扩展的水下机器人准备好漏油事件
哈维尔吉拉伯特 • 30 三月 2018
无人驾驶车辆在“Clara Campoamor”船舱甲板上 - 6个AUV; 1架USV，1架无人机 - 在2017年6月的卡塔赫纳演习中。 （照片提供：Javier Gilabert）
两个AUV和一个USV在他们的停车位准备开始任务。 （照片提供：Javier Gilabert）
X8无人机起飞。 （照片提供：Javier Gilabert）
准备部署五艘AUV。 （照片提供：Javier Gilabert）
在停放位置使用AUV进行USV部署。 （照片提供：Javier Gilabert）
X8无人机从甲板上起飞。网络准备着陆。 （照片提供：Javier Gilabert）
“Neptus”指挥与控制软件屏幕监控执行任务的车辆。 （照片提供：Javier Gilabert）
部署Remus 600以加入其他机队 - 5个AUV和1个USV - 开始无人驾驶的多车协作任务。 （照片提供：Javier Gilabert）
Javier Gilabert1，JoãoSousa2，ZoranVukić3，Georgios Georgiou4，Laura de la Torre5，David McMyler6，Mark Inall6，Juhan Ernits8，Martin Ludvigsen9，Marc Carreras10，Gabriel Oliver11，MariaJoãoCosta2，AntónioSérgioFerreira2，Dan Hayes4，NadirKapetanović3，Francisco López-Castejón1，MilanMarković3，Miguel Massot11，Dula Nad3，Petter Norgren9，JoãoLuísPereira2，NúriaPujol12，ManuelAntónioRibeiro2，CarolinaRodríguez1，Paulo Sousa Dias2，Matt Toberman6，Dionisio Tudela1，JüriVain8，Emily Venables6。
1卡塔赫纳理工大学，2波尔图大学，水下系统和技术实验室，3萨格勒布大学，水下系统和技术实验室（LABUST），4塞浦路斯大学，海洋学中心，5SASEMAR，西班牙海事安全局，6Irish海岸警卫队，7苏格兰海洋科学协会 - SAMS，8Tallin技术大学 - TUT，9 Girona大学--UG，10巴利阿里群岛大学 - UIB，11Norges Teknisk-Naturvitenskatelige大学 - NTNU，12海军技术中心CSIC。
在使用新兴的机器人技术到达地面之前跟踪水中的石油泄漏，弥补了现有传统技术（建模和卫星）之间的差距，为决策者提供决策支持系统。最近已经证明，水下油羽可以来自底部泄漏或形成地下羽流的表面斑点。这些设备的分布式智能结合流体动力学模型可以建立溢出的高精度和动态图像。这种协作式多功能机器人技术将允许使用便宜，灵活，可扩展，精确和快速的决策支持系统，提高响应这些事件的能力。
适用于石油泄漏的扩展水下机器人（e-URready4OS）是一个欧盟共同资助的项目（总局 - 欧洲公民保护和人道主义援助部门，DG-ECHO），旨在联合部队提供一系列自主水下运载工具AUV），无人机（UAV）和无人地面车辆（USV），这些车辆具有使用新型协作式多功能机器人技术（http://www.upct.es/urready4os）对石油泄漏进行干预的作战能力。
该项目是URready4OS上一个项目的自然延伸，其中证明了用于水油检测和监测的机器人资产协作多车队概念。
将这一概念转变为一种可操作的工具需要改进已有的系统，扩大拥有新资产的船队以及将技术转让给溢油应急人员。该项目的主要目标和预期成果如下：
- 扩大现有的URready4OS船队（从5个到12个资产），能够检测到水中的油。
- 通过演练为新队加入队伍提供培训。
- 使用包含特定版本的Neptus的新软件开发改进当前系统。
- 提高开源免费提供MEDSLIK-II模型跟踪小规模溢出的能力。
- 通过简短的理论和实践课程将专有技术转移到海事安全机构（MSA）。
来自八个欧盟国家的11个机构，大学和医疗保健机构构成了这一伙伴关系：卡塔赫纳理工大学 - UPCT（协调员）;海洋学中心 - 塞浦路斯大学 - OC-UC，波多黎各大学大学，萨格勒布大学 - UZ，社会科学院和社会科学院 - SASEMAR，爱尔兰海岸警卫队 - ICG，苏格兰海洋科学协会 - 塔林大学SAMS技术学院 - TUT，Universitat de Girona - UG，Universitat de les Illes Balears - UIB和挪威科技大学 - NTNU。
e-URready4OS系统由多个资产组成，具有不同的能力和特点，包括来自六个不同制造商的AUV（自主水下运载工具），USV（无人水面运载工具）和UAV（无人驾驶飞行器），由开源指挥和控制软件（NEPTUS）。
