用于4d環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，包括：綜合水下站點(diǎn)(101)，其裝備有攜載的儀器設(shè)備(202)；至少一個(gè)模塊式自主水下機(jī)器人(102)，所述機(jī)器人在待被監(jiān)測(cè)區(qū)域(107)內(nèi)可沿著一個(gè)指定路徑106運(yùn)動(dòng)；至少一個(gè)外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)，所述外部?jī)x器設(shè)備模塊能連接到所述機(jī)器人(102)；其中，所述綜合水下站點(diǎn)(101)包括?？繀^(qū)域(204)、接口系統(tǒng)(220)、用于為機(jī)器人(102)提供所述儀器設(shè)備模塊(206)的裝備系統(tǒng)(207)和管理系統(tǒng)(201)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于4D環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自主水下系統(tǒng)，用于持續(xù)、原地、長(zhǎng)期和大范圍環(huán)境監(jiān)測(cè)，特別是用于測(cè)量靠近海底的以及沿著水柱的環(huán)境參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在水下環(huán)境中測(cè)量環(huán)境參數(shù)意味著特別重要的活動(dòng)，最重要的是接近危險(xiǎn)區(qū)域，例如采油區(qū)域。
[0003]為了在海中執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，通常實(shí)施定期測(cè)量活動(dòng)，并且采用儀器并收集樣本，以便后續(xù)實(shí)驗(yàn)室分析。這種方法顯然不足以保證對(duì)正在進(jìn)行中的現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)有完整的了解，并且不能檢測(cè)到在使用過(guò)程中異常事件的發(fā)生。
[0004]當(dāng)需要連續(xù)觀測(cè)能力時(shí)，永久水下觀測(cè)臺(tái)被采用，所述水下觀測(cè)臺(tái)通過(guò)適當(dāng)?shù)膬x器能收集關(guān)于周?chē)h(huán)境的數(shù)據(jù)。
[0005]該精確方法對(duì)用于監(jiān)測(cè)涉及長(zhǎng)期環(huán)境現(xiàn)象的參數(shù)是有用的，如地震、海嘯、火山活動(dòng)，但其不易用于大范圍監(jiān)測(cè)。
[0006]為了克服該缺點(diǎn)，自主水下機(jī)器人，即本領(lǐng)域熟知的AUV(自主水下機(jī)器人)被越來(lái)越多地使用。
[0007]這些機(jī)器人通常裝備有用于水下運(yùn)動(dòng)的推進(jìn)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及用于收集有關(guān)水下環(huán)境的數(shù)據(jù)的各種測(cè)量?jī)x器。
[0008]如果被適當(dāng)?shù)鼐幊蹋珹UV允許在無(wú)需人工干涉的情況下，對(duì)預(yù)定區(qū)域進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)的水下探測(cè)。
[0009]然而，這些探測(cè)活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間受機(jī)器人能量自主程度的影響，在每次測(cè)量結(jié)束時(shí)，機(jī)器人必需到達(dá)基地，以便下載收集到的信息，并對(duì)能量?jī)?chǔ)存器再充電。
[0010]這些基地或站點(diǎn)一般位于水面上，以便人類(lèi)操作，特別是為了更簡(jiǎn)單地管理機(jī)器人停放、重新配置、再充電的數(shù)據(jù)。
[0011]水下站點(diǎn)是本領(lǐng)域公知的，其允許機(jī)器人在水下環(huán)境中被管理。
[0012]特別地，這些站點(diǎn)允許機(jī)器人再充電、并允許機(jī)器人為隨后的測(cè)量和上傳/下載其攜載儀器收集到的數(shù)據(jù)而重新配置。
[0013]該技術(shù)使得機(jī)器人的自主程度得到改進(jìn)，因此機(jī)器人在一個(gè)理論上的時(shí)間的無(wú)限期內(nèi)能連續(xù)探測(cè)海底。
[0014]專(zhuān)利申請(qǐng)US2009/0095209描述了 一個(gè)水下站點(diǎn)，該水下站點(diǎn)裝備有用于接收AUV、為其電池再充電并與其交換信息的裝置。
[0015]該方案允許完全在水下環(huán)境中處理的長(zhǎng)時(shí)間探測(cè)。
[0016]用于AUV的水下站點(diǎn)的另一個(gè)例子在專(zhuān)利申請(qǐng)US2009/0114140中描繪，其描述了用于支撐水下操作的系統(tǒng)。從能量、通信和維護(hù)角度來(lái)看，該系統(tǒng)允許對(duì)AUV、R0V(遙控機(jī)器人)和HROV (混合遙控機(jī)器人)的操縱。
[0017]特別地，當(dāng)這些機(jī)器人進(jìn)入接觸該系統(tǒng)，它們能接收探測(cè)用的能量，交換信息(即由攜載儀器收集到的數(shù)據(jù))，并進(jìn)行維護(hù)。
[0018]然而，還如同本領(lǐng)域目前已知技術(shù)那樣，該系統(tǒng)不允許機(jī)器人的探測(cè)任務(wù)去適應(yīng)當(dāng)前的具體需要，特別是它們不允許在水下環(huán)境中對(duì)機(jī)器人的儀器設(shè)備進(jìn)行重新配置。
[0019]這就要求對(duì)于每種類(lèi)型的探測(cè)而言，機(jī)器人必須配備先驗(yàn)的和特設(shè)的設(shè)備。
[0020]在本領(lǐng)域已知的方法和系統(tǒng)中，這種靈活性的缺乏限制了在水下環(huán)境中使用當(dāng)前探測(cè)方案的自主性。
[0021] 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用水下站點(diǎn)來(lái)對(duì)這些機(jī)器人進(jìn)行再充電以及進(jìn)行通信交換，建立能夠長(zhǎng)期和大范圍水下探測(cè)活動(dòng)的獨(dú)立的并且自主的系統(tǒng)的需求只能部分地獲得滿(mǎn)足。
[0022]在現(xiàn)有技術(shù)中，該使用也以根據(jù)模塊式構(gòu)造的自主水下機(jī)器人而被已知，該模塊式構(gòu)造允許機(jī)器人某種設(shè)置靈活性。該技術(shù)允許實(shí)現(xiàn)適于滿(mǎn)足各種操作需求的水下機(jī)器人。
[0023]例如，專(zhuān)利申請(qǐng)W003/059734描述了一種通過(guò)機(jī)械式模塊構(gòu)造的AUV，當(dāng)機(jī)械式模塊相互結(jié)合時(shí)，形成了滿(mǎn)足當(dāng)前特定探測(cè)需求的AUV。
[0024]在這種情況下，由各種模塊的組裝形成AUV在露天環(huán)境下手動(dòng)完成，但不在水下環(huán)境中手動(dòng)完成。
[0025]對(duì)目前已知的自主水下機(jī)器人來(lái)說(shuō)，AUV具有直接在水下環(huán)境的及時(shí)且自主的調(diào)制能力是不可能的。從深處重新浮起AUV以便能夠增加或修改攜載儀器的需求則意味著大量的時(shí)間浪費(fèi)，其極大地限制了這些系統(tǒng)的操作靈活性。
[0026]因此， 申請(qǐng)人:已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種自主水下機(jī)器人，該機(jī)器人能夠容納一個(gè)或多個(gè)外部?jī)x器設(shè)備模塊，外部?jī)x器設(shè)備模塊可以直接在現(xiàn)場(chǎng)互換，無(wú)需操作員的人工干預(yù)，從而因此使裝置完全適應(yīng)當(dāng)前的特定探測(cè)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)，特別是提供自主水下系統(tǒng)，該自主水下系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)、在現(xiàn)場(chǎng)和寬范圍地監(jiān)測(cè)與海洋環(huán)境相關(guān)參數(shù)，該自主水下系統(tǒng)由綜合水下站點(diǎn)和至少一個(gè)自主水下機(jī)器人構(gòu)成，它們互相協(xié)作，以允許各種類(lèi)型的環(huán)境探測(cè)。
