技术领域
[0001] 本
发明涉及一种自主水下系统，用于持续、原地、长期和大范围环境监测，特别是用于测量靠近海底的以及沿着水柱的环境参数。
背景技术
[0002] 在水下环境中测量环境参数意味着特别重要的活动，最重要的是接近危险区域，例如采油区域。
[0003] 为了在海中
执行环境监测，通常实施定期测量活动，并且采用仪器并收集样本，以便后续实验室分析。这种方法显然不足以保证对正在进行中的现象的动态有完整的了解，并且不能检测到在使用过程中异常事件的发生。
[0004] 当需要连续观测能
力时，永久水下观测台被采用，所述水下观测台通过适当的仪器能收集关于周围环境的数据。
[0005] 该精确方法对用于监测涉及长期环境现象的参数是有用的，如
地震、海啸、火山活动，但其不易用于大范围监测。
[0006] 为了克服该缺点，自主水下
机器人，即本领域熟知的AUV(自主水下机器人)被越来越多地使用。
[0007] 这些机器人通常装备有用于水下运动的推进和驱动系统以及用于收集有关水下环境的数据的各种测量仪器。
[0008] 如果被适当地编程，AUV允许在无需人工干涉的情况下，对预定区域进行几个小时的水下探测。
[0009] 然而，这些探测活动的持续时间受机器人
能量自主程度的影响，在每次测量结束时，机器人必需到达基地，以便下载收集到的信息，并对能量储存器再充电。
[0010] 这些基地或
站点一般位于水面上，以便人类操作，特别是为了更简单地管理机器人停放、重新配置、再充电的数据。
[0011] 水下站点是本领域公知的，其允许机器人在水下环境中被管理。
[0012] 特别地，这些站点允许机器人再充电、并允许机器人为随后的测量和上传/下载其携载仪器收集到的数据而重新配置。
[0013] 该技术使得机器人的自主程度得到改进，因此机器人在一个理论上的时间的无限期内能连续探测海底。
[0014]
专利申请US2009/0095209描述了一个水下站点，该水下站点装备有用于接收AUV、为其
电池再充电并与其交换信息的装置。
[0015] 该方案允许完全在水下环境中处理的长时间探测。
[0016] 用于AUV的水下站点的另一个例子在专利申请US2009/0114140中描绘，其描述了用于
支撑水下操作的系统。从能量、通信和维护
角度来看，该系统允许对AUV、ROV(遥控机器人)和HROV(混合遥控机器人)的操纵。
[0017] 特别地，当这些机器人进入
接触该系统，它们能接收探测用的能量，交换信息(即由携载仪器收集到的数据)，并进行维护。
[0018] 然而，还如同本领域目前已知技术那样，该系统不允许机器人的探测任务去适应当前的具体需要，特别是它们不允许在水下环境中对机器人的仪器设备进行重新配置。
[0019] 这就要求对于每种类型的探测而言，机器人必须配备先验的和特设的设备。
[0020] 在本领域已知的方法和系统中，这种灵活性的缺乏限制了在水下环境中使用当前探测方案的自主性。
[0021]
申请人已经发现，通过使用水下站点来对这些机器人进行再充电以及进行通信交换，建立能够长期和大范围水下探测活动的独立的并且自主的系统的需求只能部分地获得满足。
[0022] 在
现有技术中，该使用也以根据模
块式构造的自主水下机器人而被已知，该模块式构造允许机器人某种设置灵活性。该技术允许实现适于满足各种操作需求的水下机器人。
[0023] 例如，专利申请WO03/059734描述了一种通过机械式模块构造的AUV，当机械式模块相互结合时，形成了满足当前特定探测需求的AUV。
[0024] 在这种情况下，由各种模块的组装形成AUV在露天环境下手动完成，但不在水下环境中手动完成。
[0025] 对目前已知的自主水下机器人来说，AUV具有直接在水下环境的及时且自主的调制能力是不可能的。从深处重新浮起AUV以便能够增加或
修改携载仪器的需求则意味着大量的时间浪费，其极大地限制了这些系统的操作灵活性。
[0026] 因此，申请人已经设计了一种自主水下机器人，该机器人能够容纳一个或多个外部仪器设备模块，外部仪器设备模块可以直接在现场互换，无需操作员的人工干预，从而因此使装置完全适应当前的特定探测需求。
发明内容
