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众所周知，AUV（Autonomous Underwater Vehicle）是一种可以实现自主航行并执行任务的水下航行器，或自主水下机器人，它们无需通过脐带缆从水面获得电力和传输信息，而且严格来讲也不需要领航员的操控和干预。在军事领域，AUV通常被称为UUV。 AUV的发展 1957年，Stan Murphy，BobFrancois 和后来的 Terry Ewart 就在华盛顿大学应用物理实验室开发了第一台AUV，其他早期的AUV是在70年代在麻省理工学院开发的。 今天，AUV已经广泛应用在商业、科学、国防甚至犯罪（非法贩毒）领域。具体说来，在油气行业，地球物理现场调查、高分辨率高速海底测绘成像、海洋地质调查、管道检查、甚至水下结构检查也越来越普遍；在科学领域，科学家们在AUV上集成各种传感器，用来调查海水中元素、化合物的浓度、光的吸收反射、微生物，最常见的电导率-温度-深度传感器（CTD）、荧光计、PH传感器，甚至用它来作为牵引器，将制定的传感器组件安置在目标位置。目前来说最大的应用领域还是防务，美国海军将UUV的水下任务归为以下几类： 情报、监视和侦察 / 反水雷任务 / 反潜战 / 检测、识别 / 海洋环境学 / 通信、导航网络节点 / 运输工具 / 信息战 / 紧急时刻的定点攻击 Oceaneering 收购的 C&C Technologies 购置的 Kongsberg Hugin 3000型 ▼ 真正商业化打入市场的AUV公司 在过去50多年间，全世界诞生了数百种不同的AUV，但真正商业化打入市场的依旧是那几家。包括Kongsberg Maritime，Hydroid（2008年被Kongsberg Maritime 全资收购），Bluefin Robotics （被美国著名军工企业通用动力公司收购），Teledyne Marine（前身是冰岛的Hafmynd公司，后来被Teledyne 收购），International Submarine Engineering（ISE）有限公司，AtlasElektronik 和OceanScan。以及为美国海军研制超大型UUV的波音和洛克希德马丁。 目前，市面上自重几十千克到上百千克，尺寸一至两米多的AUV林林总总，各有优点，大多数是世界各地的海洋研究机构自行研制，用于自身的海洋科学考察、理论验证，或者部分军工企业接到海军的订单，为其研制反水雷机器人，这两项用途占据了中小型AUV的大多数份额。像最近澳大利亚海军又从Bluefin Robotics 采购了7台反水雷机器人，2001年正式开始商业生产AUV以来，Hydroid 公司累计为客户交付了大大小小近500台AUV，其中大部分用户都是各国海军，亚洲日本韩国新加坡印尼印度等国家都有大批量采购。以Seebyte公司的SeeTrack软件（一种水中无人系统路径自动规划软件，主要搭载在AUV和水面无人船上）为例，目前已经广泛应用于超过20多国海军。可见防务需求在AUV领域的巨大比重。 了解AUV 我们今天不谈中小型AUV，因为种类太多了，有时间我们挑出几种典型的，如 Bluefin 9、Bluefin 12 、Remus 100、Remus 600、以及ECA这些公司的。今天我们关注AUV中的“王者”，那些适用水深在5000米左右，尺寸达到5米左右，并且在全世界范围内已经赢得了良好口碑的产品，它们分别是： Hugin Superior 来自 Kongsberg Maritime ISE Explorer 来自 International Submarine Engineering Bluefin-21 来自 Bluefin Robotics Remus 6000 来自 Hydroid / Kongsberg Maritime Searaptor 来自 Teledyne Marine 有些人会问为什么没有Autosub 6000，Autosub 6000 的能力毋庸置疑，它是南安普顿大学英国国家海洋中心研制的，深度达到6000米，自持力达到70小时，最大航程超过1000公里，是绝对的世界上数一数二的大型AUV，但是它毕竟不是商业公司推向市场的，也就是说有钱不一定买得到。 Kongsberg Maritime 和 Hugin Superior Kongsberg Maritime 下属业务单元 Kongsberg Underwater Technologies 负责研发和经营水下AUV，水下仪器产品和业务。