一、背景

近年来，在水域公共安全与应急救援领域，我国发生了多起涉及水下的案件，如2018年11月2日的重庆市公交车坠江案，2019年恩施15岁少年失踪事件等，水下部分的大面积探测、搜寻防控及作业需求成为现阶段我国公共安全领域的一个薄弱环节，如何应急处理水下安全事件及安防刑事勘察中的需求成为关注的重点。

二、存在问题

当前水域搜寻，由于受到技术条件的限制，通常是采取派蛙人下水排查、打捞的方法进行作业。因为受氧气瓶的限制，通常蛙人一次下水只能工作20-40分钟，并且水下能见度很低，只能靠手一点点来摸，不小心还会被玻璃、钢筋刮伤，自身生命安全在复杂水域环境下也得不到保障。极低的排查效率，也使得此种方式费时费力、勘查成本极高，且排查的质量效果也大打折扣。如何突破重要涉水区域的排查、搜寻这个“瓶颈”，一直是个技术难题。

（1）水下无法长时间作业

潜水员水下作业受氧气、体力及下潜深度的限制，有着严格的时间限定要求，如12米以内水深的下潜作业时间一般不超过2个小时。而超过12米水深时为保障潜水员安全需进行减压操作。在超过60米水深的下潜作业则需携带专用气体下潜，并有长时间的减压操作，而真正的水下作业时间也仅20分钟左右。

而应急搜救、安防排查等多数需下水作业的情况是没有一个明确的目标点，需要对广大水域进行逐一排查，此种排查目前往往只能派遣蛙人下水进行地毯式摸排，一段长500m宽200m的目标水域采用蛙人排查往往需要5-7天的作业，且有可能存在排查盲点。

（2）潜水员作业时刻伴有生命危险

水下作业发生危险的可能性较高，如通气管破损、潜水员被异缠绕无法上浮、不可预知的暗流、低温等多种因素都会对潜水员的生命安全造成巨大的威胁。在高水压环境下作业，能够诱发潜水员产生多种疾病，甚至威胁生命。如2017年9潘家口两名专业潜水员下水作业时死亡。

潘家口案，水下机器人探测到的潜水员尸体

（3）潜水员较难及时调度响应需求

面对水域突发事件，一般需要紧急下水进行搜寻作业，而现场协调调派潜水员需要一定的时间，并且潜水员下水前也需要较长的准备时间，针对具有时效性的任务，如何快速的进入水下作业，及时查明情况也成为当前面临的一个重要问题。

（4）大面积水域搜寻困难

在面对需要对目标水域进行大面积排查时，潜水员能发挥作用就极其有限了。受水下能见度、潜水员人数、下潜时间、目标水域面积大小等因素的限制，大面积水域排查需要耗费大量的时间和人力，且及其容易出现水下排查盲点。面对此种情况，也需要新的装备和手段介入参于大面积水域的排查任务。

三、应用必要性

（1）解决长时间深水作业难点

水深是影响潜水员作业的一个重要因素，超过12米水深的潜水作业需要进行复杂的减压操作。而水下机器人因其无人化操作，可在远超12米的水深情况下进行作业；另外水下机器人通过携带电源提供动力，充电方便，可持续水下作业，直到任务完成，其工作效率远超潜水员一次下水作业20分钟的时效。

水下机器人勘查原理图

（2）替代部分潜水员的作业任务，减少人员伤亡

虽然探测型无人艇及水下机器人现阶段不能完全替代潜水员，但在大多数水下作业任务中，完全可以达到代替潜水员作业目的，避免潜水员下水作业，有效的保障了水下搜寻任务中人员的生命安全。如水下物品搜索、船舶检查、船舶缉私检查等任务。

（3）进入部分潜水员无法进入的水域作业

由于暗流、水下杂物、复杂结构等因素的影响，部分水域并不适合潜水员进行作业，强行作业可能造成人员的伤亡，而此种复杂、危险的水域环境正是水下机器人发挥其优势的地方。水下机器人因其自有特性，不惧复杂环境，可携带多组传感器或摄像头，对周围环境进行感知，使用水下机器人进行作业，可完全避免对人员的威胁。

