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水下无人机的7大热门问题,答案来啦!

水下无人机的7大热门问题,答案来啦! 智慧海洋公众交流平台
2024-09-12
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导读:一起探索水下无人机背后的秘密


很多初涉水下无人机的玩家

一定会有这样的疑问


都是无人机

水下的和空中的一样吗?

既然可以下水

最深可以下潜多深呢?

水下无人机又能干什么呢?


那么,下面的内容你一定不能错过。




01

水下无人机的研发为何难于空中无人机?


水下阻力高于空气阻力


空气阻力会受空气密度、物体的受力面积、物体受力面的角度、物体的形状、物体和空气的相对速度等因素影响。而在同样速度下,水的阻力是空气中的约800倍,原因是水比空气密度大得多。


因此想要克服阻力在水中操作无人机流畅使用,其难度可想而知。



约肯水下无人机机身采用流线型设计,模仿鱼的形状,尽可能地减小水中阻力,目前,它在水中的运动速度最快可至2m/s。相较于空中无人机只能前后左右上下曲线运动和悬浮,约肯水下无人机"Oceaneye"还能够实现3D全域运动姿态,在水中也能灵活翻滚。



电池续航能力问题


众所周知,阻力越大,耗能就越多,所以电池续航能力是无人机的一大短板。目前市面上的空中无人机续航时间很少有超过1小时的,偶遇低温情况电量还会急剧下降。

但约肯机器人的几款水下无人机,拥有长达1-5小时的续航能力,充一次电,足够完成一次水下作业任务。


BW Space Pro 平均可续航5小时

BW Sapce Pro Max 平均可续航3小时

Oceneye 平均可续航1小时


但要注意,电池具体的续航时间还和航行速度、灯光强度、是否开启拍摄录像、是否连带机械臂一同使用有关,这些使用参数越高,电池续航时间就会越短。


水下可视性远低于空中



在陆地上,我们可以“会当凌绝顶,一览众山小”。




可在水中,太阳光被阻挡或散射,越到深处,光线越弱,且人眼可见范围会随着亮度的降低而减小。大约下潜至20米,水下基本全黑,人眼几乎不能依靠自然光源观察周遭环境。



不过有了水下无人机后,可通过操作,完成100米的下潜和远达数百米的观测距离,意味着可以在纵深百米的水域进行活动和观测;同时,水下无人机上的照明LED灯能够解决下潜太深光线不足的问题。


02

为什么水下拍到的大多为蓝绿色画面?




            (河水)                                        (海水)          


这是由于河水的深度比较浅,不足以吸收掉绿光,而且河水中含有微生物、水藻和颗粒物等,容易让湖泊呈现出绿色,在水下5米之后颜色将会发生微妙变化;而海水深度较深,可以吸收掉绿色而反射蓝色。




再深究下去,其实是因为波长的不同而出现的“偏色”。人眼可接收到的可视光谱范围约为380~780nm,紫外线和红外线是肉眼无法看见的。



如上图可知,波长较长的红光的穿透能力最弱,到水下3-4米就最先消失了;蓝光具有较短的波长,在水中的传输距离更远;大部分波段的光在水下传播时都会受到强烈的吸收衰减,只有波长在480±30nm波段的蓝绿光在水中的吸收衰减系数最小,穿透能力最强。


故解释了为什么水下看到的大多为蓝绿色画面。


03

水下无人机为什么带有线缆?

由于水下无线信号传输和陆地大有不同,陆地通信依赖的电磁波在海水折射之后,传输耗损严重,通常随着水下距离的增加,信号衰减特别快,无法满足远距离水下组网的要求,一般到达水下10m就会中断图像实时传输和控制信号。


若想实时回传水下画面或信号,就必须要接一根线缆,所以目前主流的无人机都是带线缆的。带线缆可以做到实时回传水下景象;且水下环境复杂,线缆也可以作为安全绳,将设备拉回。


04

水下无人机带有线缆会被缠绕住吗?

在回答此问题前我们先来对比下传统水下电缆与零浮力电缆:


传统水下电缆:

1、为了保证电缆的绝缘性,会增加电缆的绝缘层数,使电缆变得很重;

2、传统电缆不具备浮动性能。在水下机器人等水下作业设备中使用时,会不断下沉,不仅给水下设备的操作带来不便,甚至可能导致设备之间的关节脱落。


零浮力电缆:

1、零浮力浮索采用浮力结构设计。该电缆用于水下设备。随设备潜水作业拖沉,有效避免传统水下电缆过度下沉带来的不便;

2、可设计用于电源、控制、信号传输和反馈,综合使用复合电缆,使用方便,节省安装空间;

3. 镀锡铜网+铝箔麦拉作为电缆的屏蔽材料,分屏+总屏蔽/总屏蔽设计(单层或双层结构设计,分/总屏蔽),电缆具有优异的抗干扰性性能和保证水下信号传输和反馈信号的稳定性和准确性;

4、凯夫拉纤维作为光缆的抗拉力元件填充或劣化光缆本体,抗拉等级从几十公斤到几百公斤不等。




水下无人机采用的是零浮力电缆,其优异的性能和产品优势,经受了市场和实践的检验。当无人机在水面运行时,线缆会浮在水面上;当其下潜时,线缆在水中会被顺着下延,不存在缠绕成一团的情况。


(抖音扫码观看"拉力测试")


零浮力线具有抗拉、耐磨、防水、防油、耐寒、防腐蚀、阻燃等特性。约肯水下无人机所定制的线缆能够抗150Kgf的拉力,在水下碰到礁石完全不用担心会被拉断。


05

水下无人机可以下潜多深?