[0027] 本发明的目的是克服上述缺点，特别是提供自主水下系统，该自主水下系统用于实现长时间、连续、在现场和宽范围地监测与海洋环境相关参数，该自主水下系统由综合水下站点和至少一个自主水下机器人构成，它们互相协作，以允许各种类型的环境探测。
[0028] 特别地，本发明用于监测海上活动对环境的影响、表现未开发区域的特性、支持污染地区的管理、监测安装在水下环境中的结构的完整性、以及检验第三方进入待被监测区域中的可能性。
[0029] 本发明的另一个目的是提供用于各种环境监测的自主水下机器人，其可通过外部仪器设备模块被调整，外部仪器设备模块可连接到机器人的主体。
[0030] 本发明的另一个目的是提供综合水下站点，该综合水下站点装备有实现各种环境测量类型的装置和仪器。
[0031] 本发明的另一个目的是提供综合水下站点，该综合水下站点装备有操纵和装备模块式自主水下机器人的装置。
[0032] 本发明还有另一个目的是提供一种用于四维环境监测的方法，该方法能沿着三维空间关于时间检测数据。
[0033] 本发明的这些和其它目的可通过提供如
权利要求1、18和40限定的用于四维环境监测的自主水下系统实现。
[0034] 用于四维环境监测的自主水下系统的其它特征由
从属权利要求提出。
附图说明
[0035] 根据本发明的用于四维环境监测的自主水下系统的特征和优点从下面说明性和非限制性的描述中更明显地示出，参见附图，其中：
[0036] -图1是根据本发明的用于四维环境监测的自主水下系统的优选
实施例的示意图；
[0037] -图2是
定位在海底的综合水下站点优选实施例的透视图；
[0038] -图3a是模块式自主水下机器人和与其连接的外部仪器设备模块的示意图；
[0039] -图3b是可被外部仪器设备模块装置调整的自主水下机器人的优选实施例的透视图；
[0040] -图4a是自主水下机器人的装备系统和形成综合水下站点的一部分的、用于自主水下机器人的停靠区域的剖面透视图；
[0041] -图4b是装备有仪器设备模块的装备系统和形成综合水下站点的一部分的透视图；
[0042] -图4c是能连接到自主水下机器人的仪器设备模块的透视图；
[0043] -图5是综合水下站点竖直剖面透视图，其中，模块式自主水下机器人停靠，以便通过外部仪器设备模块执行装备操作。
具体实施方式
[0044] 参见附图，这些附图示出了一个用于四维环境监测的自主水下系统，其整体上用附图标记100表示。
[0045] 本发明的第一个目的涉及用于环境监测的自主水下系统100，其包括：综合水下站点101，该综合水下站点101装备有携载仪器设备202；至少一个自主、模块式水下机器人102，该水下机器人102在待被监测区域107内可沿着
指定路径106运动；和至少一个外部仪器设备模块206，该外部仪器设备模块206能连接到所述机器人102；其中，所述综合水下站点101的特征在于其包括：
[0046] -至少一个停靠区域204，所述停靠区域204适于容纳所述机器人102；
[0047] -至少一个
接口系统220，所述接口系统220适于与所述已停靠的机器人102通信；
[0048] -至少一个装备系统207，所述装备系统207适于为所述已停靠的机器人102提供所述仪器设备模块206，并且包括至少一个停放区208，所述停放区208适于存放所述模块206；
[0049] -至少一个管理系统201，所述管理系统201适于管理所述站点101的功能。
[0050] 所述待被监测区域107可以是有关海上活动的一般水下区域，其中有储油器103、与水面结构104连接的管道和缆索105、以及在涉及油气活动的水下区域中常规存在的任何设备的
抽取和接口
基础结构。
[0051] 特别地，通过管道和缆索105与水下区域连接的水面结构104可以是浮式平台或附接到海底的结构。
[0052] 在本发明的优选实施例中，所述模块式自主水下机器人102通过沿着指定路线106检测所述待被监测区域107，所述指定路线106按照同一机器人的自主计算的路径或预编程路径。
[0053] 特别地，所述指定路线106可由直线轨迹和/或弯曲轨迹构成，路线在恒定的和/或可变的深度中，优选在0-1500米之间。
[0054] 在本发明的优选实施例中，所述综合水下站点101包括金属构架205，所述金属构架205优选由
