水下機器人為海底電纜蓋上“沙被”
來源：科技日報 時間：2026-06-29 17:50
近日，在距離海岸數(shù)十公里的渤海風電場海域，風浪交織。海面之下，水下機器人正沿著海床緩緩前行，時而調整航向，時而定點探測。它的目標很明確——找到裸露的海纜，再把它們穩(wěn)穩(wěn)埋進泥沙之下，如同為這些海纜蓋上一層厚實的“沙被”。這一幕并非科幻影視場景，而是大連交通大學軌道交通智能感知與控制技術科研創(chuàng)新團隊的作業(yè)實況。
過去，海底電纜的敷設和檢修多依賴傳統(tǒng)方法，效率低、風險高。大連交通大學科研團隊經(jīng)過多年攻關，融合電磁探測、聲吶感知及水下機器人控制等技術，攻克了海纜智能探測與后埋設關鍵技術，研發(fā)出擁有完全自主知識產(chǎn)權的海纜智能探測系統(tǒng)，填補國內(nèi)復雜海況下協(xié)同作業(yè)空白，并打破國外壟斷。上述成果已成功應用于海南文昌國際光纜、浙江南麂島海纜、廣東海上風電等國家重點工程，為我國海洋工程裝備國產(chǎn)化及海底基礎設施安全提供重要技術支撐。
海底電纜敷設機器人施工完成后浮出水面。受訪單位供圖
精準分析海底復雜環(huán)境
渤海海域是我國海上風電、跨海通信和海洋牧場的核心區(qū)域。然而，隨著海上能源與通信基礎設施的快速建設，水下海纜安全隱患日益凸顯?！昂＠|被譽為海洋工程的血管，承擔著電力輸送和信息傳輸?shù)闹厝??！贝筮B交通大學軌道交通智能感知與控制技術科研創(chuàng)新團隊成員孟慶鑫向記者介紹，“受海流沖刷、海底地質演變以及漁業(yè)活動的影響，海纜極易出現(xiàn)裸露、懸空甚至斷裂的情況?！?/p>
長期以來，海底電纜敷設領域的高端探測與施工技術多被國外壟斷，而傳統(tǒng)人工摸排方式效率低、風險高，難以應對復雜多變的海況。2017年起，團隊將目光鎖定在渤海淺海與深海的過渡海域，致力于研發(fā)在能見度極低、干擾極強的復雜環(huán)境下，能高效精準地探測與埋設海纜的海底電纜敷設水下機器人。
受泥沙覆蓋、海水渾濁、海底地形復雜等多重海底環(huán)境因素制約，海纜實際位置往往與預設路由存在一定偏差，這對設備穩(wěn)定性提出了極高要求。為了讓水下機器人不“迷路”、不“手抖”，團隊創(chuàng)新融合電磁探測技術與聲吶探測技術，構建海纜智能探測系統(tǒng)。作業(yè)過程中，電磁傳感器負責捕獲海纜特征信號，快速識別目標海纜；聲吶系統(tǒng)則同步獲取海底地形及周邊環(huán)境信息，對海纜路由進行連續(xù)追蹤和空間定位。通過多源信息融合與智能分析，系統(tǒng)能夠準確判斷海纜位置、走向及埋設狀態(tài)，為后續(xù)施工提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
“這就好比給機器人裝上了兩只互補的眼睛。聲吶負責在大范圍渾濁水域‘掃’出海纜的大致位置；電磁傳感器則負責精準鎖定海纜的精確走向。兩者結合，哪怕是在被泥沙掩埋的情況下，也能將定位誤差控制在5%以內(nèi)?！贝筮B交通大學軌道交通智能感知與控制技術科研創(chuàng)新團隊負責人陳少華介紹。
針對海底復雜的工頻干擾，2022年，團隊自研了相位抵消技術和小波去噪算法，搭建起DSP+ARM協(xié)同處理平臺?！拔覀冊谒惴▽用姘选肼暋^濾掉，把微弱的纜線信號‘抓’出來，讓機器人的決策反應速度提升了40%?！泵蠎c鑫介紹，機器人不僅能在300米水深處24小時不間斷作業(yè)，還能在復雜海流中穩(wěn)如磐石。
應用于多個重點海洋工程
隨著海上風電與跨海通信網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，海纜安全已成為海洋經(jīng)濟的“生命線”。近年來，團隊圍繞海纜智能探測與后埋設關鍵技術持續(xù)開展研究攻關，逐步形成覆蓋海纜探測定位、路徑追蹤、施工引導和后埋設作業(yè)的整體解決方案，成功應用于多個國家重點海洋工程項目。
團隊成員牛玥介紹，2021年，團隊承接海南文昌國際光纜登陸段后埋設施工項目，解決了復雜礁石區(qū)的埋設難題，為我國國際通信基礎設施建設提供技術支撐。同年，團隊完成浙江南麂島海纜登陸段后埋設施工任務，其研發(fā)的機器人設備在東海急流中完成了海纜探測與后埋設作業(yè)，充分驗證了機器人在復雜海況條件下作業(yè)的穩(wěn)定性。2023年，團隊投身廣東海上風電主纜埋設工程建設，創(chuàng)下11.6米/分鐘的行業(yè)領先埋設效率，為國內(nèi)大型海上風電工程建設提供有力保障。
“海洋工程裝備智能化是不可逆轉的趨勢?！标惿偃A介紹，團隊將持續(xù)深化海纜探測與水下機器人、智能控制系統(tǒng)的融合創(chuàng)新，不斷提升設備在復雜海況下的作業(yè)能力。
孟慶鑫介紹，從近海通信光纜到海上風電輸電線路，從近岸登陸段施工到深遠海工程應用，一系列工程項目的成功實踐，不僅充分驗證了海纜智能探測與后埋設技術的可靠性，也推動相關裝備不斷向智能化、高效化方向升級。目前，團隊正積極探索無源探測技術，進一步拓展深海作業(yè)邊界，持續(xù)深化海纜探測與水下機器人、智能控制系統(tǒng)的融合創(chuàng)新。
在應用推廣方面，團隊正積極推動核心技術“走出國門”，面向東南亞、中東、歐洲等海洋工程市場深化國際合作，推動中國自主研發(fā)的海纜智能探測方案加速融入全球海洋工程體系，持續(xù)提升國產(chǎn)海洋裝備的國際競爭力。在技術升級方面，團隊正重點攻關大埋深海纜精準探測關鍵技術，針對當前行業(yè)普遍存在的“3米以上埋深定位精度不足”難題，研發(fā)新一代超深度探測系統(tǒng)，進一步提升復雜海況與深埋環(huán)境下的海纜識別與定位能力。
與此同時，團隊還在加快構建智能化可視作業(yè)系統(tǒng)，通過實時三維動畫顯示海纜相對于海底電纜敷設機器人的位置、走向及埋設狀態(tài)，實現(xiàn)水下施工過程的動態(tài)感知與可視化管理，讓施工人員能夠更加直觀地掌握作業(yè)全貌，進一步提升海洋工程施工效率與安全保障水平。
“海上工程現(xiàn)場是技術成熟度最直接的檢驗平臺。”陳少華表示，海洋環(huán)境復雜多變，實驗室中的技術成果只有經(jīng)過真實海況和工程場景的反復驗證，才能真正形成服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心能力。經(jīng)過多個重大工程項目實踐檢驗，團隊研發(fā)的海纜智能探測與后埋設系統(tǒng)已具備復雜海況下連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)能力，為我國海洋工程建設提供了可靠的技術支撐。（張?zhí)N 付銘舉）
責任編輯：江蓬新
