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AUV

领先图像©Ead72 / Adobe Stock

被辐射的浩克号内华达号航空母舰——伤痕累累,伤痕累累,枪口直指大洋深处——在太平洋下面三英里的深不可测的黑暗和难以进入的坟墓中,在一片幽暗中出现。

搜索公司和海洋无限(专门从事海洋考古和海底发现的公司)在自动水下航行器(AUV)的帮助下发现了这艘著名的“不沉之船”,这艘船在两次世界大战和比基尼环礁可怕的原子弹试验中幸存下来。

AUV实质上是一种水下无人机。自动水下航行器(AUV)平台能够在不被绑在水面或不需要人工操作的情况下执行任务,它正在彻底改变科学家和研究人员扫描和研究海洋的方式。

水下机器人的速度、效率和成本节约正在迅速重塑这一领域。

SEARCH高级副总裁吉姆•德尔加多(Jim Delgado)表示:“技术正在迅速超越并增强我们在公海和深海有效工作的能力。”德尔加多在小学时就梦想成为一名考古学家,他的职业生涯几乎把他带到了每一个海洋和深度。

Delgado表示,auv的速度、效率和成本节约正在迅速重塑该领域。2010年,在绘制泰坦尼克号残骸的地图时,他亲眼目睹了潜水机器人的能力。

两个REMUS 6000AUVs提供了一幅详细的地图,揭示了一个名副其实的物品时空胶囊,以及它对海床造成的痛苦影响。

德尔加多说:“看着这两艘水下机器人一起工作真是太棒了。”

AUV

一艘橙色安全AUV从海洋无限船上出发。信贷:海洋无穷

水下无人机的好处

这些auv是由伍兹霍尔海洋研究所开发的,吉姆·贝灵汉是该研究所海洋机器人中心的主任。贝灵汉是AUV领域的先驱,自80年代末以来一直在开发水下无人机。

AUV不仅能带来经济效益和效率效益,而且在全尺寸潜艇之外,它能比任何人在水下停留的时间都长。水下无人机正在海洋学、海洋生物学、军事和企业离岸利益方面发挥作用。

“如果不从AUV调查开始,我现在不会做任何项目。”

吉姆·德尔珈朵

贝灵汉说,经济是海洋研究的一个关键问题。想在海上做一些在陆地上经常做的事情吗?把成本乘以十倍。

“如果你想去深海游泳的话?”再乘一次,可能是100倍,”贝灵汉说。

考虑一下沉船搜索。研究船通过拖着声学传感器进行这些搜索,有时在数千英尺深的海底和数千英尺长的电缆末端进行搜索。贝灵汉说,这种阻力是巨大的,迫使船只在水面上爬行——每天可能要花费数万美元。

为了确保它们完全覆盖一个区域,船只会做所谓的“修剪草坪”,在一个空间中来回移动,以确保它们得到所有的东西。不过,把传感器拖在身后也有个问题;这事没那么容易发生。

贝灵汉说:“我必须非常缓慢地绕着圆圈转,然后重新进入那个区域。”“这就成了一个巨大的问题。”

AUV不需要拖缆或缆绳;把它扔到一边,它就能精准地修剪你的草坪,在两端都能自旋。贝灵汉说,带上一两个AUV也能让你的探险在其他方面更有效率。在AUV工作的同时,人类和水面舰艇还可以执行其他任务,这可能会改变整个搜索探险队的结构。

在某些应用中,AUV可以完全消除探险的需要。通过在岸上部署水下无人机,研究人员可以探索海洋,而不用担心天气状况,也不用担心在狭小的船舱里感染COVID-19的风险,这是最近的一个新担忧。

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斯克里普斯海洋研究所博士后埃里克·奥伦斯坦(Eric Orenstein)在圣地亚哥海岸外拿着一个AUV。图片来源:加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所杰夫实验室

斯克里普斯海洋研究所贾菲水下成像实验室的首席研究员朱尔斯·贾菲说,auv已经能够进行长时间的海底航行。(贾菲还帮助开发了水下光学系统寻找泰坦尼克号)。

有翅膀的滑翔机可以在海里划出抛物线,调节浮力以在水柱上上下浮动。

贾菲说:“这些东西可能会消失一两个月。”加州大学圣迭戈分校的阿尔戈号项目使用4000个自主浮子来收集盐度和温度数据,同时避免了推进动力问题。

“它们被洋流推来推去,这是我们感兴趣的,”贾菲说,他利用这个免费的机会收集洋流和洋流的数据。

给AUV眼睛

海法大学(University of Haifa)海洋成像实验室(Marine Imaging Lab)主任塔利·特莱比茨(Tali Treibitz)表示,目前的水下无人机主要依靠声学传感器引导飞行。即使是那些装备了水下摄像机的公司,也只是将其用于图像采集——绘制地理特征、海上石油基础设施、电信电缆和沉船——而不是用于导航。

特雷比茨的团队正致力于建立实时计算机视觉能力。

“水下机器人的视野仍处于起步阶段,”她说。“因为你在水下看不清楚,所以很难将摄像头作为机器人自主的输入。”

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塔利·特莱比茨博士和大学的SPARUS II AUV一起潜水。信贷:Matan尤

在斯克里普斯研究所(Scripps Institute)和贾菲(Jaffe)一起做博士后的特雷比茨正在开发一种图像增强算法这就逆转了水对光线和颜色的影响,本质上就是使海水蒸发。这将实时运行,结合她的同事Morel Groper开发的路径规划工具,自动控制无人机。

“我们想做的是给AUV一个‘眼睛’,”特雷比茨说。“让它能够实时处理图像,真正理解它看到的东西并做出反应。”

Treibitz说,声波传感器可以探测到更远的物体,但视觉可以提供更高分辨率的细节,这对水下机器人通常使用的测绘和搜索工作很重要。更好的计算机视觉也可以帮助海洋生物学家。

因为它们可以在水下停留更长的时间,auv有可能最终在科学观察所需的时间框架内遮蔽海洋生物。特雷比茨的团队已经确认了黄貂鱼和海龟的身份;澳大利亚的一个团队用水下无人机亨特以及棘冠海星在大堡礁;还有树林洞Mesobot是用来追踪水母的

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海法大学的SPARUS II AUV的部署图像。图片来源:特雷比茨海洋成像实验室

水下考古学家德尔加多设想,在不久的将来,模式识别人工智能可以被教会寻找特定的物体,比如,双耳瓶-并把它们从混乱的废墟中挑选出来。

Treibitz指出,水下摄像机,即使具有主动和增强的视觉,也要比声学传感器便宜得多。

Delgado说,AUV现在是一个必不可少的工具。

“如果不从AUV调查开始,我现在不会做一个项目,”他说。“特别是在深度。”

他们的高精确度和较低的运营成本正在改变勘探的面貌。德尔加多说,不仅在深渊中,而且在我们的祖先狩猎、耕种、建造、生活、爱和死亡的“淹没的边缘”。文明与海洋之间的联系可能是将历史连接在一起的重要线索,是最后一个有待填补的巨大空白。

德尔加多说:“我认为我们真的正处在一个发现、探索和理解的全新时代的边缘。”

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