铝合金制成，能通过具有支撑脚212的支腿210停放在海底上。
[0055] 所述构架205允许物理保护，以避免对携载仪器设备202、仪器设备模块206、和停靠在站点101的水下机器人102、以及包含在站点101中的任何其它设备造成的意外事故。
[0056] 所述构架205还允许接口系统220、装备系统207、管理系统201和综合水下站点101内的各种部件被包含在其中。
[0057] 在本发明的优选实施例中，所述模块式自主水下机器人102在所述待被监测区域107中执行监测任务，通过携载安装在机器人102上的仪器和/或通过所述外部仪器设备模块206，收集关于水下环境和关于在其中操作的基础结构的完整的数据。
[0058] 在本发明的优选实施例中，所述装备系统207为所述机器人102提供最适合的仪器设备模块206，目的是根据从所述管理系统201接收的指令实行监控任务。
[0059] 在本发明的优选实施例中，所述外部仪器设备模块206保持在停放区208中，停放区208位于构架205内，装备有机电仪器(未示出)，其允许模块206与站点连接/脱开连接。
[0060] 特别地，所述仪器设备模块206存放在所述停放区208中，并且当连接到所述停放区208时，所述仪器设备模块206能通过管理系统201被再充电、配置、编程和运行。
[0061] 在本发明的特定实施例中，所述停放区208是自动系统，优选地，为旋转装置(图4b)，其基于编程的探测任务或遥控控制驱动来操纵仪器设备模块206，以实现对水下机器人102的装载或卸载操作。
[0062] 一旦所述仪器设备模块206与所述停放区208已经脱开连接，它们就通过装备系统207中的机电装置(未示出)放置在水下机器人102上。
[0063] 在本发明的优选实施例中，所述综合水下站点101包括携载仪器设备202，该携载仪器设备202可以是固定的209或可动的213，适于测量至少一个以下参数：
[0068] -悬浮颗粒的浓度和/或分布图；
[0069] -
荧光(例如，涉及叶绿素和CDOM)；
[0070] -pH值；
[0071] -溶解气体的浓度(例如，CH4、H2S、CO2)；
[0072] -
碳氢化合物的浓度(例如，PAH)；
[0073] -营养物质的浓度(例如，
硝酸盐、
磷酸盐、
硅酸盐、
氨)；
[0074] -微量金属元素的浓度；
[0075] -洋流的方向和速度分布图；
[0076] -波浪的高度和方向；
[0077] -潮位；
[0078] -
声波压力(例如，通过
水听器对例如鲸类动物的海洋
生物的存在和经过进行声学监测)；
[0079] -活的生物体的生物反应(例如，特别是装有仪器的软体动物的夹具的开/闭
频率)。
[0080] 在本发明的优选实施例中，所述固定的携载仪器设备209完全容纳在构架205中，并包括至少一个
传感器214和至少一个本地控制单元215，本地控制单元215适于管理传感器的所有功能，例如，采集数据、供能、控制，等等。
[0081] 在本发明的优选实施例中，所述可动的携载仪器设备213与固定的携载仪器设备209不同之处在于，由于浮动单元217，所述可动的携载仪器设备213能将测量仪器设备从站点101移出，浮动单元217内部装有至少一个传感器和缆索218，缆索218防止浮动单元与站点101脱离连接。
[0082] 当由
绞盘216的动作卷绕时，由于自身与站点101的接合作用，所述缆索218允许装备有传感器的浮动单元217返回站点101内。
[0083] 浮动单元217的这种竖直运动，使得能够绘制水柱的剖面图(profiling)、通过容纳在其中的传感器收集从海底开始的不同高度处的水下环境数据。
[0084] 在本发明的优选实施例中，所述综合水下站点101包括位于所述构架205内的管理系统201，所述管理系统201适于管理站点的功能，特别是各种携载仪器设备之间的通信；与水面结构104之间的接口；供电的分配与调节；系统技术参数(状态、报警等)的监测；通过各种仪器获得的数据的收集与存储；外部仪器设备模块206的配置与选择；以及监测任务的编程。
[0085] 特别地，所述管理系统201能通过至少一个脐带式缆索211与水面结构104连接，脐带式缆索211允许站点101的传输数据和/或供能。
