Autonomous Underwater Vehicles24-26 Maret 2003Dipersiapkan untuk Platform Otonomi Underwater Lagrangian dan Sensor Lokakaryaoleh Christopher von Alt, Woods Hole Oceanographic InstitutionPengantarSebuah Autonomous Underwater Vehicle (AUV) adalah perangkat robot yang didorong melalui airoleh sistem propulsi, dikontrol dan dikemudikan oleh komputer onboard, dan bermanuver ditiga dimensi. Tingkat kontrol, pada sebagian besar kondisi lingkungan, izinkendaraan untuk mengikuti lintasan terprogram tepat dimanapun dan kapanpun diperlukan. Sensordi papan AUV sampel laut sebagai AUV bergerak melalui itu, menyediakan kemampuan untuk membuatbaik spasial dan time series. Data yang dikumpulkan oleh sensor AUV secara otomatisgeospatially dan temporal direferensikan dan biasanya kualitas unggul. Beberapa kendaraansurvei meningkatkan produktivitas, dapat memastikan memadai temporal dan spasial sampling, dan memberikanberarti menyelidiki koherensi laut dalam waktu dan ruang.Fakta bahwa AUV biasanya bergerak tidak mencegah juga melayani sebagai seorang Lagrangian,atau Euler kuasi platform. Mode operasi dapat dicapai dengan pemrogramankendaraan untuk berhenti dan mengapung menyodorkan pasif pada kedalaman tertentu atau lapisan kepadatan di laut, atauaktif berkeliaran di dekat lokasi yang diinginkan. AUV ini juga dapat diprogram untuk berenang di konstantekanan atau ketinggian atau kedalaman bervariasi dan / atau pos ketika mereka bergerak melalui air mereka, sehinggabergelombang laut melihat pola survei yang meliputi petak vertikal dan / atau horizontal mungkinterbentuk. AUV ini juga sangat cocok untuk melakukan transek linier panjang, laut menggergaji melaluiair saat mereka pergi, atau bepergian pada tekanan konstan. Mereka juga menyediakan sangat produktifberarti melakukan survei dasar laut menggunakan sistem pencitraan akustik atau optik.Bila dibandingkan dengan platform lain Lagrangian, AUV yang menjadi alat pilihan sesuai dengan kebutuhan yanguntuk kontrol dan kekuasaan sensor meningkat. Keuntungan AUV di daerah ini dicapai padaBeban daya tahan, yang untuk AUV biasanya pada urutan 8-50 jam. Kebanyakan kendaraandapat bervariasi kecepatan mereka antara 0,5 dan 2,5 m / s. Kecepatan optimal dan sesuaijangkauan terbesar kendaraan terjadi ketika beban hotelnya (semua daya yang diperlukan kecuali propulsi) adalahdua kali beban pendorong. Untuk sebagian besar kendaraan, ini terjadi pada kecepatan dekat 1,5 m / s.Tingkat otonomi robot menyajikan dikotomi yang menarik. Jumlah otonomi tidaktidak menyediakan pengguna dengan umpan balik tentang kemajuan kendaraan atau kesehatan, juga tidak memberikanberarti mengendalikan atau mengarahkan kendaraan selama misi. Memang, bagaimanapun, membebaskan penggunauntuk melakukan tugas-tugas lain, sehingga sangat mengurangi biaya operasional, asalkan kendaraan danOperator bertemu pada waktu mereka yang telah ditunjuk pada akhir misi. Untuk beberapa misi, jumlahotonomi mungkin satu-satunya pilihan; dalam kasus lain ketika kendaraan melakukan rutinitasmisi, mungkin modus lebih operasi.Sistem komunikasi berbasis akustik dua arah, frekuensi radio, dan satelit menawarkankemampuan untuk memantau dan mengarahkan misi AUV di seluruh dunia dari kapal atau dari tanah. Untuk iniAlasannya, operasi semi-otonom menawarkan keuntungan yang berbeda atas operasi sepenuhnya otonom. 