水下机器人主操作界面

（4）方便易用，可快速投入水下作业

水域无人装备技术的发展成熟，在易操作性和人性化方面得到的巨大的进步，对于非专业人士也可通过简单培训掌握相关设备的操作知识。面对突发的水下搜寻任务，探测型无人艇及水下机器人便于携带，可跟随救援人员快速投入使用，解决了潜水员下水需较长准备时间的问题。

（5）应用场景广

水域无人装备依靠携带的摄像头可供水面操作人员实时观测水面、水下视频，在应急救援中多个场景中均可发挥作用。

四、无人装备作业方案

（1）充分了解工作环境和目标物情况

执行搜索过程前需要充分了解需要搜索的水下环境情况，比如：搜索区域的大小、水深、流速、水下能见度、水下环境是否复杂等；同时也要对目标物的大小、形状、材质等情况进行充分分析。搜索区域大小、水深和流速等环境因素决定了选用ROV和前期搜索传感器的类型；水下环境状况决定了搜索方案的定制；水下能见度、目标物信息等决定了探测无人艇及水下机器人的载荷传感器和工具。

（2）探测型无人艇缩小调查区域

面对目标水域，利用探测型无人艇搭载的侧扫声呐，设定好自动航行的路径，进行前期的大范围搜索。侧扫声呐可以扫描体积较大或声学特征明显的目标物，当侧扫声呐发现疑似目标物后，可以对疑似目标进行标定。将目标水域所有疑是目标标定后，再派遣水下机器人进行下水逐一排查、确认。

（3）ROV选择适合的设备和传感器

确认可疑点后，水下机器人可根据实际情况，搭载响应设备下水搜索，例如搜索金属类作案工具，ROV首选搭载金属探测仪；同时根据水质情况，搭载多波束图像声呐用于导航和搜索。

（4）确认打捞

当ROV逐一排查、发现并确认目标物后，如果是小目标物品，可通过水下机器人加装机械手，可以直接打捞。如果是大型目标，则可以通知蛙人进行打捞作业。

通过此种探测型无人艇及水下机器人的综合应用，将极大的提高水下目标搜寻效率，保障水下搜寻人员的生命安全。

五、功能模块

（1）水下观测

根据水域突发情况，至少配备一个高清彩色摄像头用于水下观察，同时应配备多个照明灯便于辅助照明。出色的摄像照明系统硬件可以保证机器人在水下成像的优异表现。

（2）侧扫声呐

侧扫声呐通常用于大范围搜索水下体积较大或者声学特征较为明显的疑似目标物。侧扫声呐可以选择拖鱼搭载，采用母船拖拽形式工作，也可以通过集成在无人艇、ROV上进行自主测量。

（3）多波束图像声呐

多波束图像声呐是在一定角度范围内有很多波束同时工作，能够在固定角度内实时高分辨率成像。通常多用于ROV的实时导航和避障，以及在浑浊水域的目标探测、识别和区域内的检查。相比于扫描声呐，多波束图像声呐实时性更好，可以随时观测水下情况。

（4）金属探测仪

金属探测仪通过ROV搭载的线圈向水底发射高性能磁力脉冲，感应海底的黑色（磁性金属，包括铁镍等）和有色金属（非磁性金属，包括金银等），可用于寻找金属武器、爆炸物和一些有色金属宝藏，适用于水下物证或赃物的搜寻。

（5）机械手等辅助工具

为了方便水下物证采集，可以根据情况为ROV选择搭载机械手或者其他辅助工具，用于水下的抓取、剪切和打捞等工作。对于较大的工具（比如五功能机械手），可以通过快拆框架安装的方式安装在 ROV 底部。

六、应用案例

侧扫声呐在某长江流域搜寻尸体