[0086] 在本发明的优选实施例中，所述综合水下站点101包括位于所述构架205内部的停靠区域204，所述停靠区域204适于允许机器人102进/出和临时停靠在水下站点101内。
[0087] 机器人102在该停靠区域204的进和出通过适当的导引装置更有利，该导引装置可选自：水声定位系统、
电视摄像机、光、
接近传感器219、入口隔壁。
[0088] 特别地，形成所述停靠区域204的一部分的所述导引装置能连接到管理系统201。
[0089] 优选地，所述停靠区域204可包括水平面和位于水平面中的开口203，机器人102在进入站点101后停放在水平面上，装备系统207通过开口203将仪器设备模块206和已停靠的机器人102连接。
[0090] 应该指出，当模块式自主水下机器人102定位在停靠区域204中时，所述站点的所述接口系统220允许至少一个下面的操作能实现：
[0091] -机器人102和站点101之间的数据通信；
[0092] -对机器人102的电池312再充电。
[0093] 在本发明的优选实施例中，所述接口系统220由直接的连接装置构成，例如连接插座或接触元件。
[0094] 在可选实施例中，位于所述站点101和所述机器人102之间的所述接口系统220由无线通信装置构成。
[0095] 在这个特定方案中，所述机器人102的电池312可通过
电磁感应系统再充电。
[0096] 应该指出，这些感应系统是本领域熟知的，对本领域技术人员来说是可得的，相比常规例行工作并不需要施加额外的限制。
[0097] 本发明的第二个目的涉及一种装备有携载
测量传感器311的模块式自主水下机器人102，所述水下机器人102包括：至少一个主
推进器302；用于精确定位的至少一个辅助推进器305、306、307；
外壳301；至少一个
电子控
制模块313；至少一个能量储备器312；至少一个连接系统308，其特征在于：所述水下机器人102包括用于附接至少一个外部仪器设备模块206的装置317，其中，所述外部仪器设备模块206装备有至少一个测量传感器
314。
[0098] 在本发明的优选实施例中，所述主推进器302和精确定位的辅助推进器305、306、307具有螺旋桨，并由外壳301内的至少一个
马达310操作，所述马达310优选是电动的。
[0099] 特别地，侧部推进器305、前部推进器306和顶部/底部推进器307用于机器人102在空间中的精确位移，从而给其宽泛的操纵和定位能力。
[0100] 机器人102的操纵能力可通过一个或多个
舵303进一步促进。
[0101] 在本发明的优选实施例中，所述外壳301由抗
腐蚀材料制成，优选
复合材料。
[0102] 必需在空气中操作的内部部件，如电子
控制模块313和能量储备器312，被装在一个或多个水密容器309中，水密容器309优选由
钛制成并能承受优选高达300巴的高压。
[0103] 在本发明的优选实施例中，所述携载测量传感器311实现至少一个以下参数的测量：
[0104] -温度；
[0105] -导电性；
[0106] -溶解氧的饱和度浓度和/或百分比；
[0107] -浊度；
[0108] -荧光(例如，涉及叶绿素和/或CDOM)；
[0109] -pH值；
[0110] -溶解气体的浓度(例如，CH4、H2S、CO2)；
[0111] -碳氢化合物的浓度(例如，PAH)。
[0112] 特别地，位于外壳301内的所述携载测量传感器311能通过位于外壳301自身上的一个或多个开口304接触到
海水。
[0113] 在本发明的优选实施例中，所述附接装置317可以是机电启动装置，并使得模块206钩住机器人102。
[0114] 所述机器人102可包括与外部仪器设备模块206通信的通信装置(未示出)，从而允许除了可能的能量交换外，还允许信息双向交换，以便于由各传感器收集的数据同步。
[0115] 在本发明的优选实施例中，所述模块式自主水下机器人102可包括连接系统308，该连接系统308能与接口系统220接合，以在机器人102和水下站点101之间进行通信交换。所述连接系统308还允许为携载能量储备器312再充电。