[0028]特別地，本發(fā)明用于監(jiān)測(cè)海上活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響、表現(xiàn)未開(kāi)發(fā)區(qū)域的特性、支持污染地區(qū)的管理、監(jiān)測(cè)安裝在水下環(huán)境中的結(jié)構(gòu)的完整性、以及檢驗(yàn)第三方進(jìn)入待被監(jiān)測(cè)區(qū)域中的可能性。
[0029]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于各種環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下機(jī)器人，其可通過(guò)外部?jī)x器設(shè)備模塊被調(diào)整，外部?jī)x器設(shè)備模塊可連接到機(jī)器人的主體。
[0030]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供綜合水下站點(diǎn)，該綜合水下站點(diǎn)裝備有實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境測(cè)量類(lèi)型的裝置和儀器。
[0031]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供綜合水下站點(diǎn)，該綜合水下站點(diǎn)裝備有操縱和裝備模塊式自主水下機(jī)器人的裝置。
[0032]本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種用于四維環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法，該方法能沿著三維空間關(guān)于時(shí)間檢測(cè)數(shù)據(jù)。
[0033]本發(fā)明的這些和其它目的可通過(guò)提供如權(quán)利要求1、18和40限定的用于四維環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
[0034]用于四維環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)的其它特征由從屬權(quán)利要求提出。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]根據(jù)本發(fā)明的用于四維環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)的特征和優(yōu)點(diǎn)從下面說(shuō)明性和非限制性的描述中更明顯地示出，參見(jiàn)附圖，其中:
[0036]-圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于四維環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；
[0037]-圖2是定位在海底的綜合水下站點(diǎn)優(yōu)選實(shí)施例的透視圖；
[0038]-圖3a是模塊式自主水下機(jī)器人和與其連接的外部?jī)x器設(shè)備模塊的示意圖；
[0039]-圖3b是可被外部?jī)x器設(shè)備模塊裝置調(diào)整的自主水下機(jī)器人的優(yōu)選實(shí)施例的透視圖；
[0040]-圖4a是自主水下機(jī)器人的裝備系統(tǒng)和形成綜合水下站點(diǎn)的一部分的、用于自主水下機(jī)器人的停靠區(qū)域的剖面透視圖；
[0041]-圖4b是裝備有儀器設(shè)備模塊的裝備系統(tǒng)和形成綜合水下站點(diǎn)的一部分的透視圖；
[0042]-圖4c是能連接到自主水下機(jī)器人的儀器設(shè)備模塊的透視圖；
[0043]-圖5是綜合水下站點(diǎn)豎直剖面透視圖，其中，模塊式自主水下機(jī)器人停靠，以便通過(guò)外部?jī)x器設(shè)備模塊執(zhí)行裝備操作。
【具體實(shí)施方式】
[0044]參見(jiàn)附圖，這些附圖示出了一個(gè)用于四維環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)，其整體上用附圖標(biāo)記100表示。
[0045]本發(fā)明的第一個(gè)目的涉及用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)100，其包括:綜合水下站點(diǎn)101，該綜合水下站點(diǎn)101裝備有攜載儀器設(shè)備202 ;至少一個(gè)自主、模塊式水下機(jī)器人102，該水下機(jī)器人102在待被監(jiān)測(cè)區(qū)域107內(nèi)可沿著指定路徑106運(yùn)動(dòng)；和至少一個(gè)外部?jī)x器設(shè)備模塊206，該外部?jī)x器設(shè)備模塊206能連接到所述機(jī)器人102 ;其中，所述綜合水下站點(diǎn)101的特征在于其包括:
[0046]-至少一個(gè)?？繀^(qū)域204，所述?？繀^(qū)域204適于容納所述機(jī)器人102；
[0047]-至少一個(gè)接口系統(tǒng)220，所述接口系統(tǒng)220適于與所述已停靠的機(jī)器人102通?目;
[0048]-至 少一個(gè)裝備系統(tǒng)207，所述裝備系統(tǒng)207適于為所述已?？康臋C(jī)器人102提供所述儀器設(shè)備模塊206，并且包括至少一個(gè)停放區(qū)208，所述停放區(qū)208適于存放所述模塊206 ；
[0049]-至少一個(gè)管理系統(tǒng)201，所述管理系統(tǒng)201適于管理所述站點(diǎn)101的功能。
[0050]所述待被監(jiān)測(cè)區(qū)域107可以是有關(guān)海上活動(dòng)的一般水下區(qū)域，其中有儲(chǔ)油器103、與水面結(jié)構(gòu)104連接的管道和纜索105、以及在涉及油氣活動(dòng)的水下區(qū)域中常規(guī)存在的任何設(shè)備的抽取和接口基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
[0051]特別地，通過(guò)管道和纜索105與水下區(qū)域連接的水面結(jié)構(gòu)104可以是浮式平臺(tái)或附接到海底的結(jié)構(gòu)。
[0052]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述模塊式自主水下機(jī)器人102通過(guò)沿著指定路線(xiàn)106檢測(cè)所述待被監(jiān)測(cè)區(qū)域107，所述指定路線(xiàn)106按照同一機(jī)器人的自主計(jì)算的路徑或預(yù)
編程路徑。
[0053]特別地，所述指定路線(xiàn)106可由直線(xiàn)軌跡和/或彎曲軌跡構(gòu)成，路線(xiàn)在恒定的和/或可變的深度中，優(yōu)選在0-1500米之間。
[0054]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述綜合水下站點(diǎn)101包括金屬構(gòu)架205，所述金屬構(gòu)架205優(yōu)選由鋁合金制成，能通過(guò)具有支撐腳212的支腿210停放在海底上。
[0055]所述構(gòu)架205允許物理保護(hù)，以避免對(duì)攜載儀器設(shè)備202、儀器設(shè)備模塊206、和?？吭谡军c(diǎn)101的水下機(jī)器人102、以及包含在站點(diǎn)101中的任何其它設(shè)備造成的意外事故。
[0056]所述構(gòu)架205還允許接口系統(tǒng)220、裝備系統(tǒng)207、管理系統(tǒng)201和綜合水下站點(diǎn)101內(nèi)的各種部件被包含在其中。
[0057]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述模塊式自主水下機(jī)器人102在所述待被監(jiān)測(cè)區(qū)域107中執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)，通過(guò)攜載安裝在機(jī)器人102上的儀器和/或通過(guò)所述外部?jī)x器設(shè)備模塊206，收集關(guān)于水下環(huán)境和關(guān)于在其中操作的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的完整的數(shù)據(jù)。
