水下機(jī)器人為海底電纜蓋上“沙被”
來源：科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2026-06-29 17:50
近日，在距離海岸數(shù)十公里的渤海風(fēng)電場(chǎng)海域，風(fēng)浪交織。海面之下，水下機(jī)器人正沿著海床緩緩前行，時(shí)而調(diào)整航向，時(shí)而定點(diǎn)探測(cè)。它的目標(biāo)很明確——找到裸露的海纜，再把它們穩(wěn)穩(wěn)埋進(jìn)泥沙之下，如同為這些海纜蓋上一層厚實(shí)的“沙被”。這一幕并非科幻影視場(chǎng)景，而是大連交通大學(xué)軌道交通智能感知與控制技術(shù)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的作業(yè)實(shí)況。
過去，海底電纜的敷設(shè)和檢修多依賴傳統(tǒng)方法，效率低、風(fēng)險(xiǎn)高。大連交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年攻關(guān)，融合電磁探測(cè)、聲吶感知及水下機(jī)器人控制等技術(shù)，攻克了海纜智能探測(cè)與后埋設(shè)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)出擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海纜智能探測(cè)系統(tǒng)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)復(fù)雜海況下協(xié)同作業(yè)空白，并打破國(guó)外壟斷。上述成果已成功應(yīng)用于海南文昌國(guó)際光纜、浙江南麂島海纜、廣東海上風(fēng)電等國(guó)家重點(diǎn)工程，為我國(guó)海洋工程裝備國(guó)產(chǎn)化及海底基礎(chǔ)設(shè)施安全提供重要技術(shù)支撐。
海底電纜敷設(shè)機(jī)器人施工完成后浮出水面。受訪單位供圖
精準(zhǔn)分析海底復(fù)雜環(huán)境
渤海海域是我國(guó)海上風(fēng)電、跨海通信和海洋牧場(chǎng)的核心區(qū)域。然而，隨著海上能源與通信基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)，水下海纜安全隱患日益凸顯?！昂＠|被譽(yù)為海洋工程的血管，承擔(dān)著電力輸送和信息傳輸?shù)闹厝巍！贝筮B交通大學(xué)軌道交通智能感知與控制技術(shù)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員孟慶鑫向記者介紹，“受海流沖刷、海底地質(zhì)演變以及漁業(yè)活動(dòng)的影響，海纜極易出現(xiàn)裸露、懸空甚至斷裂的情況?！?/p>
長(zhǎng)期以來，海底電纜敷設(shè)領(lǐng)域的高端探測(cè)與施工技術(shù)多被國(guó)外壟斷，而傳統(tǒng)人工摸排方式效率低、風(fēng)險(xiǎn)高，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的海況。2017年起，團(tuán)隊(duì)將目光鎖定在渤海淺海與深海的過渡海域，致力于研發(fā)在能見度極低、干擾極強(qiáng)的復(fù)雜環(huán)境下，能高效精準(zhǔn)地探測(cè)與埋設(shè)海纜的海底電纜敷設(shè)水下機(jī)器人。
受泥沙覆蓋、海水渾濁、海底地形復(fù)雜等多重海底環(huán)境因素制約，海纜實(shí)際位置往往與預(yù)設(shè)路由存在一定偏差，這對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性提出了極高要求。為了讓水下機(jī)器人不“迷路”、不“手抖”，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新融合電磁探測(cè)技術(shù)與聲吶探測(cè)技術(shù)，構(gòu)建海纜智能探測(cè)系統(tǒng)。作業(yè)過程中，電磁傳感器負(fù)責(zé)捕獲海纜特征信號(hào)，快速識(shí)別目標(biāo)海纜；聲吶系統(tǒng)則同步獲取海底地形及周邊環(huán)境信息，對(duì)海纜路由進(jìn)行連續(xù)追蹤和空間定位。通過多源信息融合與智能分析，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷海纜位置、走向及埋設(shè)狀態(tài)，為后續(xù)施工提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
“這就好比給機(jī)器人裝上了兩只互補(bǔ)的眼睛。聲吶負(fù)責(zé)在大范圍渾濁水域‘掃’出海纜的大致位置；電磁傳感器則負(fù)責(zé)精準(zhǔn)鎖定海纜的精確走向。兩者結(jié)合，哪怕是在被泥沙掩埋的情況下，也能將定位誤差控制在5%以內(nèi)?！贝筮B交通大學(xué)軌道交通智能感知與控制技術(shù)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人陳少華介紹。
針對(duì)海底復(fù)雜的工頻干擾，2022年，團(tuán)隊(duì)自研了相位抵消技術(shù)和小波去噪算法，搭建起DSP+ARM協(xié)同處理平臺(tái)?！拔覀?cè)谒惴▽用姘选肼暋^濾掉，把微弱的纜線信號(hào)‘抓’出來，讓機(jī)器人的決策反應(yīng)速度提升了40%?！泵蠎c鑫介紹，機(jī)器人不僅能在300米水深處24小時(shí)不間斷作業(yè)，還能在復(fù)雜海流中穩(wěn)如磐石。