[0116] 在本发明的优选实施例中，所述模块式自主水下机器人102可包括电子控制模块313，电子控制模块313管理推进器、携载传感器311、能量储备器312、附接装置317、连接系统308以及与外部仪器设备模块206通信的可能的通信装置的功能和控制。
[0117] 在本发明的特定实施例中，所述能量储备器312是电池，优选为锂离子或锂
聚合物电池。
[0118] 应该指出，机器人可被制造成具有外壳301，所述外壳301具有扁平的外形、特别是具有平坦的下表面，以有利于机器人102停放在综合水下站点101上或海底上。
[0119] 特别地，当机器人102接近站点101时，外壳301的下表面能容易地搁置在停靠区域204的表面上，从而使得装备系统207通过表面的开口203介入在机器人上。
[0120] 在本发明的优选实施例中，装备有测量传感器314的所述外部仪器设备模块206可包括：
[0121] -连接装置319；
[0122] -通信装置320；
[0123] -外壳318；
[0124] -控制单元316。
[0125] 在本发明的特定实施例中，所述外部仪器设备模块206包括至少一个内部能量源315，优选为电池。
[0126] 本发明的优选实施例中，控制单元316和能量源315能装在一个或多个水密容器321中，水密容器321位于外壳318内，并能承受水下高压。
[0127] 所述水密容器321优选由钛制成。
[0128] 应该指出，为了更好地避免可能的碰撞，并确保机器人具有足够的
流体动力能力，所述控制单元316、所述传感器314和所述内部的能量源315都装在所述外壳318内。所述外壳318优选由复合材料或者另一种抗腐蚀材料制成。
[0129] 在本发明的优选实施例中，所述连接装置319使得仪器设备模块206钩住水下综合站点101的装备系统207或钩住机器人102，从而保证机器人102在水中移动期间的完整联接。
[0130] 在本发明的特定实施例中，所述连接装置319能被所述控制单元316机械地或机电地驱动或由外壳318上的适当地成形的槽构成。
[0131] 在本发明的优选实施例中，所述通信装置320允许与外部设备(如机器人102或综合水下站点101的装备系统207)进行交换信息和/或能量供应。
[0132] 在本发明的优选实施例中，所述通信装置320允许由传感器314实现的测量结果与由所述机器人102的那些携载传感器311实现的测量结果同步。
[0133] 在本发明的优选实施例中，所述控制单元316控制测量传感器314的功能、能量供给的调节和分配、以及与机器人102的接合。
[0134] 在本发明的优选实施例中，安装在所述外部仪器设备模块206中的所述测量传感器314可以从以下类型传感器选择：
[0136] -声学传感器(声纳、回声探测器)；
[0137] -自动碳氢化合物分析仪；
[0139] -自动微量金属分析仪；
[0140] -自动营养物质分析仪。
[0141] 本发明的第三个目的涉及一种在水下环境中的4D环境监测方法，其包括根据本发明的综合水下站点101、至少一个根据本发明的外部仪器设备模块206、和至少一个根据本发明的模块式自主水下机器人102，其特征在于：
[0142] -通过综合水下站点101，为模块式自主水下机器人102选择和提供至少一个外部仪器设备模块206；
[0143] -将外部仪器设备模块206附接到模块式自主水下机器人102；
[0144] -模块式自主水下机器人102以及与其附接的外部仪器设备模块206从综合水下站点101离开；
[0145] -通过模块式自主水下机器人102以及与其附接的外部仪器设备模块206沿着预定路线或基于由传感器测量的数据而实时计算出来的路线执行测量；
[0146] -通过模块式自主水下机器人102以及与其附接的外部仪器设备模块206中的传感器执行水下环境的测量和数据收集；
[0147] -模块式自主水下机器人102返回综合水下站点101；
[0148] -通过综合水下站点101下载收集到的数据；
[0149] -通过综合水下站点101对模块式自主水下机器人102的电池再充电；
[0150] -模块式自主水下机器人102停靠在综合水下站点101内，直到接到执行随后的任务为止；
[0151] -通过综合水下站点101携载仪器设备202对水下环境测量和收集数据；