早在80年代中期，他们便开发了一种小型自主水下航行器（AUV），用于测试技术用，到了90年代初，挪威国家石油公司（Statoil）和挪威国防研究所（FFI）就启动了 Hugin 项目，由挪威水下研究所（NUI）和 Kongsberg 合作研发第一代 Hugin AUV，之后便衍生出了3000米、4500米和6000米不同级别的Hugin AUV。截止当前，可以说Hugin AUV 已经成为了全世界商用大型AUV的标杆，累计完成了不下100万公里的水下各类调查，好评率超过96%，借助 Kongsberg 在海事、能源、军工领域的巨大影响力，Hugin已经成为世界各国海军、能源公司的第一选择。 在2018年12月，Kongsberg 在现有Hugin 技术平台的基础上推出了全新的一款 Hugin AUV——Hugin Superior, 比起之前的系列，新产品采用了一些最新技术，包括新的Hisas 1032 双接收器合成孔径声呐（SAS），可以2.5节的速度得到SAS图像、真实孔径、水深数据，生成大约1000米宽的扫描带，每小时可以覆盖约4.5平方公里的面积，在这种状态下的分辨率达到了5cmx5cm。这台AUV还集成了著名的Kongsberg EM2040 mk II 型多波束，此外，侧扫声呐、底部剖面仪、相机、激光、磁强计、浊度、气体和各种环境传感器也集成在AUV上。可以说，Hugin Superior 是目前市面上最新的大型AUV，也是最先进的大型AUV，它引入了最新的MicroNavigation，增强了任务导航，提高了实时精度，误差不超过行程距离的0.04%，任务目标导航的效率是其他AUV平台的两倍，无与伦比的导航定位能力完全解放了支持船。电池容量也增加了30%，可以增加更多传感器，维持更长的自持水平。 ▼ Hydroid 公司和 Remus 6000 Hydroid 公司成立于2001年，旨在开发商业化的 Remus 水下机器人，这家公司最早起源于在海洋科学和技术领域具有重要地位的的美国伍兹霍尔海洋研究所，海洋系统研究实验室是 Remus 系列 UUV 的诞生地，在2001年，研究团队从研究所独立出来成立了 Hydroid 公司，将 WHOI 的 UUV 技术推向市场，目前已经发展成为世界上最大的和最值得信赖的UUV供应商。Hydroid 从WHOI 独立出来以后，将原始的Remus 技术衍生出一些列 UUV，其中最早诞生的 Remus 100 是人类历史上第一个用于战斗部署的UUV，为美军及其盟友提供过世界上经过实战检验的最多的UUV。Remus 系列在业界是“可靠”的代名词，所以说也是最成熟的UUV产品系列。Hydroid 公司在2008年被挪威著名海事系统供应商 Kongsberg Maritime 收购，组建成为世界上规模遥遥领先的水下自治系统制造商。 作为 Remus 系列中最大的一款 UUV ，Remus 6000 是在海军海洋办公室、海军研究办公室和伍兹霍尔海洋研究所的合作下设计的，用于支持深水自主作业。Remus 6000 拥有与非常成功的 Remus 100 AUV 同样成熟的软件和电子系统。相比起Hugin Superior，Remus 6000 虽然不是最新，但是比起前者却有着无可争辩的辉煌“业绩”。2017年，它帮助微软创始人保罗艾伦在菲律宾5500米的深海找到了沉没72年的美国海军重型巡洋舰 UUS Indianapolis 的残骸；在2011年，法航动用三台Remus 6000成功找到了失事客机 AF447 的黑盒子；哥伦比亚海军用它找到了1708年在海啸中沉没的大帆船圣何塞；2010年又被用来探索泰坦尼克沉船。2018年，他们为日本海洋地球与科学局交付了新一代 Remus 6000。 2017年，微软创始人之一的保罗艾伦动用 Remus 6000 在5500米深处找到了沉没27年的巡洋舰 ▼ Bluefin Robotics 的 Bluefin-21 与 Hydroid 公司起源于伍兹霍尔海洋研究所的历史很相似，Bluefin Robotics 是由麻省理工学院的工程师 James Bellingham 博士和 Frank van Mierlo 于1997年创立的，Bellingham 博士是麻省理工学院水下机器人实验室的负责人。Bluefin Robotics 是世界上第一家独立的AUV公司，也就是大名鼎鼎的蓝鳍公司，初创员工们之后陆陆续续创办了其他十二家公司，其中大多数都在继续从事海洋机器人领域，可以说麻省理工和伍兹霍尔研究所是美国乃至全球水下机器人技术的摇篮，Bluefin Robotics 是美国水下无人系统商业化人才的摇篮，包括后来的 Hydroid 公司，也有一些人来自于 Bluefin Robotics，蓝鳍公司为美国水下无人系统领域的蓬勃发展起到了重要作用。