AUV的车队包括三个LAUV，两个IVER2，两个Sparus和一个Remus 600.轻型自主水下航行器（LAUV）由OceanScan MST（一家来自水下系统和技术实验室的衍生公司 - LSTS - 波尔图大学， http://www.oceanscan-mst.com/）针对具有成本效益的海洋学，水文学，安全和监测调查的创新性独立或联网操作。基于模块化设计，该平台的构建坚固可靠。 IVER2 AUV是由Ocean Server Technology，Inc（http://www.ocean-server.com/）制造的众所周知的小型便携式AUV。凭借数以千计的任务成功记录，它非常适合成像和环境调查，包括研究，开发和基于OEM的应用程序。 IVER2设计允许整合新的传感器和功能。 Sparus II AUV是IQUA（赫罗纳大学分拆公司，http：//quarobotics.com/）制造的多功能轻型悬停式车辆，具有任务特定的有效负载区域。有效载荷区可以由最终用户定制，并且基于ROS的开放式软件架构可用于任务编程。 Remus由Hydroid（https://www.km.kongsberg.com/hydroid）制造，Kongsberg Maritime是Kongsberg Maritime的全资子公司，是全球领先的先进创新自主水下交通工具和海洋机器人，用于深海勘测和测绘。
该系统的表面部分是一个无人地面交通工具（USV），一个拥有4个推进器的自主过驱动平台（PlaDyPos）。这种配置可以在任何方向上在水平面内运动。该平台已在萨格勒布大学电子工程与计算系，水下系统与技术实验室（LABUST）开发，用于跟踪地面与水下导航设备之间的水下物体通信路由器。
空中部件是两架SKYWALKER X8（低成本现成部件）无人驾驶飞行器，在LSTS上进行了修改，可以快速部署监视任务。这是一款适用于低空侦察场景的手推式车辆，带有现场视频馈送，此处用作AUV超出范围时的通信继电器。
任何新的开放资产都可以添加到车队中，只需调整Command and Control Neptus软件中的通信和集成即可。 Neptus是一个分布式指挥和控制基础设施，用于操作在LSTS（波尔图大学，https://lsts.fe.up.pt/toolchain/neptus）开发的所有类型的无人驾驶车辆。它支持典型任务生命周期的不同阶段：计划，模拟，执行和任务后分析，并可由操作员根据特定任务的需求进行调整，并由开发人员通过全面的插件框架进行扩展。
在水中部署车辆之后，代理商和运营商之间会发生一系列相互作用。车辆的位置和AUV记录的信息通过空中或水下传输给操作员。 AUV可以通过声学调制解调器将这些信息直接传输到水下的船舶（或陆地基站）。他们也可以通过同一个系统将数据传输到水下的USV。随后，USV通过Wi-Fi将空中信息发送给船舶（如果在Wi-Fi范围内）或无人机。无人机可以通过低空飞行在地面车辆上接触USV的天线信号。但是，AUV也可以通过Wi-Fi将空中传输的信息存储到USV，UAV或船上（如果在该范围内）。不同类型的通信和距离范围为系统设计操作提供了非凡的灵活性。
已经进行了三次训练。在2014年的第一次在斯普利特，在克罗地亚海军的支持下，三架AUV，一架USV和两架无人机在同一通信系统下运行。第二次演习是在2015年在地中海的卡塔赫纳（SE西班牙）关闭的SASEMAR（西班牙海事安全局）的“Clara Campoamor”号帆船上进行的，多用途的海上拖船有80米长。实施不同的策略来定位和监测罗丹明WT漏油低于15米。 2017年，第三次演习在同一艘船上和三个新的AUV上进行。六个AUV（不同制造商），一个USV（PlaDyPos）和一个无人机（X8）的任务均由首席飞行员设计并上传至车辆。设计了几个任务，以定位，描述和监测其方向，大小和体积。
为了确定已知来源的溢出方向，使用了开源免费提供的模型代码MEDSLIK-II社区模型（http://medslikii.bo.ingv.it/）。在模型追踪的周边范围内，每个AUV在不同深度的同心圆上执行协调任务，从而拦截泄漏的位移方向。一旦确定了溢出原点，沿着羽流追踪虚线并且将AUV编程为在等距横断线上垂直穿过该线。最后，任务是以直线从许多不同角度穿过对角线来进行的。荧光传感器启用了浓度测量，而对角线样本提供了溢出延伸图。
指挥和控制软件NEPTUS的新插件已开发并安装在每辆车上，以便更好地整合车队。 NEPTUS能够为任何制造商车辆设计任务，实时显示其轨迹和记录的数据，并可视化由数值模型预测的油轨迹图。另一方面，与6艘AUV，1艘USV，1艘AUV和2艘辅助船同时工作的扩展舰队的协调工作取得了令人满意的结果。在这次演习中，NEPTUS与桥梁之间的信息交流开始探索。
计划于2018年在爱尔兰海岸警卫队组织的凯尔特旅行者船上进行下一次演习。
为了传播和传播在这个项目中获得的知识，设计了一个关于使用自主代理（AUV，无人机，USV）进行溢油跟踪的短期课程，并且设计了与其他现有技术的集成。该课程的第一版已授予塞浦路斯民防技术人员。课程开发的材料将在后期活动中得到改进，可通过项目网站获得。本课程将使最终用户了解如何，何时以及在何处部署一系列AUV，操作能力和限制。与项目白皮书一起，它将包括车辆之间以及地面/船舶站之间通信的指南，协议和程序，以及加入任何可用第三方车辆的车队的程序和要求。所制作的文件侧重于实际问题而非理论上的问题，因此它可以用于最终用户决定何时以及如何使用这些技术，如何下载和安装软件，如何准备新车加入车队，哪些是空中和水下的通信要求，使用的通信协议等。
新团队的整合始终是一项重大的技术和人力挑战。该项目旨在为溢油应急人员提供分散，灵活，可扩展，易于运输，低成本和开放的系统。我们的项目是基于这样的想法，即参与培训的代理人越多，系统的效率和可用性就越高，而且便宜。
作者
Javier Gilabert博士是西班牙卡塔赫纳技术大学（UPCT）化学和环境工程系教授，以及准备用于溢油的水下机器人项目的PI。
（正如“ 海洋技术报告” 2018年版发表的那样）