[0152] -处理由模块式自主水下机器人102、外部仪器设备模块206和仪器设备202收集的数据的组合，用以分析水下环境。
[0153] 在本发明的优选实施例中，所述方法允许通过关联在检测时收集的数据和测量
位置进行环境监测。
[0154] 在本发明的优选实施例中，所述收集的数据代表测量以下参数中的至少一个：
[0155] -温度；
[0156] -导电性；
[0157] -溶解氧的饱和度浓度和/或百分比；
[0158] -浊度；
[0159] -悬浮颗粒的浓度和/或分布图；
[0160] -荧光(例如，涉及叶绿素和CDOM)；
[0161] -pH值；
[0162] -溶解气体的浓度(例如，CH4、H2S、CO2)；
[0163] -碳氢化合物的浓度；
[0164] -营养物质的浓度；
[0165] -微量金属元素的浓度；
[0166] -苯酚的浓度；
[0167] -洋流的方向和速度分布图；
[0168] -波浪的高度和方向；
[0169] -潮位；
[0170] -声波压力(例如，通过水听器对海洋生物，例如鲸类动物，的存在和经过进行声学监测)；
[0171] -活的生物体的生物反应(例如，特别装有仪器的软体动物的夹具的开/闭频率)；
[0172] -光学和/或声学图像，例如，被检查的海底和基础结构。
[0173] 在本发明的优选实施例中，所述选择的路线可基于预先制定的地图或基于处理即时收集的数据来通过管理系统201自主确定，或者作为一种替代，也可以使用连接到站点101的表面系统(未示出)来确定路线。
[0174] 在本发明的优选实施例中，与时间相关的所述收集的数据在处理后，给出了所监测的水下环境的全面视图，即四维视图。
[0175] 实施例
[0176] 自主水下系统100，其目的是用于：定位在涉及石油和
天然气活动的区域107内，按照图1所示放置在海底上，其中，模块式自主水下机器人102沿着基于基础结构103和管道105定位的预设路线106运动，管道105将所述基础结构连接到水面平台104上。
[0177] 在探测任务106过程中，模块式自主水下机器人102通过其安装的携载传感器和/或仪器设备模块206上的传感器获得有关海洋环境的数据和在其中操作的基础结构的整体性，在任务结束后，返回位于海底的综合水下站点101。
[0178] 特别地，被所述自主水下系统100监测的区域宽约4千米，长约4千米，深度约1千米。
[0179] 综合水下站点101包括如图2中的金属构架205，由于设有四个支撑足212的四条支撑腿210，金属构架205稳固地位于海底上。
[0180] 该站点运行所必需的各种系统被设置在所述构架205内，构架205具有5米×5米的基部以及3.5米的高度。特别地，站点包括控制系统201，该控制系统201通过脐带式缆索211与浮式平台104通信。
[0181] 该控制系统201将完成的监测任务的信息发送出去，并接收下一个任务配置的信息。
[0182] 该控制系统201还处理通过脐带式缆索211从水面结构接收的电力的分配与调节。
[0183] 该控制系统201还管理与各种携载仪器设备的通信、测量数据的采集和在处理前对数据的存储。
[0184] 所述控制系统201还确保系统的各种技术参数的控制(状态、报警等)。
[0185] 站点101在其内部包括两种类型的携载仪器设备202，固定型的仪器设备209、可移动型的仪器设备213，其允许对水下环境各种参数的测量。
[0186] 某些用于携载的仪器设备的传感器在下文中简要地说明。
[0187] 一种用于测量温度、导电率和由此产生的参数(含
盐度、
密度、声速)的传导性、温度和深度传感器。特别地，使用Seabird Electronics公司的CTD SBE-16传感器。
[0188] 一种用于测量溶解氧的饱和度浓度和/或百分比的光学传感器。特别地，使用AADI公司的4330F型传感器。
[0189] 一种用于通过蓝区
波长来测量浊度的传感器。特别地，使用WETLABS公司的ECO-NTU型传感器。
[0190] 一种用于测量悬浮颗粒的浓度和/或分布图的高频声学传感器。特别地，使用Aquatec公司的AQUAscat1000型传感器。
[0191] 一种用于测量荧充性的荧光仪，例如叶绿素和CDOM。特别地，使用WETLABS公司的ECO FL型荧光仪。
