在距离海岸数十公里的渤海风电场海域,风浪交织。海面之下,水下机器人正沿着海床缓缓前行,时而调整航向,时而定点探测。它的目标很明确——找到裸露的海缆,再把它们稳稳埋进泥沙之下,如同为这些海缆盖上一层厚实的“沙被”。
渤海海域是我国海上风电、跨海通信和海洋牧场的核心区域。然而,随着海上能源与通信基础设施的快速建设,水下海缆安全隐患日益凸显。海缆被誉为海洋工程的血管,承担着电力输送和信息传输的重任。大连交通大学轨道交通智能感知与控制技术科研创新团队成员孟庆鑫说,“受海流冲刷、海底地质演变以及渔业活动的影响,海缆极易出现裸露、悬空甚至断裂的情况。”
海底电缆敷设领域的高端探测与施工技术多被国外垄断,而传统人工摸排方式效率低、风险高,难以应对复杂多变的海况。2017年起,工程师团队将目光锁定在渤海浅海与深海的过渡海域,致力于研发在能见度极低、干扰极强的复杂环境下,能高效精准地探测与埋设海缆的海底电缆敷设水下机器人。
受泥沙覆盖、海水浑浊、海底地形复杂等多重海底环境因素制约,海缆实际位置往往与预设路由存在一定偏差,这对设备稳定性提出了极高要求。为了让水下机器人不“迷路”、不“手抖”,工程师创新融合电磁探测技术与声呐探测技术,构建海缆智能探测系统。作业过程中,电磁传感器负责捕获海缆特征信号,快速识别目标海缆;声呐系统则同步获取海底地形及周边环境信息,对海缆路由进行连续追踪和空间定位。通过多源信息融合与智能分析,系统能够准确判断海缆位置、走向及埋设状态,为后续施工提供可靠的数据支撑。
“这就好比给机器人装上了两只互补的眼睛。声呐负责在大范围浑浊水域‘扫’出海缆的大致位置;电磁传感器则负责精准锁定海缆的精确走向。两者结合,哪怕是在被泥沙掩埋的情况下,也能将定位误差控制在5%以内。
针对海底复杂的工频干扰,2022年,工程师自研了相位抵消技术和小波去噪算法,搭建起DSP+ARM协同处理平台。“我们在算法层面把‘噪声’过滤掉,把微弱的缆线信号‘抓’出来,让机器人的决策反应速度提升了40%。机器人不仅能在300米水深处24小时不间断作业,还能在复杂海流中稳如磐石。 成果已成功应用于海南文昌国际光缆、浙江南麂岛海缆、广东海上风电等国家重点工程,为我国海洋工程装备国产化及海底基础设施安全提供重要技术支撑。