[0058]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述裝備系統(tǒng)207為所述機(jī)器人102提供最適合的儀器設(shè)備模塊206，目的是根據(jù)從所述管理系統(tǒng)201接收的指令實(shí)行監(jiān)控任務(wù)。
[0059]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述外部?jī)x器設(shè)備模塊206保持在停放區(qū)208中，停放區(qū)208位于構(gòu)架205內(nèi)，裝備有機(jī)電儀器(未示出)，其允許模塊206與站點(diǎn)連接/脫開(kāi)連接。
[0060]特別地，所述儀器設(shè)備模塊206存放在所述停放區(qū)208中，并且當(dāng)連接到所述停放區(qū)208時(shí)，所述儀器設(shè)備模塊206能通過(guò)管理系統(tǒng)201被再充電、配置、編程和運(yùn)行。
[0061]在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述停放區(qū)208是自動(dòng)系統(tǒng)，優(yōu)選地，為旋轉(zhuǎn)裝置(圖4b)，其基于編程的探測(cè)任務(wù)或遙控控制驅(qū)動(dòng)來(lái)操縱儀器設(shè)備模塊206，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人102的裝載或卸載操作。
[0062]一旦所述儀器設(shè)備模塊206與所述停放區(qū)208已經(jīng)脫開(kāi)連接，它們就通過(guò)裝備系統(tǒng)207中的機(jī)電裝置(未示出)放置在水下機(jī)器人102上。
[0063]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述綜合水下站點(diǎn)101包括攜載儀器設(shè)備202，該攜載儀器設(shè)備202可以是固定的209或可動(dòng)的213，適于測(cè)量至少一個(gè)以下參數(shù):
[0064]-溫度；
[0065]-導(dǎo)電性；
[0066]-溶解氧的濃度和/或飽和度百分比；
[0067]-濁度；
[0068]-懸浮顆粒的濃度和/或分布圖；
[0069]-熒光(例如，涉及葉綠素和⑶0M)；
[0070]-pH 值；
[0071]-溶解氣體的濃度(例如，CH4,H2S, CO2)；
[0072]-碳?xì)浠衔锏臐舛?例如，PAH)；
[0073]-營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度(例如，硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、氨)；[0074]-微量金屬元素的濃度；
[0075]-洋流的方向和速度分布圖；
[0076]-波浪的高度和方向；
[0077]-潮位；
[0078]-聲波壓力(例如，通過(guò)水聽(tīng)器對(duì)例如鯨類(lèi)動(dòng)物的海洋生物的存在和經(jīng)過(guò)進(jìn)行聲學(xué)監(jiān)測(cè))；
[0079]-活的生物體的生物反應(yīng)(例如，特別是裝有儀器的軟體動(dòng)物的夾具的開(kāi)/閉頻率)。
[0080]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述固定的攜載儀器設(shè)備209完全容納在構(gòu)架205中，并包括至少一個(gè)傳感器214和至少一個(gè)本地控制單元215，本地控制單元215適于管理傳感器的所有功能，例如，采集數(shù)據(jù)、供能、控制，等等。
[0081]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述可動(dòng)的攜載儀器設(shè)備213與固定的攜載儀器設(shè)備209不同之處在于，由于浮動(dòng)單元217，所述可動(dòng)的攜載儀器設(shè)備213能將測(cè)量?jī)x器設(shè)備從站點(diǎn)101移出，浮動(dòng)單元217內(nèi)部裝有至少一個(gè)傳感器和纜索218，纜索218防止浮動(dòng)單元與站點(diǎn)101脫離連接。
[0082]當(dāng)由絞盤(pán)216的動(dòng)作卷繞時(shí)，由于自身與站點(diǎn)101的接合作用，所述纜索218允許裝備有傳感器的浮動(dòng)單元217返回站點(diǎn)101內(nèi)。
[0083]浮動(dòng)單元217的這種豎直運(yùn)動(dòng),使得能夠繪制水柱的剖面圖(profiling)、通過(guò)容納在其中的傳感器收集從海底開(kāi)始的不同高度處的水下環(huán)境數(shù)據(jù)。
[0084]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述綜合水下站點(diǎn)101包括位于所述構(gòu)架205內(nèi)的管理系統(tǒng)201，所述管理系統(tǒng)201適于管理站點(diǎn)的功能，特別是各種攜載儀器設(shè)備之間的通信；與水面結(jié)構(gòu)104之間的接口 ；供電的分配與調(diào)節(jié)；系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)(狀態(tài)、報(bào)警等)的監(jiān)測(cè)；通過(guò)各種儀器獲得的數(shù)據(jù)的收集與存儲(chǔ)；外部?jī)x器設(shè)備模塊206的配置與選擇；以及監(jiān)測(cè)任務(wù)的編程。
[0085]特別地，所述管理系統(tǒng)201能通過(guò)至少一個(gè)臍帶式纜索211與水面結(jié)構(gòu)104連接，臍帶式纜索211允許站點(diǎn)101的傳輸數(shù)據(jù)和/或供能。
[0086]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述綜合水下站點(diǎn)101包括位于所述構(gòu)架205內(nèi)部的停靠區(qū)域204，所述?？繀^(qū)域204適于允許機(jī)器人102進(jìn)/出和臨時(shí)停靠在水下站點(diǎn)101內(nèi)。
[0087]機(jī)器人102在該?？繀^(qū)域204的進(jìn)和出通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?dǎo)引裝置更有利，該導(dǎo)引裝置可選自:水聲定位系統(tǒng)、電視攝像機(jī)、光、接近傳感器219、入口隔壁。
[0088]特別地，形成所述停靠區(qū)域204的一部分的所述導(dǎo)引裝置能連接到管理系統(tǒng)201。
[0089]優(yōu)選地，所述?？繀^(qū)域204可包括水平面和位于水平面中的開(kāi)口 203，機(jī)器人102在進(jìn)入站點(diǎn)101后停放在水平面上，裝備系統(tǒng)207通過(guò)開(kāi)口 203將儀器設(shè)備模塊206和已停靠的機(jī)器人102連接。
[0090]應(yīng)該指出，當(dāng)模塊式自主水下機(jī)器人102定位在?？繀^(qū)域204中時(shí)，所述站點(diǎn)的所述接口系統(tǒng)220允許至少一個(gè)下面的操作能實(shí)現(xiàn):
[0091]-機(jī)器人102和站點(diǎn)101之間的數(shù)據(jù)通信；
[0092]-對(duì)機(jī)器人102的電池312再充電。[0093]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述接口系統(tǒng)220由直接的連接裝置構(gòu)成，例如連接插座或接觸元件。
[0094]在可選實(shí)施例中，位于所述站點(diǎn)101和所述機(jī)器人102之間的所述接口系統(tǒng)220
由無(wú)線(xiàn)通信裝置構(gòu)成。
[0095]在這個(gè)特定方案中，所述機(jī)器人102的電池312可通過(guò)電磁感應(yīng)系統(tǒng)再充電。
[0096]應(yīng)該指出，這些感應(yīng)系統(tǒng)是本領(lǐng)域熟知的，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是可得的，相比常規(guī)例行工作并不需要施加額外的限制。