世界有四极。第一极和第二极是地球两头最远端:南极和北极;最高极——珠穆朗玛峰,则被称为世界第三极;还有第四个极点未曾真正涉足,那就是上万米以下的海底深处,即世界上的最深极——马里亚纳海沟,这是海洋的最深处,其深度在11000米左右,比珠穆朗玛峰还要高2100多米,这里的压力是海平面的1100倍。


而目前市面上大部分水下无人机的工作深度在100米左右。

有人会问100米的压强很大,无人机体积这么小,是否能够承受住?


我们可以来算一下:


P=ρgh=1000kg/m3 X 9.8N/kg X 100m=980000Pa

(约9.7个标准大气压)


相当于在1dm²(约一部华为荣耀10的面积)上均匀施加1000KG的力。


从生理范围上考虑,即便是水性不错的渔夫,不带气瓶也只能下潜十几二十米,相当于承受2-3个大气压,至此已是极限;若想潜入更深的水底,所需的潜水装备花费也是不可估量的。


而水下无人机不同于人体,其采用高科技密封舱设计,耐高压、抗腐蚀,且约肯水下无人机采用全封闭防海水盐结晶电机(市面上其他水下无人机采用半封闭),能够更好抵御高浓度海水导致的盐份结晶,在水下实现一机多用,达到更安全、更高效、更省钱、更长使用寿命的目的。


06

水下无人机有哪些功能?


水下无人机的常见功能如下:


1. 水下拍摄

在黑暗和浑浊的水域中,开启ROV的LED补光灯,便可观察水下情况并记录。约肯水下无人机采用4K高清摄像头,同时还拥有全球首款6倍变焦的BW Space Pro Zoom水下无人机。想要记录重大线索,只需手机操作,进行拍照、录制便可反复观看,更有利于水下研究的开展。


2. 延长潜水时间

一般情况下,潜水员一次只能在水下保持长达 30 分钟到一个小时的时间,大多数工作需要由2-3 名潜水员共同进行,其成本和时间精力耗费巨大,在恶劣条件下,可能还会有生命危险。而约肯水下无人机可以在水下续航1-5小时之久。


3. 快速部署

由于其紧凑的设计和易于使用的技术,水下 ROV 可以在短时间内部署。这在时间有限的紧急情况下以及潜水员无法到达的区域太窄或难以到达时非常有益。约肯水下无人机可以在短短40秒时间内部署完毕。


4. 适合受限区域

根据其尺寸,ROV 能够操纵和检查小而难以到达的区域;同样,一些环境脏乱、对人体有害的区域也可派其前去观察。


5. 操作方便

水下无人机通常配备有线遥控手柄,学习控制只需几分钟即可熟悉。而约肯水下无人机进一步升级,直接可以无线操作,利用无线手柄或手机便可控制ROV,摆脱了线缆的束缚。


6. 保障人员安全

ROV为潜水员探索危险区域提供了一种安全的选择。在岸边或者船上,ROV都可以快速部署收集水下数据。在需要潜水员下水的情况下,ROV可以提前观察好水下情况,确定需要搜救或打捞物品的位置,使潜水员开展工作更加方便、快捷。

(下滑查看)



07

水下无人机可应用于哪些场景?

基于以上功能,我们可以将水下无人机应用到以下场景中:



1、潜点探测和潜水安全保障

对于自由潜爱好者,经常会到全国各地的不同水域潜水。然而,在大海神秘的外表之下,往往隐隐藏着未知的风险。为了确保潜水人员的安全性,可以通过水下无人机潜入水底,提前探查水域情况,从而达到减少意外发生的目的。




2、水下探索拍摄与检测

通过水下无人机所搭载的高精度传感器、4K高清摄像头,能够在江、河、湖、海中收集数据并完成特定的任务,如对海洋生态进行监测、搜索和打捞失踪的物品、海底资源勘探等,我们也可以获取更为详尽的海洋数据。




3、钓鱼探测

正所谓“知己知彼,百战不殆”,水下无人机可以作为物理外挂工具,在上面搭载探鱼器,帮助钓鱼爱好者探测该水域是否有鱼。约肯水下无人机对螺旋桨做了降噪处理,在探测时,不会发出巨大噪声吓跑鱼群。可谓实现了可视化钓鱼。




4、水产养殖

近几年来,水产养殖行业发展迅猛,每一种水产品都要在适宜的水质环境中,才能够得到更好的生长和繁殖。水下无人机作为监测工具,能够感知水温、深度,还能近距离的观看到水产品的生长情况,并记录数据。




5、水下拍摄与水下直播

水下拍摄,常常需要专业的潜水人员拿着又重又大的水下相机拍摄;水下直播,更是难以解决水下信号传输问题。而约肯水下无人机拥有1.5m/s—2m/s的航速,例如水下曲棍球或水下象棋等比赛,均可以由它来追踪拍摄,并能在电脑上直接连接无人机开启直播。




6、水下救援勘测

在海难、意外事件等紧急情况下,水下无人机可以快速响应和执行任务,对受困乘员和船只进行搜索、检测和救援。它也可以帮助港口或船舶公司测量深度、检查管道、勘测潜在海底地形危险物质等,为海洋工程施工和安全提供技术保障。




7、海洋环境研究与水下打捞

水下无人机可以搭载各种传感器和仪器,如声呐、水下相机等,用于高效准确地进行海洋生态系统监测、水质和环境监测等研究。同时,它们还可以搭载机械臂等采集装置,用于打捞海洋垃圾和其他污染物质,进一步保护海洋环境。




8、水下检测

水下无人机可以通过4K高清镜头来检测水库、船舶、大坝等情况;对于脏乱差且狭窄的下水管道,它也能够代替工作人员前去探测,加上自身携带的机械臂,还能够夹取管道里的垃圾,极大的提高了人们的工作效率。

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文章转载自:约肯机器人

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