū)域的,打通海底路徑以便于埋設(shè)各種海底電纜。
第六類A級
這類AUV可以充當(dāng)很多種任務(wù)角色,從搜集海洋研究機(jī)構(gòu)所需要的各種數(shù)據(jù)到很多軍事用途,諸如水雷對抗任務(wù)。這類典型的機(jī)型有:Kongsberg的REMUS 100、天津深之藍(lán)的橙鯊AUV、Teledyne的Gavia等。

Kongsberg的REMUS 100

天津深之藍(lán)橙鯊AUV在河岸水域進(jìn)行地形掃測任務(wù)
第六類B級
這類AUV提供了一個(gè)更強(qiáng)的負(fù)載能力以便安裝更多類型的探測儀器及傳感器,并且這類AUV有著潛在的干預(yù)作業(yè)的能力,但這類的很多都在不斷的設(shè)計(jì)完善中,并且在商業(yè)用途中是被禁止使用的。

Bluefin公司規(guī)劃的水下無人潛器戰(zhàn)斗任務(wù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn),多樣化用途

波音公司為美國海軍開發(fā)的超大型UUV型號Echo Voyager

Kongsberg公司的HUGIN6000
ROV應(yīng)用的發(fā)展趨勢
隨著涉及ROV的相關(guān)技術(shù)的不斷成熟,使用這種“遠(yuǎn)程遙控”的作業(yè)方式在不斷增加??稍偕茉葱袠I(yè)就是當(dāng)下ROV應(yīng)用不斷增長的行業(yè),諸如:離岸的風(fēng)電站的建設(shè)需要一個(gè)很長時(shí)間的周期,包括安裝、檢修、維護(hù)等任務(wù)。這些工作中需要在水下(尤其是在大流速和低能見度下)采取無人潛水器進(jìn)行水下干預(yù)作業(yè)。同理,以前很多在半潛式平臺上進(jìn)行的深水作業(yè)現(xiàn)在都可以使用ROV來遠(yuǎn)程進(jìn)行支持,從而顯著的降低實(shí)施成本。
隨著海洋傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,也無疑會(huì)推動(dòng)和擴(kuò)展ROV及AUV的應(yīng)用范疇。比如利用聲學(xué)定位及激光技術(shù)去準(zhǔn)確地繪制海底地形及水下結(jié)構(gòu)物,并實(shí)時(shí)地生成一幅3D的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并傳送到陸地基站。水聲通訊技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得ROV/AUV直接和水下的控制設(shè)施通訊,這樣當(dāng)和水上的通訊設(shè)施通訊失敗時(shí),可以提供一個(gè)額外的通訊設(shè)施覆蓋。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷進(jìn)步使得純電動(dòng)ROV的數(shù)量在不斷增加,但這種ROV一般會(huì)使用在對環(huán)境比較敏感的區(qū)域,比如含有碳?xì)浠衔锏囊后w泄露造成的環(huán)境污染。大型純電動(dòng)ROV的電力消耗會(huì)明顯增加,這些電能必須通過臍帶纜傳送到水下的ROV本體,這也成為純電動(dòng)ROV發(fā)展的一個(gè)限制因素。相比之下,使用液壓動(dòng)力作為推進(jìn)器以及工作負(fù)載的動(dòng)力源是更高效的一種方式,在適合的環(huán)境區(qū)域內(nèi),液壓動(dòng)力ROV無疑在一段時(shí)間內(nèi)還將占據(jù)優(yōu)勢。
最新的發(fā)展是混合了ROV和AUV特點(diǎn)的水下無人潛器系統(tǒng)的出現(xiàn),它在降低海洋工程作業(yè)的運(yùn)行成本上表現(xiàn)出很多優(yōu)勢。按照現(xiàn)今技術(shù)的水平,將一臺AUV永久地部署在水下的“站點(diǎn)”并隨時(shí)待命接受指令進(jìn)行工作已經(jīng)完全可能。但設(shè)備長期待命,其可靠性和維護(hù)性是這種方案真正可行的關(guān)鍵因素。

在海底地形及海底管線路由的調(diào)查領(lǐng)域,這種ROV/AUV的混合型系統(tǒng)也有相當(dāng)?shù)哪芰梢蕴魬?zhàn)傳統(tǒng)的工作級ROV。雖然在兩種潛器系統(tǒng)上可以搭載的傳感器的性能表現(xiàn)上相差無幾,但是在水下不斷變化的動(dòng)態(tài)環(huán)境下,類似AUV系統(tǒng)的控制決策的響應(yīng)要比一個(gè)ROV飛手快得多,因此這種系統(tǒng)能夠提供一個(gè)更加穩(wěn)定的水下平臺供傳感器去采集數(shù)據(jù)。
未來無人潛器的發(fā)展會(huì)怎樣?是完全無人干預(yù)的潛航器在世界的各個(gè)海域自主巡航工作,還是使用混合型的無人潛器讓其處于自動(dòng)飛行模式但同時(shí)工程師持續(xù)地監(jiān)控潛器狀態(tài)?無論怎樣,潛器在水下出現(xiàn)意外情況時(shí)有后備的應(yīng)急方案是水下無人潛器設(shè)計(jì)者始終需要考慮的問題。