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項目成果/簡介: 經(jīng)過多年的努力，國內(nèi)AUV研究已取得長足進展，然而仍存在可靠性差、智能水平低等問題，難以應(yīng)對復(fù)雜海底環(huán)境，不能滿足我們對高效率作業(yè)和長期自主性的迫切需求。為解決上述關(guān)鍵問題，中國海洋大學(xué)致力于研發(fā)面向長航程深海觀測任務(wù)的具有數(shù)據(jù)驅(qū)動能力的新一代AUV系統(tǒng)。在結(jié)合自主導(dǎo)航系統(tǒng)精確定位與高性能的運動控制基礎(chǔ)上，根據(jù)AUV調(diào)查任務(wù)需求，通過對海量高維觀測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征實行快速分析，賦予AUV系統(tǒng)對航行路徑的智能決策能力，極大提升了海洋調(diào)查任務(wù)實施的質(zhì)量與效率。 “旗魚”系列AUV是具備高智能性、自主性、靈活性的自主式水下機器人，在海洋科學(xué)研究、資源調(diào)查、應(yīng)急搜救等民用領(lǐng)域，以及情報偵測、探雷滅雷、戰(zhàn)場支援等軍事領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。旗魚系列AUV具備如下優(yōu)點： （1）易操作，具有圖形化的任務(wù)界面使得任務(wù)規(guī)劃過程簡單快捷； （2）易布放和收回，三型AUV都配備專用布放回收吊鉤，用戶可以使用簡易回收桿手動使?jié)撈髋c母船吊放機構(gòu)建立連接； （3）大航程，可選高配置電池艙，續(xù)航力可增加50%； （4）高航速，水動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計，航速最高可達5節(jié)； （5）高可靠性，聲學(xué)跟蹤功能、AUV纏繞物切斷與自主擺脫、冗余自救設(shè)計、硬件軟件設(shè)計和測試等，確保系統(tǒng)高可靠性； （6）模塊化設(shè)計，系統(tǒng)包含基本配置與用戶自定義配置，可根據(jù)任務(wù)要求更換模塊化任務(wù)艙段。項目階段:小試、中試階段效益分析:民用市場：未來5年，AUV年需求量5~10倍的增長，集中在海洋漁業(yè)、港口安防、近海能源設(shè)施無人值守、海洋工程服務(wù)、海洋觀測網(wǎng)等。軍用市場：隨著新式作戰(zhàn)模式的確立，將有爆發(fā)時發(fā)展，未來海上戰(zhàn)爭逐漸走向無人化，各種海洋機器人武器系統(tǒng)將大量裝備。潛在合作單位：青島澎湃海洋探索技術(shù)有限公司、青島海力旭機電科技有限公司、青島華通軍工投資有限公司、杭州騰海科技有限公司等。知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權(quán)知識產(chǎn)權(quán)編號:ZL200810237864.X 201510789501.7技術(shù)成熟度:通過中試技術(shù)先進程度:達到國內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:無

