Подводные роботы, находящиеся в режиме постоянной готовности, открывают путь к обеспечению безопасности трубопроводов и кабелей.

Растущая экономическая активность в океаническом пространстве увеличивает потребность в более регулярном мониторинге и инспекции подводной инфраструктуры и ее окрестностей. Автономные подводные аппараты, способные осуществлять мониторинг и инспекцию трубопроводов, кабелей и подводных установок, приобретают все большее значение в условиях неопределенной глобальной ситуации в области безопасности. Кроме того, нам необходимы более глубокие знания о морском дне и океаническом пространстве.

В настоящее время мониторинг и инспекции проводятся крупными судами с использованием гидролокаторов для широкого сканирования поверхности или подводными аппаратами, которые сопровождаются судами и управляются из диспетчерских пунктов на борту основного судна или на берегу. Обе системы требуют больших и дорогостоящих надводных судов и большого количества персонала. Фрахт судна с экипажем обходится очень дорого, а выбросы CO₂ _{значительны} .

«Очаг и дом» на глубине 90 метров

В настоящее время разрабатывается одна из альтернативных технологий — автономные подводные роботы, способные работать на морском дне в течение многих месяцев или лет, не поднимаясь на поверхность или на берег.

Профессор Мартин Людвигсен из Департамента морских технологий Норвежского университета науки и технологий (NTNU) утверждает, что подводные роботы, способные работать со стационарных баз на морском дне, независимо от дорогостоящих надводных судов, будут играть ключевую роль в мониторинге, инспекции и защите растущего количества инфраструктуры на морском дне по всему миру.

Исследователи из NTNU успешно провели испытания автономного подводного аппарата (АППА) и стыковочной станции на глубине 90 метров (295 футов).

Без вмешательства человека робот провел осмотр инфраструктуры и вернулся к док-станции, где подключился для подзарядки батарей и загрузки собранных данных.

«Эти испытания представляют собой важные шаги на пути к полностью автономной работе в течение длительных периодов времени», — сказал Леонард Флориан Том Гюнцель, научный сотрудник кафедры морских технологий Национального университета Северного Онтарио (NTNU).

Он объясняет, что мотивацией для разработки подводных аппаратов, предназначенных для постоянного пребывания в воде, является снижение затрат и, следовательно, обеспечение доступности технологии для более широкого круга пользователей. Еще одной важной причиной является безопасность моряков и защита окружающей среды.

Проще и доступнее

Уже много лет ведутся разговоры о развертывании автономных подводных аппаратов для обеспечения более или менее постоянного присутствия вблизи нефтегазовых установок. Несколько крупных, передовых систем уже внедрены. Недавняя серия диверсионных инцидентов, направленных против инфраструктуры, волоконно-оптических кабелей связи, линий электропередачи и трубопроводов, повысит спрос на более совершенные и простые решения.

Для достижения цели создания надежных и доступных по цене решений по-прежнему необходимы дополнительные исследования и разработки.

«Подготовительная работа завершена, и сделаны первые шаги к разработке и развертыванию полномасштабных автономных подводных роботов, оснащенных док-станцией для зарядки и передачи данных», — сказал Людвигсен.

Наиболее важные задачи связаны с разработкой надежных и долговечных систем стыковки. Кроме того, существуют проблемы, которые необходимо решить в отношении автономности, навигации, стыковки, связи и поддержания положения, курса и ориентации под водой.

Робот Блюай

Испытания в NTNU проводились с использованием подводного робота Blueye X3 весом около 10 кг (22 фунта), специально оборудованного для этих конкретных испытаний. Среди прочего, робот был оснащен камерой, гидролокатором, датчиками, средствами связи, индукционным зарядным устройством и магнитной системой крепления.

Людвигсен и Гюнцель подчеркивают, что этот тестовый робот предоставляет NTNU платформу, которую могут использовать студенты, аспиранты и компании.

«Мы разработали инструмент для дальнейшего развития, тестирования и совершенствования технологий, которые в конечном итоге могут быть коммерциализированы», — сказал Гюнцель.

Протестировано в Тронхеймском фьорде.

Испытания проводились с использованием существующей инфраструктуры NTNU в Тронхеймском фьорде. Специально разработанная стыковочная станция была установлена ​​на глубине 90 метров (295 футов).

Для того чтобы робот мог обнаружить стыковочную станцию ​​и правильно расположиться, использовалась комбинация низкоскоростной акустической связи и навигационных технологий, включая позиционирование по методу сверхкороткой базовой линии (USBL) и визуальные маркеры, которые считывались и интерпретировались с помощью камер и машинного зрения, чтобы направить автономный подводный аппарат к станции.

На коротких расстояниях им также можно управлять дистанционно и обмениваться данными через оптический модем. Док-станция подключается к наземным объектам с помощью кабеля для электропитания и связи.

Как только автономный подводный аппарат будет состыкован, данные могут передаваться по высокочастотной широкополосной связи, а сам аппарат может заряжаться индуктивным способом. Подобное оборудование уже разработано в Норвегии.

К настоящему моменту автономный подводный аппарат был задействован дважды, проработав в общей сложности четыре недели. Система успешно выполнила инспекционные задачи и достигла показателя успешной автономной стыковки в 90%. Однако для достижения 100% успеха необходимо запустить её в эксплуатацию, поэтому весной этого года запланированы новые запуски.

«Стойка имеет решающее значение. Без оператора последствия ошибок гораздо серьезнее. Если подводный аппарат не сможет найти путь обратно к стыковочной станции, его невозможно будет вернуть», — сказал Людвигсен.

Тестирование с привязкой

Навигация на суше или на поверхности моря относительно проста: GPS и другие спутниковые системы обеспечивают доступ к данным о местоположении. Однако под водой это невозможно.

Поэтому для расчета положения и курса используются комбинации нескольких методов, включая гироскопы и акселерометры (ИНС – инерциальная навигационная система), а также акустическую систему (ДВЛ – доплеровский лаг). Навигационные системы требуют значительной вычислительной мощности и, следовательно, потребляют большое количество электроэнергии.

Испытания с участием Blueye X3 проводились с использованием троса для его фиксации. В будущих исследовательских испытаниях также будут использоваться тросы для извлечения, пока не будет разработано надежное автономное решение. Этот процесс может занять некоторое время, несмотря на то, что искусственный интеллект (ИИ) помогает исследователям быстрее находить эффективные решения.

Одна из самых больших оставшихся проблем — сделать робота полностью автономным, то есть способным «понимать» и «думать» таким образом, чтобы принимать собственные решения на основе наблюдений за окружающей средой. Испытания показали, что рыбы, проплывающие мимо камеры, создавали проблемы для программного обеспечения, интерпретирующего изображения.

«Мы работаем над этим вопросом», — сказал Гюнцель.

Ещё многое предстоит сделать.

Людвигсен считает, что до появления коммерческого решения еще далеко, но он полон оптимизма.

«Испытания показали, что это решение работает и что операции воспроизводимы. Подводные аппараты, находящиеся в постоянном пребывании под водой, представляют собой масштабируемое и экономически эффективное решение для подводного мониторинга», — сказал Людвигсен.

Источник