應(yīng)用于多個(gè)重點(diǎn)海洋工程
隨著海上風(fēng)電與跨海通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，海纜安全已成為海洋經(jīng)濟(jì)的“生命線”。近年來，團(tuán)隊(duì)圍繞海纜智能探測(cè)與后埋設(shè)關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)開展研究攻關(guān)，逐步形成覆蓋海纜探測(cè)定位、路徑追蹤、施工引導(dǎo)和后埋設(shè)作業(yè)的整體解決方案，成功應(yīng)用于多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)海洋工程項(xiàng)目。
團(tuán)隊(duì)成員牛玥介紹，2021年，團(tuán)隊(duì)承接海南文昌國(guó)際光纜登陸段后埋設(shè)施工項(xiàng)目，解決了復(fù)雜礁石區(qū)的埋設(shè)難題，為我國(guó)國(guó)際通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供技術(shù)支撐。同年，團(tuán)隊(duì)完成浙江南麂島海纜登陸段后埋設(shè)施工任務(wù)，其研發(fā)的機(jī)器人設(shè)備在東海急流中完成了海纜探測(cè)與后埋設(shè)作業(yè)，充分驗(yàn)證了機(jī)器人在復(fù)雜海況條件下作業(yè)的穩(wěn)定性。2023年，團(tuán)隊(duì)投身廣東海上風(fēng)電主纜埋設(shè)工程建設(shè)，創(chuàng)下11.6米/分鐘的行業(yè)領(lǐng)先埋設(shè)效率，為國(guó)內(nèi)大型海上風(fēng)電工程建設(shè)提供有力保障。
“海洋工程裝備智能化是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)?！标惿偃A介紹，團(tuán)隊(duì)將持續(xù)深化海纜探測(cè)與水下機(jī)器人、智能控制系統(tǒng)的融合創(chuàng)新，不斷提升設(shè)備在復(fù)雜海況下的作業(yè)能力。
孟慶鑫介紹，從近海通信光纜到海上風(fēng)電輸電線路，從近岸登陸段施工到深遠(yuǎn)海工程應(yīng)用，一系列工程項(xiàng)目的成功實(shí)踐，不僅充分驗(yàn)證了海纜智能探測(cè)與后埋設(shè)技術(shù)的可靠性，也推動(dòng)相關(guān)裝備不斷向智能化、高效化方向升級(jí)。目前，團(tuán)隊(duì)正積極探索無源探測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步拓展深海作業(yè)邊界，持續(xù)深化海纜探測(cè)與水下機(jī)器人、智能控制系統(tǒng)的融合創(chuàng)新。
在應(yīng)用推廣方面，團(tuán)隊(duì)正積極推動(dòng)核心技術(shù)“走出國(guó)門”，面向東南亞、中東、歐洲等海洋工程市場(chǎng)深化國(guó)際合作，推動(dòng)中國(guó)自主研發(fā)的海纜智能探測(cè)方案加速融入全球海洋工程體系，持續(xù)提升國(guó)產(chǎn)海洋裝備的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。在技術(shù)升級(jí)方面，團(tuán)隊(duì)正重點(diǎn)攻關(guān)大埋深海纜精準(zhǔn)探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)當(dāng)前行業(yè)普遍存在的“3米以上埋深定位精度不足”難題，研發(fā)新一代超深度探測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步提升復(fù)雜海況與深埋環(huán)境下的海纜識(shí)別與定位能力。
與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還在加快構(gòu)建智能化可視作業(yè)系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫顯示海纜相對(duì)于海底電纜敷設(shè)機(jī)器人的位置、走向及埋設(shè)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)水下施工過程的動(dòng)態(tài)感知與可視化管理，讓施工人員能夠更加直觀地掌握作業(yè)全貌，進(jìn)一步提升海洋工程施工效率與安全保障水平。
“海上工程現(xiàn)場(chǎng)是技術(shù)成熟度最直接的檢驗(yàn)平臺(tái)。”陳少華表示，海洋環(huán)境復(fù)雜多變，實(shí)驗(yàn)室中的技術(shù)成果只有經(jīng)過真實(shí)海況和工程場(chǎng)景的反復(fù)驗(yàn)證，才能真正形成服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心能力。經(jīng)過多個(gè)重大工程項(xiàng)目實(shí)踐檢驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的海纜智能探測(cè)與后埋設(shè)系統(tǒng)已具備復(fù)雜海況下連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)能力，為我國(guó)海洋工程建設(shè)提供了可靠的技術(shù)支撐。（張?zhí)N 付銘舉）
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