[0097]本發(fā)明的第二個(gè)目的涉及一種裝備有攜載測(cè)量傳感器311的模塊式自主水下機(jī)器人102，所述水下機(jī)器人102包括:至少一個(gè)主推進(jìn)器302 ;用于精確定位的至少一個(gè)輔助推進(jìn)器305、306、307 ;外殼301 ;至少一個(gè)電子控制模塊313 ;至少一個(gè)能量?jī)?chǔ)備器312 ；至少一個(gè)連接系統(tǒng)308，其特征在于:所述水下機(jī)器人102包括用于附接至少一個(gè)外部?jī)x器設(shè)備模塊206的裝置317，其中，所述外部?jī)x器設(shè)備模塊206裝備有至少一個(gè)測(cè)量傳感器314。
[0098]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述主推進(jìn)器302和精確定位的輔助推進(jìn)器305、306、307具有螺旋槳，并由外殼301內(nèi)的至少一個(gè)馬達(dá)310操作，所述馬達(dá)310優(yōu)選是電動(dòng)的。
[0099]特別地，側(cè)部推進(jìn)器305、前部推進(jìn)器306和頂部/底部推進(jìn)器307用于機(jī)器人102在空間中的精確位移，從而給其寬泛的操縱和定位能力。
[0100]機(jī)器人102的操縱能力可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)舵303進(jìn)一步促進(jìn)。
[0101]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述外殼301由抗腐蝕材料制成，優(yōu)選復(fù)合材料。
[0102]必需在空氣中操作的內(nèi)部部件，如電子控制模塊313和能量?jī)?chǔ)備器312，被裝在一個(gè)或多個(gè)水密容器309中，水密容器309優(yōu)選由鈦制成并能承受優(yōu)選高達(dá)300巴的高壓。
[0103]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述攜載測(cè)量傳感器311實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)以下參數(shù)的測(cè)量:
[0104]-溫度；
[0105]-導(dǎo)電性；
[0106]-溶解氧的飽和度濃度和/或百分比；
[0107]-濁度；
[0108]-突光(例如,涉及葉綠素和/或⑶0M)；
[0109]-pH 值；
[0110]-溶解氣體的濃度(例如，CH4,H2S, CO2)；
[0111]-碳?xì)浠衔锏臐舛?例如，PAH)。
[0112]特別地，位于外殼301內(nèi)的所述攜載測(cè)量傳感器311能通過(guò)位于外殼301自身上的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 304接觸到海水。
[0113]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述附接裝置317可以是機(jī)電啟動(dòng)裝置，并使得模塊206鉤住機(jī)器人102。
[0114]所述機(jī)器人102可包括與外部?jī)x器設(shè)備模塊206通信的通信裝置(未示出)，從而允許除了可能的能量交換外，還允許信息雙向交換，以便于由各傳感器收集的數(shù)據(jù)同步。
[0115]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述模塊式自主水下機(jī)器人102可包括連接系統(tǒng)308，該連接系統(tǒng)308能與接口系統(tǒng)220接合，以在機(jī)器人102和水下站點(diǎn)101之間進(jìn)行通信交換。所述連接系統(tǒng)308還允許為攜載能量?jī)?chǔ)備器312再充電。
[0116]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述模塊式自主水下機(jī)器人102可包括電子控制模塊313，電子控制模塊313管理推進(jìn)器、攜載傳感器311、能量?jī)?chǔ)備器312、附接裝置317、連接系統(tǒng)308以及與外部?jī)x器設(shè)備模塊206通信的可能的通信裝置的功能和控制。
[0117]在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述能量?jī)?chǔ)備器312是電池，優(yōu)選為鋰離子或鋰聚合物電池。
[0118]應(yīng)該指出，機(jī)器人可被制造成具有外殼301，所述外殼301具有扁平的外形、特別是具有平坦的下表面，以有利于機(jī)器人102停放在綜合水下站點(diǎn)101上或海底上。
[0119]特別地，當(dāng)機(jī)器人102接近站點(diǎn)101時(shí)，外殼301的下表面能容易地?cái)R置在?？繀^(qū)域204的表面上，從而使得裝備系統(tǒng)207通過(guò)表面的開(kāi)口 203介入在機(jī)器人上。
[0120]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，裝備有測(cè)量傳感器314的所述外部?jī)x器設(shè)備模塊206可包括:
[0121]-連接裝置319;
[0122]-通信裝置320;
[0123]-外殼318;
[0124]-控制單元316。
[0125]在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述外部?jī)x器設(shè)備模塊206包括至少一個(gè)內(nèi)部能量源315，優(yōu)選為電池。
[0126]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，控制單元316和能量源315能裝在一個(gè)或多個(gè)水密容器321中，水密容器321位于外殼318內(nèi)，并能承受水下高壓。
[0127]所述水密容器321優(yōu)選由鈦制成。
[0128]應(yīng)該指出，為了更好地避免可能的碰撞，并確保機(jī)器人具有足夠的流體動(dòng)力能力，所述控制單元316、所述傳感器314和所述內(nèi)部的能量源315都裝在所述外殼318內(nèi)。所述外殼318優(yōu)選由復(fù)合材料或者另一種抗腐蝕材料制成。
[0129]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述連接裝置319使得儀器設(shè)備模塊206鉤住水下綜合站點(diǎn)101的裝備系統(tǒng)207或鉤住機(jī)器人102，從而保證機(jī)器人102在水中移動(dòng)期間的完整聯(lián)接。
[0130]在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述連接裝置319能被所述控制單元316機(jī)械地或機(jī)電地驅(qū)動(dòng)或由外殼318上的適當(dāng)?shù)爻尚蔚牟蹣?gòu)成。
[0131]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述通信裝置320允許與外部設(shè)備(如機(jī)器人102或綜合水下站點(diǎn)101的裝備系統(tǒng)207)進(jìn)行交換信息和/或能量供應(yīng)。
[0132]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述通信裝置320允許由傳感器314實(shí)現(xiàn)的測(cè)量結(jié)果與由所述機(jī)器人102的那些攜載傳感器311實(shí)現(xiàn)的測(cè)量結(jié)果同步。
[0133]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制單元316控制測(cè)量傳感器314的功能、能量供給的調(diào)節(jié)和分配、以及與機(jī)器人102的接合。
[0134]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，安裝在所述外部?jī)x器設(shè)備模塊206中的所述測(cè)量傳感器314可以從以下類(lèi)型傳感器選擇:
[0135]-光學(xué)傳感器(照相機(jī)、錄像機(jī))；
[0136]-聲學(xué)傳感器(聲納、回聲探測(cè)器)；[0137]-自動(dòng)碳?xì)浠衔锓治鰞x；
[0138]-自動(dòng)苯酚分析儀；
[0139]-自動(dòng)微量金屬分析儀；
[0140]-自動(dòng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分析儀。