2SejarahBerikut ini menyoroti beberapa prestasi penting dalam sejarah AUV itu. Dalamruang yang singkat dan waktu yang tersedia, sayangnya tidak mungkin untuk memberikan informasi tentang semuasistem.Asal AUV yang mungkin harus dikaitkan dengan Whitehead Automobile "Fish" Torpedo.Robert Whitehead dikreditkan dengan merancang, membangun, dan menunjukkan Torpedo pertama diAustria pada tahun 1866. Torpedo dinamai ikan Torpedo, yang merupakan sinar listrik yang mampumemberikan kejutan yang menakjubkan untuk mangsanya. Torpedo pertama Whitehead mencapai kecepatan lebih dari 3,0m / s dan berlari untuk 700 m. Kendaraan itu didorong oleh udara terkompresi dan membawa bahan peledakbiaya. Jika seseorang mengabaikan fakta bahwa itu membawa bahan peledak, mungkin dianggap yang pertamaAUV.Kebutuhan untuk memperoleh data oseanografi di sepanjang lintasan yang tepat dan di bawah es termotivasi StanMurphy, Bob Francois, dan kemudian Terry Ewart dari Laboratorium Fisika Terapan dariUniversity of Washington untuk memulai pengembangan apa yang mungkin telah pertama "benar" AUV dalamakhir 1950-an. Pekerjaan mereka menyebabkan pengembangan dan pengoperasian The Self Propelled UnderwaterKendaraan Penelitian (s) (SPURV). SPURV I, mulai beroperasi pada awal 60-an dan didukungupaya penelitian melalui pertengahan 70-an. SPURV Saya pengungsi 480 kg, dan bisa beroperasi pada 2,2 m / sselama 5,5 jam pada kedalaman sampai 3 km. Kendaraan itu akustik dikendalikan dari permukaan danmandiri bisa dijalankan pada tekanan konstan, laut melihat antara dua kedalaman, atau mendaki dan menyelam disampai dengan 50 derajat. Peneliti menggunakan kendaraan untuk membuat CT pengukuran garis isobarik didukungan dari pemodelan gelombang internal yang [1]. Kendaraan itu digunakan kemudian di 70 untuk dukunganpengamatan Horisontal dan Vertikal Difusi menggunakan pewarna pelacak pada kedalaman 1 km. ItuKendaraan mampu melacak pewarna membanggakan 66 jam setelah pewarna dirilis [2]. SPURV II adalahlebih mampu daripada SPURV I, dan digunakan untuk mempelajari penyebaran kapal selam bangun menggunakanpewarna pelacak selama 70-an dan 80-an. Ada lebih dari 400 penyebaran SPURV.The Naval Samudera System Center, sekarang SPAWAR, memulai pengembangan AdvancedUnmanned Pencarian System (au) pada tahun 1973 sebagai tanggapan atas tenggelamnya USS Thresher, yangUSS Scorpion, dan hilangnya bom H dari Palomares. Kendaraan diluncurkan pada tahun 1983, danlaporan dan publikasi pada sistem masih dalam pers di tahun 90-an. Au pengungsi 907 kg,dilakukan 20 kw-jam energi dalam baterai seng silver, dan dinilai sampai 6 km. Itu akustiksistem komunikasi yang ditransmisikan gambar video melalui air. Au menyelesaikan lebih114 penyelaman, beberapa sampai 6 km. Konsep menggunakan beberapa kendaraan berenang bebas untuk meningkatkankinerja sistem dapat ditelusuri untuk pengembangan sistem ini. Karya ini selesaibeberapa waktu di awal 80-an. [5]IFREMER yang Epulard dirancang pada tahun 1976, dirakit oleh 1978, dan beroperasi penuh1980. Epulard adalah yang pertama 6 km dinilai AUV akustik terkontrol yang didukung laut dalamfotografi dan survei batimetri. Kendaraan mempertahankan ketinggian konstan atasbawah dengan menyeret kabel. Epulard menyelesaikan 300 penyelaman, beberapa sampai 6 km, antara tahun 1970 dan1990 [3].Menurut 1987 Undersea Directory Kendaraan Busby, ada enam operasional AUV dantambahan 15 kendaraan lain yang dianggap prototipe atau sedang dibangun oleh1987. Selama periode ini, AUV yang disebut un-ditambatkan (otonom) ROV itu, dansingkatan AUV berdiri for Advanced Underwater Vehicle, kendaraan yang sedang dikembangkan olehUS Defense Advanced Research Projects, yang selesai pada tahun 1984. Asal usul 3Kendaraan Hugin, yang saat ini diproduksi oleh Konsberg Simard, juga dapat ditelusuri kembali keakhir 80-an [4].Selama 90-an, ada sebuah menyalakan kembali minat AUV dalam penelitian akademik.The Massachusetts Institute of Technology Sea Grant AUV lab mengembangkan enam Odysseykendaraan selama awal 90-an. Kendaraan ini pengungsi 160 kg, bisa beroperasi pada 1,5 m / s sampaisampai enam jam, dan dinilai sampai 6 km. Kendaraan Odyssey dioperasikan di bawah es pada