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海底电缆敷设机器人施工完成后浮出水面。 受访单位供图
◎本报记者 张蕴 通讯员 付铭举
近日，在距离海岸数十公里的渤海风电场海域，风浪交织。海面之下，水下机器人正沿着海床缓缓前行，时而调整航向，时而定点探测。它的目标很明确——找到裸露的海缆，再把它们稳稳埋进泥沙之下，如同为这些海缆盖上一层厚实的“沙被”。这一幕并非科幻影视场景，而是大连交通大学轨道交通智能感知与控制技术科研创新团队的作业实况。
过去，海底电缆的敷设和检修多依赖传统方法，效率低、风险高。大连交通大学科研团队经过多年攻关，融合电磁探测、声呐感知及水下机器人控制等技术，攻克了海缆智能探测与后埋设关键技术，研发出拥有完全自主知识产权的海缆智能探测系统，填补国内复杂海况下协同作业空白，并打破国外垄断。上述成果已成功应用于海南文昌国际光缆、浙江南麂岛海缆、广东海上风电等国家重点工程，为我国海洋工程装备国产化及海底基础设施安全提供重要技术支撑。
精准分析海底复杂环境
渤海海域是我国海上风电、跨海通信和海洋牧场的核心区域。然而，随着海上能源与通信基础设施的快速建设，水下海缆安全隐患日益凸显。“海缆被誉为海洋工程的血管，承担着电力输送和信息传输的重任。”大连交通大学轨道交通智能感知与控制技术科研创新团队成员孟庆鑫向记者介绍，“受海流冲刷、海底地质演变以及渔业活动的影响，海缆极易出现裸露、悬空甚至断裂的情况。”
长期以来，海底电缆敷设领域的高端探测与施工技术多被国外垄断，而传统人工摸排方式效率低、风险高，难以应对复杂多变的海况。2017年起，团队将目光锁定在渤海浅海与深海的过渡海域，致力于研发在能见度极低、干扰极强的复杂环境下，能高效精准地探测与埋设海缆的海底电缆敷设水下机器人。
受泥沙覆盖、海水浑浊、海底地形复杂等多重海底环境因素制约，海缆实际位置往往与预设路由存在一定偏差，这对设备稳定性提出了极高要求。为了让水下机器人不“迷路”、不“手抖”，团队创新融合电磁探测技术与声呐探测技术，构建海缆智能探测系统。作业过程中，电磁传感器负责捕获海缆特征信号，快速识别目标海缆；声呐系统则同步获取海底地形及周边环境信息，对海缆路由进行连续追踪和空间定位。通过多源信息融合与智能分析，系统能够准确判断海缆位置、走向及埋设状态，为后续施工提供可靠的数据支撑。
“这就好比给机器人装上了两只互补的眼睛。声呐负责在大范围浑浊水域‘扫’出海缆的大致位置；电磁传感器则负责精准锁定海缆的精确走向。两者结合，哪怕是在被泥沙掩埋的情况下，也能将定位误差控制在5%以内。”大连交通大学轨道交通智能感知与控制技术科研创新团队负责人陈少华介绍。
针对海底复杂的工频干扰，2022年，团队自研了相位抵消技术和小波去噪算法，搭建起DSP+ARM协同处理平台。“我们在算法层面把‘噪声’过滤掉，把微弱的缆线信号‘抓’出来，让机器人的决策反应速度提升了40%。”孟庆鑫介绍，机器人不仅能在300米水深处24小时不间断作业，还能在复杂海流中稳如磐石。
应用于多个重点海洋工程
随着海上风电与跨海通信网络的飞速发展，海缆安全已成为海洋经济的“生命线”。近年来，团队围绕海缆智能探测与后埋设关键技术持续开展研究攻关，逐步形成覆盖海缆探测定位、路径追踪、施工引导和后埋设作业的整体解决方案，成功应用于多个国家重点海洋工程项目。
团队成员牛玥介绍，2021年，团队承接海南文昌国际光缆登陆段后埋设施工项目，解决了复杂礁石区的埋设难题，为我国国际通信基础设施建设提供技术支撑。同年，团队完成浙江南麂岛海缆登陆段后埋设施工任务，其研发的机器人设备在东海急流中完成了海缆探测与后埋设作业，充分验证了机器人在复杂海况条件下作业的稳定性。2023年，团队投身广东海上风电主缆埋设工程建设，创下11.6米/分钟的行业领先埋设效率，为国内大型海上风电工程建设提供有力保障。
“海洋工程装备智能化是不可逆转的趋势。”陈少华介绍，团队将持续深化海缆探测与水下机器人、智能控制系统的融合创新，不断提升设备在复杂海况下的作业能力。
孟庆鑫介绍，从近海通信光缆到海上风电输电线路，从近岸登陆段施工到深远海工程应用，一系列工程项目的成功实践，不仅充分验证了海缆智能探测与后埋设技术的可靠性，也推动相关装备不断向智能化、高效化方向升级。目前，团队正积极探索无源探测技术，进一步拓展深海作业边界，持续深化海缆探测与水下机器人、智能控制系统的融合创新。
在应用推广方面，团队正积极推动核心技术“走出国门”，面向东南亚、中东、欧洲等海洋工程市场深化国际合作，推动中国自主研发的海缆智能探测方案加速融入全球海洋工程体系，持续提升国产海洋装备的国际竞争力。在技术升级方面，团队正重点攻关大埋深海缆精准探测关键技术，针对当前行业普遍存在的“3米以上埋深定位精度不足”难题，研发新一代超深度探测系统，进一步提升复杂海况与深埋环境下的海缆识别与定位能力。
与此同时，团队还在加快构建智能化可视作业系统，通过实时三维动画显示海缆相对于海底电缆敷设机器人的位置、走向及埋设状态，实现水下施工过程的动态感知与可视化管理，让施工人员能够更加直观地掌握作业全貌，进一步提升海洋工程施工效率与安全保障水平。
“海上工程现场是技术成熟度最直接的检验平台。”陈少华表示，海洋环境复杂多变，实验室中的技术成果只有经过真实海况和工程场景的反复验证，才能真正形成服务产业发展的核心能力。经过多个重大工程项目实践检验，团队研发的海缆智能探测与后埋设系统已具备复杂海况下连续稳定作业能力，为我国海洋工程建设提供了可靠的技术支撑。