項目成果/簡介:水下機器人作為一種高新技術(shù)手段在海洋開發(fā)和利用領(lǐng)域的重要性不亞于宇宙火箭在探索宇宙空間中的作用。它可以代替人類完成復(fù)雜海洋環(huán)境，特別是深海異常環(huán)境（如地質(zhì)活動頻繁的熱液區(qū)）的環(huán)境探測、資源調(diào)查和開發(fā)等任務(wù)，因而具有十分廣闊的應(yīng)用前景和科研價值。“神龍?zhí)枴鄙詈Ｋ聶C器人（AUV）是一種具有高精度水下自主導(dǎo)航能力和多種海洋要素觀測能力的自主水下探測與運載平臺，可以實現(xiàn)深海復(fù)雜環(huán)境下大范圍、多尺度的精確自主導(dǎo)航以及大深度、大范圍、多參數(shù)、實時觀測，對解決深海大洋研究面臨的重大科學(xué)挑戰(zhàn)、支撐“透明海洋”工程建設(shè)具有重要的意義。該機器人可以完成1500m以內(nèi)的海底地形地貌測繪、自適應(yīng)多AUV組網(wǎng)觀測、多海洋環(huán)境參數(shù)綜合觀測、海底深海礦藏勘查、水下救援等，為突發(fā)海洋事件應(yīng)急處理、深海大洋高機動性實時觀測、水下目標(biāo)探測及預(yù)警等提供了重要設(shè)備支撐。項目階段:工業(yè)化生產(chǎn)階段效益分析:“神龍?zhí)枴鄙詈Ｋ聶C器人搭載自主研發(fā)的基于聲納和水下視覺的高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)，可以克服單一導(dǎo)航系統(tǒng)的不足，充分發(fā)揮聲學(xué)導(dǎo)航、視覺和結(jié)構(gòu)光導(dǎo)航系統(tǒng)各自的優(yōu)勢，為AUV向更廣闊、更長程、更復(fù)雜的工作海域發(fā)展提供有力的保障，對AUV使用成本的降低和產(chǎn)業(yè)化起到極大的推動作用。“神龍?zhí)枴鄙詈Ｋ聶C器人可廣泛應(yīng)用于海底基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)維護、水下考古、深海礦藏勘查，深海環(huán)境考察、海洋工程等領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊，而且經(jīng)濟效益顯著。與駐青的青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室、青島海洋地質(zhì)研究所、海軍潛艇學(xué)院開展合作，現(xiàn)階段處在項目支持的前期研究中。與外地的合作單位有：中船重工集團，國家海洋局等單位。知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權(quán)知識產(chǎn)權(quán)編號:ZL201010534188.X技術(shù)成熟度:可以量產(chǎn)技術(shù)先進程度:達到國際先進水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:無獲得經(jīng)費:400.00萬元

本發(fā)明公開了一種微型自主式水下航行器，包括機身、安裝在機身上的推進單元和控制單元，所述機身的底面中部為導(dǎo)流區(qū)，所述推進單元包括多臺橫置在導(dǎo)流區(qū)周邊用以控制水流進出導(dǎo)流區(qū)下方的雙向推進器，所述機身依靠導(dǎo)流區(qū)與水流之間的作用力而升降。本發(fā)明的微型自主式水下航行器，不僅使運動更加靈活，還可使航行器直接垂直方向運動即上浮或下潛，動力也更加充足，并且有效簡化了航行器的結(jié)構(gòu)，控制過程也更簡單，提高了工作效率和工作質(zhì)量，本發(fā)明在上升和下沉過程中，可以沒有水平的移動，從而使機身運行更平穩(wěn)，定位更準(zhǔn)確。

經(jīng)過多年的努力，國內(nèi)AUV研究已取得長足進展，然而仍存在可靠性差、智能水平低等問題，難以應(yīng)對復(fù)雜海底環(huán)境，不能滿足我們對高效率作業(yè)和長期自主性的迫切需求。為解決上述關(guān)鍵問題，中國海洋大學(xué)致力于研發(fā)面向長航程深海觀測任務(wù)的具有數(shù)據(jù)驅(qū)動能力的新一代AUV系統(tǒng)。在結(jié)合自主導(dǎo)航系統(tǒng)精確定位與高性能的運動控制基礎(chǔ)上，根據(jù)AUV調(diào)查任務(wù)需求，通過對海量高維觀測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征實行快速分析，賦予AUV系統(tǒng)對航行路徑的智能決策能力，極大提升了海洋調(diào)查任務(wù)實施的質(zhì)量與效率。 “旗魚”系列AUV是具備高智能性、自主性、靈活性的自主式水下機器人，在海洋科學(xué)研究、資源調(diào)查、應(yīng)急搜救等民用領(lǐng)域，以及情報偵測、探雷滅雷、戰(zhàn)場支援等軍事領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。旗魚系列AUV具備如下優(yōu)點： （1）易操作，具有圖形化的任務(wù)界面使得任務(wù)規(guī)劃過程簡單快捷； （2）易布放和收回，三型AUV都配備專用布放回收吊鉤，用戶可以使用簡易回收桿手動使?jié)撈髋c母船吊放機構(gòu)建立連接； （3）大航程，可選高配置電池艙，續(xù)航力可增加50%； （4）高航速，水動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計，航速最高可達5節(jié)； （5）高可靠性，聲學(xué)跟蹤功能、AUV纏繞物切斷與自主擺脫、冗余自救設(shè)計、硬件軟件設(shè)計和測試等，確保系統(tǒng)高可靠性； （6）模塊化設(shè)計，系統(tǒng)包含基本配置與用戶自定義配置，可根據(jù)任務(wù)要求更換模塊化任務(wù)艙段。