[0141]本發(fā)明的第三個(gè)目的涉及一種在水下環(huán)境中的4D環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，其包括根據(jù)本發(fā)明的綜合水下站點(diǎn)101、至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的外部?jī)x器設(shè)備模塊206、和至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的模塊式自主水下機(jī)器人102，其特征在于:
[0142]-通過(guò)綜合水下站點(diǎn)101，為模塊式自主水下機(jī)器人102選擇和提供至少一個(gè)外部?jī)x器設(shè)備模塊206 ；
[0143]-將外部?jī)x器設(shè)備模塊206附接到模塊式自主水下機(jī)器人102；
[0144]-模塊式自主水下機(jī)器人102以及與其附接的外部?jī)x器設(shè)備模塊206從綜合水下站點(diǎn)101離開(kāi)；
[0145]-通過(guò)模塊式自主水下機(jī)器人102以及與其附接的外部?jī)x器設(shè)備模塊206沿著預(yù)定路線(xiàn)或基于由傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)而實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的路線(xiàn)執(zhí)行測(cè)量；
[0146]-通過(guò)模塊式自主水下機(jī)器人102以及與其附接的外部?jī)x器設(shè)備模塊206中的傳感器執(zhí)行水下環(huán)境的測(cè)量和數(shù)據(jù)收集；
[0147]-模塊式自主水下機(jī)器人102返回綜合水下站點(diǎn)101；
[0148]-通過(guò)綜合水下站點(diǎn)101下載收集到的數(shù)據(jù)；
[0149]-通過(guò)綜合水下站點(diǎn)101對(duì)模塊式自主水下機(jī)器人102的電池再充電；
[0150]-模塊式自主水下機(jī)器人102停靠在綜合水下站點(diǎn)101內(nèi)，直到接到執(zhí)行隨后的任務(wù)為止；
[0151]-通過(guò)綜合水下站點(diǎn)101攜載儀器設(shè)備202對(duì)水下環(huán)境測(cè)量和收集數(shù)據(jù)；
[0152]-處理由模塊式自主水下機(jī)器人102、外部?jī)x器設(shè)備模塊206和儀器設(shè)備202收集的數(shù)據(jù)的組合，用以分析水下環(huán)境。
[0153]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述方法允許通過(guò)關(guān)聯(lián)在檢測(cè)時(shí)收集的數(shù)據(jù)和測(cè)量位置進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。
[0154]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述收集的數(shù)據(jù)代表測(cè)量以下參數(shù)中的至少一個(gè):
[0155]-溫度；
[0156]-導(dǎo)電性；
[0157]-溶解氧的飽和度濃度和/或百分比；
[0158]-濁度；
[0159]-懸浮顆粒的濃度和/或分布圖；
[0160]-熒光(例如，涉及葉綠素和⑶0M)；
[0161]-pH 值；
[0162]-溶解氣體的濃度(例如，CH4,H2S, CO2)；
[0163]-碳?xì)浠衔锏臐舛龋?br> [0164]-營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度；
[0165]-微量金屬元素的濃度；
[0166]-苯酚的濃度；[0167]-洋流的方向和速度分布圖；
[0168]-波浪的高度和方向；
[0169]-潮位；
[0170]-聲波壓力(例如，通過(guò)水聽(tīng)器對(duì)海洋生物，例如鯨類(lèi)動(dòng)物，的存在和經(jīng)過(guò)進(jìn)行聲學(xué)監(jiān)測(cè))；
[0171]-活的生物體的生物反應(yīng)(例如，特別裝有儀器的軟體動(dòng)物的夾具的開(kāi)/閉頻率)；
[0172]-光學(xué)和/或聲學(xué)圖像，例如，被檢查的海底和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
[0173]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述選擇的路線(xiàn)可基于預(yù)先制定的地圖或基于處理即時(shí)收集的數(shù)據(jù)來(lái)通過(guò)管理系統(tǒng)201自主確定，或者作為一種替代，也可以使用連接到站點(diǎn)101的表面系統(tǒng)(未不出)來(lái)確定路線(xiàn)。
[0174]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，與時(shí)間相關(guān)的所述收集的數(shù)據(jù)在處理后，給出了所監(jiān)測(cè)的水下環(huán)境的全面視圖，即四維視圖。
[0175]實(shí)施例
[0176]自主水下系統(tǒng)100，其目的是用于:定位在涉及石油和天然氣活動(dòng)的區(qū)域107內(nèi)，按照?qǐng)D1所示放置在海底上，其中，模塊式自主水下機(jī)器人102沿著基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)103和管道105定位的預(yù)設(shè)路線(xiàn)106運(yùn)動(dòng)，管道105將所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)連接到水面平臺(tái)104上。
[0177]在探測(cè)任務(wù)106過(guò)程中，模塊式自主水下機(jī)器人102通過(guò)其安裝的攜載傳感器和/或儀器設(shè)備模塊206上的傳感器獲得有關(guān)海洋環(huán)境的數(shù)據(jù)和在其中操作的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體性，在任務(wù)結(jié)束后，返回位于海底的綜合水下站點(diǎn)101。
[0178]特別地，被所述自主水下系統(tǒng)100監(jiān)測(cè)的區(qū)域?qū)捈s4千米，長(zhǎng)約4千米，深度約I千米。
[0179]綜合水下站點(diǎn)101包括如圖2中的金屬構(gòu)架205，由于設(shè)有四個(gè)支撐足212的四條支撐腿210,金屬構(gòu)架205穩(wěn)固地位于海底上。
[0180]該站點(diǎn)運(yùn)行所必需的各種系統(tǒng)被設(shè)置在所述構(gòu)架205內(nèi)，構(gòu)架205具有5米X5米的基部以及3.5米的高度。特別地，站點(diǎn)包括控制系統(tǒng)201，該控制系統(tǒng)201通過(guò)臍帶式纜索211與浮式平臺(tái)104通信。
[0181]該控制系統(tǒng)201將完成的監(jiān)測(cè)任務(wù)的信息發(fā)送出去，并接收下一個(gè)任務(wù)配置的信
肩、O
[0182]該控制系統(tǒng)201還處理通過(guò)臍帶式纜索211從水面結(jié)構(gòu)接收的電力的分配與調(diào)節(jié)。
[0183]該控制系統(tǒng)201還管理與各種攜載儀器設(shè)備的通信、測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和在處理前對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
[0184]所述控制系統(tǒng)201還確保系統(tǒng)的各種技術(shù)參數(shù)的控制(狀態(tài)、報(bào)警等)。
[0185]站點(diǎn)101在其內(nèi)部包括兩種類(lèi)型的攜載儀器設(shè)備202，固定型的儀器設(shè)備209、可移動(dòng)型的儀器設(shè)備213，其允許對(duì)水下環(huán)境各種參數(shù)的測(cè)量。
[0186]某些用于攜載的儀器設(shè)備的傳感器在下文中簡(jiǎn)要地說(shuō)明。