[0192] 一种用于测量pH的传感器。特别地，使用Seabird Electronics公司的SBE-27型传感器。
[0193] 一种用于测量溶解的甲烷的浓度的传感器。特别地，使用Franatec公司的METS型传感器。
[0194] 一种用于测量碳氢化合物的浓度的传感器。特别地，使用Contros公司的HydroC型传感器。
[0195] 一种用于测量营养物质的浓度的传感器，所述营养物质包括：硝酸盐、磷酸盐、
硅酸盐、氨。特别地，使用Envirotech Instruments公司的NAS3-X现场营养物质型传感器。
[0196] 一种用于测量微量金属的浓度的传感器，所述微量金属例如为：
铜、铅、镉、锌、锰和
铁。特别地，使用Idronaut公司的VIP水下伏安探测型传感器。
[0197] 一种用于测量洋流的方向和速度分布图的传感器。特别地，使用RD Instruments公司的Workhorse Monitor ADCP声学多普勒洋流剖面型传感器。
[0198] 一种用于测量潮位的传感器。特别地，使用Paroscientific公司的8CB系列高压深度传感器。
[0199] 一种用于测量声波压力的传感器。特别地，使用RESON公司的TC-4042水听器型传感器。
[0200] 一种用于测量软体动物生物学反应的传感器。特别地，使用Biota Guard公司开发的系统。
[0201] 对于可动的仪器设备213而言，这包括由复合材料制成的浮动单元217，其含有一个或多个测量传感器。由于罩体217是在水中漂浮，它可以沿着水柱绘制剖面图。
[0202] 一旦这些操作已经完成，电绞盘216重绕将浮动单元217和站点101连接的缆索18，从而对构架205内的可动仪器设备213重新定位。
[0203] 与此相反，固定仪器设备209被牢固地束缚到构架205，但在必要的情况下，通过使用装备有合适的操纵臂的ROV的常规水下介入物，固定仪器设备209也能被取代。
[0204] 站点101在构架内包括停靠区域204，参见图2、4a和5，该停靠区域204包括指示尺寸为4000×2000毫米的水平面，该水平面能容易地容纳模块式自主水下机器人102。
[0205] 所述停靠区域204还包括一些仪器设备，这些仪器设备操作成支撑机器人102，以便于其在站点101内定位。特别地，一些声学定位系统和接近传感器219安装在停靠区域204内，其检测机器人102向所述区域的接近。
[0206] 该停靠区域204还包括在水平支撑面中的开口203，通过开口203，外部仪器设备模块206被安装在机器人102上。
[0207] 在进入站点101时，机器人102在特定位置中被定位在停靠区域204的平面上，该位置允许装备系统207通过平面的开口203容易地对机器人102操作，以存放和更换外部仪器设备模块206。
[0208] 特别地，装备系统207将从机器人102卸下的仪器设备模块206定位在停放区域208内，并接收来自控制系统201的指令，以便将新的外部仪器设备模块206移成定位在机器人102上。
[0209] 所有可用的外部仪器设备模块206都容纳在停放区域208内，特别地，它们容纳在传送带系统中，通过旋转，该传送带系统便于将预定用于执行监控任务的模块206移除；剩余的模块206仍与传送带连接，以便再充电和配置操作。
[0210] 一旦仪器设备模块206已经被移除，装备系统207就将仪器设备模块206带成与附接装置317对应地放到机器人102的下方，然后，完成外部模块206与机器人102的连接操作。
[0211] 使用的外部仪器设备模块206具有连接装置319，连接装置319相对于外壳318突出，如图4c所示。
[0212] 这些连接装置319允许模块连接到装备系统207和机器人的附接装置317。
[0213] 特别地，外部仪器设备模块206的外壳318由复合材料制成。
[0214] 模块内的部件必须在空气中操作，例如控制单元316和内部能量源315，它们装在能耐高压的水密封容器321中。
[0215] 外部仪器设备模块206具有带平端的圆柱形式，在某些配置中，长度达到1500毫米，直径达到250毫米。
[0216] 当模块206被装备系统207正确安放时，附接装置317将把外部仪器设备模块206卡塞在机器人102上。