水下機器人作為一種高新技術(shù)手段在海洋開發(fā)和利用領(lǐng)域的重要性不亞于宇宙火箭在探索宇宙空間中的作用。它可以代替人類完成復(fù)雜海洋環(huán)境，特別是深海異常環(huán)境（如地質(zhì)活動頻繁的熱液區(qū)）的環(huán)境探測、資源調(diào)查和開發(fā)等任務(wù)，因而具有十分廣闊的應(yīng)用前景和科研價值。 “神龍?zhí)?rdquo;深海水下機器人（AUV）是一種具有高精度水下自主導(dǎo)航能力和多種海洋要素觀測能力的自主水下探測與運載平臺，可以實現(xiàn)深海復(fù)雜環(huán)境下大范圍、多尺度的精確自主導(dǎo)航以及大深度、大范圍、多參數(shù)、實時觀測，對解決深海大洋研究面臨的重大科學(xué)挑戰(zhàn)、支撐“透明海洋”工程建設(shè)具有重要的意義。 該機器人可以完成1500m以內(nèi)的海底地形地貌測繪、自適應(yīng)多AUV組網(wǎng)觀測、多海洋環(huán)境參數(shù)綜合觀測、海底深海礦藏勘查、水下救援等，為突發(fā)海洋事件應(yīng)急處理、深海大洋高機動性實時觀測、水下目標(biāo)探測及預(yù)警等提供了重要設(shè)備支撐。

本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)水上水下空化射流噴嘴。高壓水噴嘴裝在低壓水噴嘴內(nèi)，緊靠在低壓水噴嘴的淹沒腔臺肩上；在低壓水噴嘴軸向空氣腔室內(nèi)裝有閥芯，閥芯連桿的一端與靠近淹沒腔一端的閥芯連接，另一端穿過圓盤套筒與彈性膜片連接，圓盤套筒和空氣腔室為過盈配合，彈性膜片和圓盤套筒為密封連接，高壓水噴嘴的進氣口經(jīng)氣孔后，一路與空氣腔室連通，另一路經(jīng)高壓噴嘴節(jié)流口、高壓噴嘴出口與淹沒腔連通，低壓水噴嘴的低壓水入口經(jīng)閥芯中部縫隙、低壓水管路與淹沒腔連通。本發(fā)明利用水上環(huán)境和水下環(huán)境的差異性，根據(jù)外界工作環(huán)境的變化做出自適應(yīng)調(diào)節(jié)，起到節(jié)能和提高工作效率的作用；該過程不需要人工調(diào)節(jié)，同時降低能耗，達到節(jié)能效果。

研發(fā)了多種海底/水下履帶式全地形作業(yè)車樣機，綜合采用虛擬樣機技術(shù)、機電液控多系統(tǒng)聯(lián)合仿真技術(shù)及多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法。現(xiàn)已開展虛擬現(xiàn)實分析、陸地軟底質(zhì)試驗及大型實驗室水池試驗。 全地形作業(yè)車可在海底/水下稀軟底質(zhì)、硬底質(zhì)以及復(fù)雜崎嶇地形上自主行走作業(yè)，具備穩(wěn)定行走、爬坡越障、自主避障、路徑跟蹤控制等綜合行走通過性能；可攜帶多種作業(yè)工具并提供動力與控制，具備良好的重載性、機動性及可靠性。