[0187]一種用于測(cè)量溫度、導(dǎo)電率和由此產(chǎn)生的參數(shù)(含鹽度、密度、聲速)的傳導(dǎo)性、溫度和深度傳感器。特別地，使用Seabird Electronics公司的CTD SBE-16傳感器。[0188]一種用于測(cè)量溶解氧的飽和度濃度和/或百分比的光學(xué)傳感器。特別地，使用AADI公司的4330F型傳感器。
[0189]一種用于通過(guò)藍(lán)區(qū)波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量濁度的傳感器。特別地，使用WETLABS公司的ECO-NTU型傳感器。
[0190]一種用于測(cè)量懸浮顆粒的濃度和/或分布圖的高頻聲學(xué)傳感器。特別地，使用Aquatec公司的AQUAscatlOOO型傳感器。
[0191]一種用于測(cè)量熒充性的熒光儀，例如葉綠素和CD0M。特別地，使用WETLABS公司的ECO FL型熒光儀。
[0192]一種用于測(cè)量pH的傳感器。特別地，使用Seabird Electronics公司的SBE-27型傳感器。
[0193]一種用于測(cè)量溶解的甲烷的濃度的傳感器。特別地，使用Franatec公司的METS型傳感器。
[0194]—種用于測(cè)量碳?xì)浠衔锏臐舛鹊膫鞲衅鳌Ｌ貏e地，使用Contros公司的HydroC型傳感器。
[0195]一種用于測(cè)量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度的傳感器，所述營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括:硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、氨。特別地，使用Envirotech Instruments公司的NAS3-X現(xiàn)場(chǎng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)型傳感器。
[0196]一種用于測(cè)量微量金屬的濃度的傳感器，所述微量金屬例如為:銅、鉛、鎘、鋅、錳和鐵。特別地，使用Idronaut公司的VIP水下伏安探測(cè)型傳感器。
[0197]—種用于測(cè)量洋流的方向和速度分布圖的傳感器。特別地，使用RD Instruments公司的Workhorse Monitor ADCP聲學(xué)多普勒洋流剖面型傳感器。
[0198]—種用于測(cè)量潮位的傳感器。特別地，使用Paroscientific公司的8CB系列高壓深度傳感器。
[0199]一種用于測(cè)量聲波壓力的傳感器。特別地，使用RESON公司的TC-4042水聽(tīng)器型傳感器。
[0200]一種用于測(cè)量軟體動(dòng)物生物學(xué)反應(yīng)的傳感器。特別地，使用Biota Guard公司開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。
[0201]對(duì)于可動(dòng)的儀器設(shè)備213而言，這包括由復(fù)合材料制成的浮動(dòng)單元217，其含有一個(gè)或多個(gè)測(cè)量傳感器。由于罩體217是在水中漂浮，它可以沿著水柱繪制剖面圖。
[0202]一旦這些操作已經(jīng)完成，電絞盤(pán)216重繞將浮動(dòng)單元217和站點(diǎn)101連接的纜索18，從而對(duì)構(gòu)架205內(nèi)的可動(dòng)儀器設(shè)備213重新定位。
[0203]與此相反，固定儀器設(shè)備209被牢固地束縛到構(gòu)架205，但在必要的情況下，通過(guò)使用裝備有合適的操縱臂的ROV的常規(guī)水下介入物，固定儀器設(shè)備209也能被取代。
[0204]站點(diǎn)101在構(gòu)架內(nèi)包括?？繀^(qū)域204,參見(jiàn)圖2、4a和5,該?？繀^(qū)域204包括指示尺寸為4000X2000毫米的水平面，該水平面能容易地容納模塊式自主水下機(jī)器人102。
[0205]所述?？繀^(qū)域204還包括一些儀器設(shè)備，這些儀器設(shè)備操作成支撐機(jī)器人102，以便于其在站點(diǎn)101內(nèi)定位。特別地，一些聲學(xué)定位系統(tǒng)和接近傳感器219安裝在?？繀^(qū)域204內(nèi)，其檢測(cè)機(jī)器人102向所述區(qū)域的接近。
[0206]該?？繀^(qū)域204還包括在水平支撐面中的開(kāi)口 203，通過(guò)開(kāi)口 203，外部?jī)x器設(shè)備模塊206被安裝在機(jī)器人102上。[0207]在進(jìn)入站點(diǎn)101時(shí)，機(jī)器人102在特定位置中被定位在?？繀^(qū)域204的平面上，該位置允許裝備系統(tǒng)207通過(guò)平面的開(kāi)口 203容易地對(duì)機(jī)器人102操作，以存放和更換外部?jī)x器設(shè)備模塊206。
[0208]特別地，裝備系統(tǒng)207將從機(jī)器人102卸下的儀器設(shè)備模塊206定位在停放區(qū)域208內(nèi)，并接收來(lái)自控制系統(tǒng)201的指令，以便將新的外部?jī)x器設(shè)備模塊206移成定位在機(jī)器人102上。
[0209]所有可用的外部?jī)x器設(shè)備模塊206都容納在停放區(qū)域208內(nèi)，特別地，它們?nèi)菁{在傳送帶系統(tǒng)中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)，該傳送帶系統(tǒng)便于將預(yù)定用于執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)的模塊206移除；剩余的模塊206仍與傳送帶連接，以便再充電和配置操作。
[0210]一旦儀器設(shè)備模塊206已經(jīng)被移除，裝備系統(tǒng)207就將儀器設(shè)備模塊206帶成與附接裝置317對(duì)應(yīng)地放到機(jī)器人102的下方，然后，完成外部模塊206與機(jī)器人102的連接操作。
[0211]使用的外部?jī)x器設(shè)備模塊206具有連接裝置319，連接裝置319相對(duì)于外殼318突出，如圖4c所示。
[0212]這些連接裝置319允許模塊連接到裝備系統(tǒng)207和機(jī)器人的附接裝置317。
[0213]特別地，外部?jī)x器設(shè)備模塊206的外殼318由復(fù)合材料制成。
[0214]模塊內(nèi)的部件必須在空氣中操作，例如控制單元316和內(nèi)部能量源315，它們裝在能耐高壓的水密封容器321中。
[0215]外部?jī)x器設(shè)備模塊206具有帶平端的圓柱形式，在某些配置中，長(zhǎng)度達(dá)到1500毫米，直徑達(dá)到250毫米。
[0216]當(dāng)模塊206被裝備系統(tǒng)207正確安放時(shí)，附接裝置317將把外部?jī)x器設(shè)備模塊206卡塞在機(jī)器人102上。
[0217]只有隨后被裝備系統(tǒng)207的機(jī)電裝置釋放，模塊206才能返回存放位置。
[0218]儀器設(shè)備模塊206還具有適當(dāng)?shù)倪B接裝置，所述連接裝置作為一個(gè)通信裝置320，用于與機(jī)器人102或與水下站點(diǎn)101的信息和數(shù)據(jù)交換。
[0219]該連接允許與模塊206的輸入和輸出的信息交換。
[0220]特別地，當(dāng)模塊206通過(guò)附接裝置317連接到機(jī)器人102時(shí)，通信裝置320接觸到模塊式自主水下機(jī)器人102的連接裝置(未示出)。
[0221]儀器裝置311和314通過(guò)該連接同步，從而獲得與時(shí)間關(guān)聯(lián)的單一測(cè)量。
[0222]使用的模塊式自主水下機(jī)器人102具有帶扁平形狀的外殼301，以便在海底上和站點(diǎn)101的平面204上提供更好的支撐；并且包括一組推進(jìn)器，這些推進(jìn)器使得該裝置能在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)(參見(jiàn)圖3b)。特別地，在機(jī)器人102的艉部處定位有兩個(gè)主推進(jìn)器302，而在機(jī)器人102的兩側(cè)上定位有兩個(gè)后部輔助側(cè)推進(jìn)器305和四個(gè)前部輔助側(cè)推進(jìn)器306。最后，在每側(cè)上還有兩個(gè)上部和下部輔助推進(jìn)器307，它們位于機(jī)器人102的艏部和艉部。所有的推進(jìn)器都由電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