2005年，该公司被 Bettelle Memorial Institute 全资收购，2010年，蓝鳍公司在第7届麻省经济影响力年度大奖中获得金奖，并在2013年获得了R&D杂志和机器人领域权威杂志 Robotics Business Review的赞誉。2014年4月，他们拿到了美国海军研究办公室的合同，用于开发海军的实验 AUV，黑珍珠。截止2014年，蓝鳍公司拥有约200名员工，是世界上仅次于 Kongsberg Maritime 的 AUV 研制集团。2016年，美国著名军工企业 General Dynamics Mission Systems （通用动力公司）正式收购了蓝鳍。至此，全世界正式形成了在全系列 AUV 领域的两家独大局面，一家是 Kongsberg Maritime，一家就是通用动力公司。以麻省理工学院海洋技术实验室为例，包括日本、欧洲重点研究机构，他们大部分 AUV 几乎都是来自于这两家商业化公司。而法国 ECA 公司和加拿大 ISE 公司均有其侧重点，或许也应该加上 ECA 集团，他们正在为欧盟国家打造猎雷力量，同时今年下半年也将交付一台基于A-18平台的6000米AUV。 Blufine-21 是一款蓝鳍公司推出的最大型的AUV，特别是因为在2014年马航MH370失事客机搜寻中名声大噪，使用搭载的侧扫声呐，一天可以测绘90平方公里的范围。最深达到了4695米，在21个工作日内，累计搜索了370小时，覆盖范围250平方英里。Bluefin-21使用综合惯导系统进行导航，亦可以集成超短基线系统提高准确性，航路便宜误差控制在0.1%以内。Blufine-21在国际上的知名度和口碑都比较好，因为它的模块化程度很高，改造、传感器试验、升级起来也比较容易，因此特别受到一些国家海洋研究机构和高校的欢迎。 Bluefin-21 AUV ▼ International Submarine Engineering 的 ISE Explorer International Submarine Engineering 是一家位于加拿大不列颠哥伦比亚省的私人潜水公司，成立于1974年，自1975年以来，ISE 已经建造了200多台海底机器人和400多套水下机械手。但是大多数都是 ROV，有30多台是 AUV。 ISE 目前只有两款 AUV，一款就是著名的 Explorer，以其低运营成本、灵活性和出色的远航能力而闻名。Explorer AUV 在北极完成了超过10天的连续冰下作业，测量航路总长达到1000公里，并在冰下进行了充电和数据传输。由于身处高纬度地区，ISE 的 AUV 虽不像 Kongsberg Maritime 和 Bluefin Robotics 那样全面，但是在寒冷的极地、油气领域它却表现的一点都不逊色，一直备受国际科学界的好评，法国的Ifremer 公司订购过2台，还有美国国家海洋大气局（NOAA），纽芬兰纪念大学、不莱梅大学、加拿大自然资源部、以及一些油服公司比如中海油服就采购过 ISE 的Exporer 型 AUV。 ISE 公司的实力还体现在目前这家公司是唯一一家有过超大型 AUV 商业运营记录的制造商，那就是他们研发的 Theseus AUV，长度达到了12米，是为了在北极冰层下铺设电缆工程而研发的，第二次任务是在2.5米厚、600米水深的冰层下辅助铺设了220公里的海缆，创造了超过60小时的 AUV 冰下作业记录。目前这台巨型 AUV 由加拿大国防部拥有，存放在 ISE 公司。 澳大利亚塔斯马尼亚大学从 ISE 公司购置的 Explorer 型AUV ▼ Teledyne Marine 的 Searaptor 众所周知，Teledyne 公司以其功能强大，种类丰富的水下传感器而出名，自成立以来，已经陆续收购过上百家小型传感器公司，自身仿佛就是一座水下高端传感器博物馆。其母公司 Teledyne Technologies 是世界举足轻重的高端仪器仪表生产商，业务遍及航空宇航、轻工业、油气能源、海洋海事、防务等诸多领域。在海洋特别是水下领域，Teledyne Marine 形成了上百个产品线，占领了高端传感器市场的绝大多数市场份额，在很多方面都是垄断般存在。 当然，如此一家强势的公司，如果他们要造一款高级别水下自主机器人出来，相信谁都不会怀疑的，而且机器人的全身都搭载着自己的零部件，算是100%亲生的。在今年4月英国海洋商业贸易展览会上，Teledyne Marine正式亮相了其最新型SeaRaptor AUV，这是继Gavia以后，Teledyne推出的第二款AUV平台，融合了众多的Teledyne自身的技术，包括声学调制解调器、配重模块，黑盒子定位器，Teledyne Benthos，多波束回声探测器，避障多波束声呐，多普勒速度仪，海流，温度深度传感器以及处理软件Teledyne Caris等等。 