本發(fā)明公開了一種水下浮體的新型安裝方法，將下水過程分為速度調(diào)整和自由下水兩個階段，在速度調(diào)整階段，依據(jù)建立的不同重力浮力差的下水曲線數(shù)據(jù)庫為指導(dǎo)，通過浮力設(shè)定以及不斷的監(jiān)測與反饋調(diào)整，使浮體在規(guī)定入水距離內(nèi)到達目標(biāo)速度，調(diào)整重力浮力差為零，進入自由下水階段；在自由下水階段，浮體僅在水體阻力作用下作減速運動，最終在速度為零時到達指定深度，完成整個下水過程，本方法具有操作簡單、安全可控、成本低廉等優(yōu)點。

一、項目簡介 水下目標(biāo)檢測與識別，是水下機器人等相關(guān)系統(tǒng)能夠被高效應(yīng)用的前提。然而現(xiàn)有系統(tǒng)難以應(yīng)對水下圖像能見度較低，對比度差，存在顏色漂移和邊緣模糊等問題；另外，水下圖像樣本稀少且缺乏足夠的變化性，使得相關(guān)基于機器學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測與識別系統(tǒng)由于缺乏訓(xùn)練樣本而無法有效應(yīng)用。 二、前期研究基礎(chǔ) 項目利用深度學(xué)習(xí)等新的理論突破，提出兩種解決方案，一種是通過結(jié)合水下成像原理與深度風(fēng)格遷移、生成對抗網(wǎng)絡(luò)等算法，由普通光學(xué)圖像生成水下圖像，構(gòu)建水下圖像目標(biāo)檢測與識別仿真庫，該數(shù)據(jù)庫一方面數(shù)據(jù)量大且具有較大的變化性，也即場景與目標(biāo)均具有較大的變化性；另一方面，由于是由普通光學(xué)圖像遷移獲得，因而也可以直接應(yīng)用普通光學(xué)圖像自身的標(biāo)簽信息，無需再對其進行標(biāo)注。另一種是研究基于水下退化圖像處理算法的檢測和識別系統(tǒng)，解決由水下圖像的色彩漂移和細節(jié)丟失等退化現(xiàn)象帶來的目標(biāo)檢測和識別問題。同時通過水下退化圖像處理模塊和檢測識別系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化技術(shù)，可以實現(xiàn)退化圖像的增強方法與檢測識別系統(tǒng)的最佳匹配。在保證處理后的退化圖像性能指標(biāo)的前提下，進一步提升水下圖像的目標(biāo)檢測識別性能。 三、應(yīng)用技術(shù)成果 1）基于深度學(xué)習(xí)風(fēng)格遷移的水下圖像生成效果示例 a為自然場景圖像中的目標(biāo)檢測結(jié)果；b為模擬生成的水下風(fēng)格圖像及其目標(biāo)檢測結(jié)果；c為圖像增強后的目標(biāo)檢測結(jié)果。 四、合作企業(yè) 無

項目所屬科技領(lǐng)域為海洋裝備技術(shù)。項目突破了小型化混合驅(qū)動水下滑翔機大深度、長航程、高精度等關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明了小型化大容量浮力精準(zhǔn)調(diào)節(jié)裝置、海洋溫差能驅(qū)動裝置及螺旋槳與浮力調(diào)節(jié)混合驅(qū)動裝置，引領(lǐng)了新型水下滑翔機技術(shù)發(fā)展。已授權(quán)中國發(fā)明專利21項、美國專利1項，發(fā)表論文68篇。研制成功系列化產(chǎn)品，應(yīng)用于我國重大工程和海洋科學(xué)研究，取得顯著經(jīng)濟效益和社會效益，為國家海洋經(jīng)濟發(fā)展和提升海洋國防能力做出重大貢獻。