[0223]所有推進(jìn)器的組合給了機(jī)器人在空間中運(yùn)動(dòng)和定位的最大靈活性，還給了在運(yùn)行時(shí)使機(jī)器人102水平地穩(wěn)定的可能性。
[0224]這些推進(jìn)器由可再充電的鋰離子電池312供電，鋰離子電池312能確保至少8個(gè)小時(shí)的自主運(yùn)行。[0225]舵303也促進(jìn)了在監(jiān)控探測(cè)過(guò)程106中對(duì)待遵循的軌跡的操縱和建立。
[0226]機(jī)器人102的攜載傳感器311通過(guò)外殼301上的開(kāi)口 304直接與海水接觸。
[0227]機(jī)器人102具有如下尺寸:3750 X 1500 X 750毫米(長(zhǎng)X寬X高)。
[0228]機(jī)器人102的攜載傳感器311和外部?jī)x器設(shè)備模塊206的測(cè)量傳感器314允許測(cè)量涉及時(shí)間和位置的大量參數(shù)。特別地，機(jī)器人裝備有攜載儀器設(shè)備用于測(cè)量以下參數(shù):
[0229]-溫度、導(dǎo)電率和壓力，由Seabird公司的CTDSBE-49傳感器測(cè)量；
[0230]-濁度，由WETLABS公司的ECO-NTU型傳感器測(cè)量；
[0231 ]-用于葉綠素和⑶OM的熒光性，由WETLABS公司的ECO FL傳感器測(cè)量；
[0232]-溶解氧的濃度和飽和度百分比，由AADI公司的4330F型傳感器測(cè)量；
[0233]-PAH碳?xì)浠衔锏捏w積濃度，由C0NTR0S公司的HydroC傳感器測(cè)量。
[0234]外部?jī)x器設(shè)備模塊206可連接到機(jī)器人并且根據(jù)任務(wù)程序可選擇，其設(shè)想了以下方案:
[0235]?水樣采集模塊，裝備有Envirotech Instruments公司的自動(dòng)取樣器AquaMonitor,
[0236]?觀測(cè)模塊，用于水下設(shè)施的泄漏檢測(cè)或目測(cè)檢查，例如，油管、歧管、PLEMS等。其配備有用于監(jiān)測(cè)以下列參數(shù)/數(shù)據(jù)的儀器設(shè)備:
[0237]-圖象和視頻，通過(guò)ROS(遠(yuǎn)程海洋系統(tǒng))公司生產(chǎn)的高分辨率彩色攝像機(jī)INSPECT0RHD 顯出；
[0238]-甲烷的濃度，通過(guò)Franatech公司的METS傳感器顯出；
[0239]-PAH碳?xì)浠衔锏捏w積濃度，通過(guò)C0NTR0S公司的HydroC傳感器示出；
[0240]-顏料示蹤物的存在，通過(guò)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)Bowtech示出，Bowtech使用LED-540燈和單色遠(yuǎn)距離攝像機(jī)600TVL。
[0241].污染物分析模塊，用于在原處測(cè)量以下參數(shù):
[0242]-微量金屬元素的濃度，通過(guò)Idronaut公司的VIP探測(cè)器測(cè)量；
[0243]-特定碳?xì)浠衔锏臐舛?，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)分析儀測(cè)量；
[0244]-苯酚的濃度，通過(guò)分析儀測(cè)量；
[0245]-營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，通過(guò)EnvirotechInstruments公司的NAS3-X傳感器測(cè)量。
[0246]?聲波測(cè)量模塊，使用Applied Signal Technology Inc公司生產(chǎn)的合成開(kāi)孔聲納Prosas Surveyor 測(cè)量。
[0247]最后，很顯然，如此構(gòu)思的系統(tǒng)，可以進(jìn)行許多修改和變型，但都包括在本發(fā)明中；而且，所有的細(xì)節(jié)都可以由技術(shù)上等同的元件被取代。在實(shí)踐中，所用的材料以及尺寸，都可以根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行改變。
【權(quán)利要求】
1.一種用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，包括:綜合水下站點(diǎn)(101)，所述綜合水下站點(diǎn)裝備有攜載儀器設(shè)備(202);至少一個(gè)模塊式自主水下機(jī)器人(102)，所述機(jī)器人在待被監(jiān)測(cè)區(qū)域(107)內(nèi)沿著指定路徑(106)能運(yùn)動(dòng)；能連接到所述機(jī)器人(102)的至少一個(gè)外部?jī)x器設(shè)備模塊(206);其中，所述綜合水下站點(diǎn)(101)的特征在于包括: -至少一個(gè)?？繀^(qū)域(204)，所述?？繀^(qū)域適于容納所述機(jī)器人(102)； -至少一個(gè)接口系統(tǒng)(220)，所述接口系統(tǒng)適于與已停靠的所述機(jī)器人(102)通信；-至少一個(gè)裝備系統(tǒng)(207)，所述裝備系統(tǒng)適于為所述已停靠的機(jī)器人(102)提供所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)，并且包括至少一個(gè)停放區(qū)(208)，所述停放區(qū)適于存放所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)； -至少一個(gè)管理系統(tǒng)(201)，所述管理系統(tǒng)適于管理所述綜合水下站點(diǎn)(101)的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述模塊式自主水下機(jī)器人(102)通過(guò)沿著指定路線(xiàn)(106)檢測(cè)所述待被監(jiān)測(cè)區(qū)域(107)，所述指定路線(xiàn)按照由同一機(jī)器人進(jìn)行的自主計(jì)算的路徑或預(yù)編程路徑。
3.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述模塊式自主水下機(jī)器人(102)在所述待被監(jiān)測(cè)區(qū)域(107)中執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)，通過(guò)安裝在機(jī)器人(102)上的儀器設(shè)備和/或通過(guò)所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)，來(lái)收集關(guān)于水下環(huán)境和關(guān)于在水下環(huán)境中操作的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的完整性的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)保持在停放區(qū)(208)中，所述停放區(qū)位于構(gòu)架(205)內(nèi)并裝備有機(jī)電裝置，所述機(jī)電裝置允許所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)與綜合水下站點(diǎn)連接/脫開(kāi)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述綜合水下站點(diǎn)(101)包括的攜載儀器設(shè)備(202)是固定的攜載儀器設(shè)備(209)或可動(dòng)的攜載儀器設(shè)備(213)，適于測(cè)量至少一個(gè)以下參`數(shù): _溫度； -導(dǎo)電性； -溶解氧的濃度和/或飽和度百分比； -濁度； -懸浮顆粒的濃度和/或分布圖； -熒光性； -PH 值； -溶解氣體的濃度； -碳?xì)浠衔锏臐舛龋? -營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度； -微量金屬的濃度； -洋流的方向和速度分布圖； -波浪的高度和方向； -潮位； -聲波壓力； -活的生物體的生物反應(yīng)。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述固定的攜載儀器設(shè)備(209)完全容納在構(gòu)架(205)中，并且包括至少一個(gè)傳感器(214)和至少一個(gè)本地控制單元(215)，所述本地控制單元適于管理所述傳感器的所有功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述可動(dòng)的攜載儀器設(shè)備(213)與所述固定的攜載儀器設(shè)備(209)的不同之處在于，由于浮動(dòng)單元(217)，所述可動(dòng)的攜載儀器設(shè)備能從綜合水下站點(diǎn)(101)移出，浮動(dòng)單元內(nèi)部容納有纜索(218)和至少一個(gè)傳感器，所述纜索防止浮動(dòng)單元與綜合水下站點(diǎn)(101)脫開(kāi)連接。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述管理系統(tǒng)(201)能通過(guò)至少一個(gè)臍帶式纜索(211)連接到水面結(jié)構(gòu)(104)，所述臍帶式纜索允許綜合水下站點(diǎn)(101)的數(shù)據(jù)傳輸和/或供給能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，機(jī)器人(102)在該?？繀^(qū)域(204)中的進(jìn)和出通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?dǎo)引裝置促進(jìn)，所述導(dǎo)引裝置選自:聲定位系統(tǒng)、攝像機(jī)、光、接近傳感器(219)、漏斗形物。