Teledyne SeaRaptor AUV ▼ 接下来，我们通过参数来大致分析这五种目前已经具备良好口碑或影响力的商用 AUV。 五款超深水（5000米-6000米）级商用AUV性能比较 ▼ 总结 AUV作为一个水下无人系统平台，结合以上数据我们可以发现，影响AUV可靠性和实用性最直观的有几个指标，如自持力，导航精度，有效荷载，软件，通信（包括紧急状态下的搜寻和联络）等。 自持力 在自持力方面，Hugin Superior 和 ISE Explorer 在3节速度下达到了70小时以上，是其他三个型号产品的3倍左右。相比后者，目前这两款产品比较受石油天然气、能源和资源领域运营商的青睐，一方面是因为 Kongsberg Maritime 和 ISE 公司本身具有的能源领域基因，或许对于长航程管线检查，资源探查来说，自持力本身也是业主考虑的排名非常靠前的因素。 导航精度 五款产品在导航方面基本上也都用到了市场上通用的一些导航组合，如GNSS、惯导、长短基线、DVL等等，导航传感器模块也基本来自Kongsberg Maritime、Teledyne Maritime等少数知名厂家。除了Hugin Superior 声称航迹偏移可以控制到令人吃惊的0.04%内以外，其余四款产品的偏移都在0.1%左右，这可能也是Hugin号称自己是世界上功能最先进的AUV的底气吧。 有效荷载 有效荷载只找到了ISE Explorer 和 Remus 6000的数据，虽然Payload能力可以根据客户要求进行调整，但是无法脱离AUV自身尺度和重量的限制，在这五款产品里面，严格意义上讲只有Hugin Superior 和 ISE Explorer 的规模大小在同一级别，也就是说荷载可以达到200kg左右，其余几款的应该只有几十千克，在标配以外适合搭载的传感器数量和尺寸都比较有限。这同样验证了后三种产品面向的对象主要是科研机构、高校和军事实验或特定任务，而真正投入商用的综合性AUV平台方面，Hugin Superior 和 ISE 比较有优势。 软件 在软件和路径规划、任务规划方面，五款产品的或使用自己比较成熟的软件平台，或使用已经有成熟应用的如Seebyte Seetrack 软件等。除去近些年研究火热的组网技术，就单个AUV而言，主要的任务还是自主或半自主规划路径，并按照路径获取需要的传感器数据等等，这方面其实不存在AUV平台本身的差异，主要还是所使用的软件、算法和传感器上的区别。如Teledyne Marine 在传感器领域有深厚积淀，但 Hydroid 公司和 Bluefin 在 AUV 的应用层面无疑更胜一筹，Hugin 平台结合Kongsberg Maritime 的声学特长，同时势必融入了 Remus 系列的优秀基因。在软实力方面，ISE 作为纯粹的集成厂家，有它的劣势所在。 在通信包括回收方面，几款产品都融入了多重通讯模块如射频、卫星定位、声学应答、GPS、甚至闪光灯定位等等，虽然表中ISE的声学和无线电传输速率都显示出比Remus 6000更优，但这些基础模块是可以根据客户的要求集成的。反倒是导航精度和可靠性会直接或间接影响通信，更会影响回收。 综合来看，Remus 6000 和 Bluefin-21 作为比较早的从实验室诞生的AUV平台，历经超过20年同一系列多种型号的不断完善，同时也得到了在战场（海湾战争），科研领域的成千上万次检验，属于最为成熟的平台。这两款特别是 Remus 相信会不断巩固其在军事防务领域的领先优势，但也要留意 Kongsberg Maritime 在防务领域的先天优势，更不能小看ECA集团。 ISE Explorer 在极地环境的优秀表现，让它能够在激烈的竞争中脱颖而出，而作为着眼于实用功能的一款平台，稳扎稳打，赢得了世界范围内特别是油气行业的口碑，算是一款低调又性价比超高的AUV平台。 Teledyne SeaRaptor 作为后起之秀，优势在于起点很高，劣势在于需要从他自己的客户那里“抢”生意，但话又说回来，发展到现在的规模，哪个客户离开 Teledyne 还能正常走路？面子一定会给的吧。 Hugin Superior 基于 Hugin 系列长期以来在能源、防卫领域的实践，积累了大量商业应用数据，也是 Kongsberg Maritime 推出来的最新款产品，因此各方面的性能更加贴近商业用户的喜好，基本上没有短板，所以应该是未来最值得期待的“爆款”，毕竟目前来看，以挪威国油、辉固、Oceaneering 2015年收购的C&C Technologies 为代表的大型油服公司都是 Hugin 的忠实拥趸。 来源：深海智人
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