[0217] 只有随后被装备系统207的机电装置释放，模块206才能返回存放位置。
[0218] 仪器设备模块206还具有适当的连接装置，所述连接装置作为一个通信装置320，用于与机器人102或与水下站点101的信息和数据交换。
[0219] 该连接允许与模块206的输入和输出的信息交换。
[0220] 特别地，当模块206通过附接装置317连接到机器人102时，通信装置320接触到模块式自主水下机器人102的连接装置(未示出)。
[0221] 仪器装置311和314通过该连接同步，从而获得与时间关联的单一测量。
[0222] 使用的模块式自主水下机器人102具有带扁平形状的外壳301，以便在海底上和站点101的平面204上提供更好的支撑；并且包括一组推进器，这些推进器使得该装置能在三维空间内运动(参见图3b)。特别地，在机器人102的艉部处定位有两个主推进器302，而在机器人102的两侧上定位有两个后部辅助侧推进器305和四个前部辅助侧推进器306。最后，在每侧上还有两个上部和下部辅助推进器307，它们位于机器人102的艏部和艉部。
所有的推进器都由电马达驱动。
[0223] 所有推进器的组合给了机器人在空间中运动和定位的最大灵活性，还给了在运行时使机器人102水平地稳定的可能性。
[0224] 这些推进器由可再充电的
锂离子电池312供电，锂离子电池312能确保至少8个小时的自主运行。
[0225] 舵303也促进了在监控探测过程106中对待遵循的轨迹的操纵和建立。
[0226] 机器人102的携载传感器311通过外壳301上的开口304直接与海水接触。
[0227] 机器人102具有如下尺寸：3750×1500×750毫米(长×宽×高)。
[0228] 机器人102的携载传感器311和外部仪器设备模块206的测量传感器314允许测量涉及时间和位置的大量参数。特别地，机器人装备有携载仪器设备用于测量以下参数：
[0229] -温度、导电率和压力，由Seabird公司的CTD SBE-49传感器测量；
[0230] -浊度，由WETLABS公司的ECO-NTU型传感器测量；
[0231] -用于叶绿素和CDOM的荧光性，由WETLABS公司的ECO FL传感器测量；
[0232] -溶解氧的浓度和饱和度百分比，由AADI公司的4330F型传感器测量；
[0233] -PAH碳氢化合物的体积浓度，由CONTROS公司的HydroC传感器测量。
[0234] 外部仪器设备模块206可连接到机器人并且根据任务程序可选择，其设想了以下方案：
[0235] ·水样采集模块，装备有Envirotech Instruments公司的自动取样器Aqua Monitor，
[0236] ·观测模块，用于水下设施的
泄漏检测或目测检查，例如，油管、
歧管、PLEMS等。其配备有用于监测以下列参数/数据的仪器设备：
[0237] -图象和视频，通过ROS(远程海洋系统)公司生产的高
分辨率彩色摄像机INSPECTORHD显出；
[0238] -甲烷的浓度，通过Franatech公司的METS传感器显出；
[0239] -PAH碳氢化合物的体积浓度，通过CONTROS公司的HydroC传感器示出；
[0240] -颜料示踪物的存在，通过光学测量系统Bowtech示出，Bowtech使用LED-540灯和单色远距离摄像机600TVL。
[0241] ·污染物分析模块，用于在原处测量以下参数：
[0242] -微量金属元素的浓度，通过Idronaut公司的VIP探测器测量；
[0243] -特定碳氢化合物的浓度，通过一个或多个分析仪测量；
[0244] -苯酚的浓度，通过分析仪测量；
[0245] -营养物质的浓度，通过Envirotech Instruments公司的NAS3-X传感器测量。
[0246] ·声波测量模块，使用Applied Signal Technology Inc公司生产的合成开孔声纳Prosas Surveyor测量。
[0247] 最后，很显然，如此构思的系统，可以进行许多修改和变型，但都包括在本发明中；而且，所有的细节都可以由技术上等同的元件被取代。在实践中，所用的材料以及尺寸，都可以根据技术要求进行改变。