10.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，當(dāng)模塊式自主水下機(jī)器人(102)定位在?？繀^(qū)域(204)中時(shí)，所述綜合水下站點(diǎn)的所述接口系統(tǒng)(220)允許至少一個(gè)如下操作實(shí)現(xiàn): -機(jī)器人(102)和綜合水下站點(diǎn)(101)之間的數(shù)據(jù)通信； -對(duì)機(jī)器人(102)的電池(312)再充電。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述接口系統(tǒng)(220)由直接的連接裝置構(gòu)成，所述直接的連接裝置例如為連接插座或接觸元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的自主水下系統(tǒng)(100)，其中，所述綜合水下站點(diǎn)(101)和所述機(jī)器人(102)之間的所述接口系統(tǒng)(220)由無(wú)線(xiàn)通信裝置構(gòu)成。
13.一種模塊式自主水下機(jī)器人(102)，裝備有攜載測(cè)量傳感器(311)，所述模塊式自主水下機(jī)器人包括至少一個(gè)主推進(jìn)器(302)、用于精確定位的至少一個(gè)輔助推進(jìn)器(305)、(306)、(307)、外殼(301)、至少一個(gè)電子控制模塊(313)、至少一個(gè)能量?jī)?chǔ)備器(312)、至少一個(gè)連接系統(tǒng)(308)，其特征在于:所述模塊式自主水下機(jī)器人包括附接裝置(317)，用于附接至少一個(gè)外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)，其中，外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)裝備有至少一個(gè)測(cè)量傳感器(314)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述主推進(jìn)器(302)和用于精確定位的輔助推進(jìn)器(305)、(306)、(307)具有螺旋槳，并由位于外殼(301)內(nèi)的至少一個(gè)電馬達(dá)(310)操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述外殼(301)由抗腐蝕復(fù)合材料制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，電子控制模塊(313)和能量?jī)?chǔ)備器(312)被容納在一個(gè)或多個(gè)水密容器(309)中，所述水密容器由鈦制成，并能承受聞達(dá)300巴的壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述攜載測(cè)量傳感器(311)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)以下參數(shù)的測(cè)量: _溫度；-導(dǎo)電性； -溶解氧的飽和度濃度和/或百分比； -濁度； -熒光； -PH 值； -溶解氣體的濃度； -碳?xì)浠衔锏臐舛取?br> 18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，位于外殼(301)內(nèi)的所述攜載測(cè)量傳感器(311)通過(guò)位于外殼(301)上的至少一個(gè)開(kāi)口(304)與海洋環(huán)境連通。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述附接裝置(317)被機(jī)電地啟動(dòng)，并允許外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)鉤住水下機(jī)器人(102)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述機(jī)器人(102)包括與外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)通信的通信裝置，所述通信裝置允許信息的雙向交換，以便于由各傳感器收集的數(shù)據(jù)同步。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述模塊式自主水下機(jī)器人(102)包括連接系統(tǒng)(308)，所述連接系統(tǒng)能與接口系統(tǒng)(220)接合，以在機(jī)器人(102)和綜合水下站點(diǎn)(101)之間進(jìn)行通信交換。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述外殼(301)具有帶平坦的下表面的扁平外形，以便有利于機(jī)器人擱置在綜合水下站點(diǎn)(101)上或海底上。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，裝備有測(cè)量傳感器(314)的所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)包括: -連接裝置(319)，所述連接裝置允許所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)鉤住水下綜合站點(diǎn)(101)的裝備系統(tǒng)(207)或鉤住機(jī)器人(102)； -通信裝置(320)，所述通信裝置允許由測(cè)量傳感器(314)實(shí)現(xiàn)的測(cè)量結(jié)果與由所述機(jī)器人(102)上的傳感器(311)實(shí)現(xiàn)的測(cè)量結(jié)果同步； -外殼(318)； -控制單元(316)，所述控制單元控制測(cè)量傳感器(314)的功能、能量供給的調(diào)節(jié)和分配、與機(jī)器人(102)的接合。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)包括至少一個(gè)內(nèi)部能量源(315)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，控制單元(316)和能量源(315)容納在至少一個(gè)水密容器(321)中，水密容器(321)由鈦制成，并位于外殼(318)內(nèi)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，所述外殼(318)由復(fù)合材料或其它材料制成。
27.根據(jù)權(quán)利要求13所述的模塊式自主水下機(jī)器人(102)，其中，安裝在所述外部?jī)x器設(shè)備模塊(206)中的所述測(cè)量傳感器(314)從以下類(lèi)型的傳感器中選擇: -光學(xué)傳感器；-聲學(xué)傳感器;-自動(dòng)碳?xì)浠衔锓治鰞x；-自動(dòng)苯酚分析儀；-自動(dòng)微量金屬分析儀；-自動(dòng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分析儀。`
【文檔編號(hào)】B63C11/52GK103796912SQ201280023873
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】F·加斯帕羅尼, M·法瓦雷托, T·格拉索 申請(qǐng)人:艾尼股份公司