tahun 1994, dan untukkedalaman 1,4 km selama 3 jam di laut terbuka pada tahun 1995 [6]. Kendaraan Odyssey juga digunakan dalamdukungan percobaan menunjukkan Jaringan Otonomi Samudera Sampling selama iniperiode [7].WHOI Autonomous Benthic Explorer (ABE) juga dikembangkan pada awal 90-an danmenyelesaikan misi ilmiah pertama pada tahun 1994. ABE menggantikan 680 kg dan dapat beroperasi hingga 34jam sampai kedalaman 5 km, dan biasanya perjalanan sekitar 0,75 m / s. ABE membawa enam pendorong,membuatnya menjadi kendaraan yang sangat bermanuver dalam tiga dimensi. Kemampuan ini membuat ABEplatform yang sangat baik untuk melakukan survei bawah dekat di medan kasar. ABE telah menyelesaikan lebih dari80 penyelaman dalam mendukung ilmu pengetahuan; satu menyelam berlangsung selama 30 jam pada 2,2 km. Menyelam terdalam sampai saat iniadalah 4 km [7].Submarines International Engineering, Ltd Theseus dikembangkan selama awal 90-an untukAS dan perusahaan pertahanan Kanada. Theseus menggusur 8.600 kg, dan bisa beroperasi pada 2m / s untuk 100 jam untuk kedalaman 1 km. Kendaraan berhasil meletakkan 190 km kabel serat optikdi bawah es di 500 m dari perairan pada tahun 1996; panjang total 365 km adalah misi dan selesai pada 50jam [9].REMUS kendaraan WHOI yang dikembangkan pada akhir 90-an untuk mendukung tujuan ilmiah diLEO-15 observatorium di Tuckerton, NJ, dengan dana dari NSF dan NOAA. REMUS selesaimisi ilmiah pertama pada tahun 1967. Kendaraan menggantikan 36 kg dan dapat beroperasi hingga 20 jamsebesar 1,5 m / s dan kedalaman 100 m. Saat ini ada lebih dari 50 kendaraan REMUS di 20 berbedakonfigurasi yang sedang independen dioperasikan oleh sembilan universitas, tiga Angkatan Laut ASlaboratorium, satu laboratorium pertahanan Inggris, dan tiga cabang dari US Navy. Ratusanorang telah berhasil dilatih dalam penggunaan kendaraan REMUS. Hal ini tidak mungkin untukmenentukan berapa banyak misi telah dilakukan oleh REMUS. Misi REMUS terpanjangberlangsung 17 jam. Kendaraan perjalanan 60 km di 1,75 m / s pada kedalaman maksimum 20 m lepaspantai NJ di LEO-15 observatorium [10].South Hampton Oceanography Center Autosub dikembangkan selama awal 90-an untuk memberikanilmuwan dengan kemampuan untuk memantau lautan dengan cara baru. Autosub menyelesaikan yang pertamamisi ilmiah pada tahun 1998. Kendaraan memindahkan 1.700 kg, dan dapat melakukan perjalanan sampai 6 hari pada 3 knothingga kedalaman 1,6 km. Autosub telah menyelesaikan 271 misi, dengan total 750 jam dan meliputi3.596 km. Menyelam terdalam adalah 1 km.; misinya terpanjang berlangsung 50 jam [11]. Pada tahun 1998,UK National Research Council Lingkungan disediakan 2.6m pound dalam bentuk hibah dan pelatihanpenghargaan untuk digunakan dengan Autosub. Hibah ini mendorong banyak kepentingan dalam ilmiahmasyarakat. 4The pergantian abad diantar di perusahaan komersial pertama yang menawarkan air dalam (3 km)Jasa survey AUV. C & C Technologies Lafayette, Louisiana menawarkan Hugin 3000 AUV untukcharter. Kendaraan itu diproduksi oleh Kongsberg Simrad Norwegia. Para dapat digantikan oleh kendaraan1400 kg, dan dapat beroperasi pada 4 knot selama 40 jam menggunakan sel bahan bakar aluminium / oksigen. C & CTeknologi telah menyelesaikan lebih dari 17.702 km dari (dibayar) pemetaan geofisika, beberapa sampai 3 km,karena kendaraan pertama kali ditawarkan pada tahun 2000. C & C Technologies juga menawarkan klien interaktifperangkat lunak pada situs web mereka yang memungkinkan mereka untuk memantau dan mengarahkan kemajuan generasigrafik yang sedang dibuat di atas kapal survei yang mendukung survei AUV. [12].Negara SeniBerikut ini menyajikan pembahasan kemampuan baru yang secara langsung akan menguntungkan ilmuwanyang tertarik menggunakan AUV ini.Sejauh pertimbangan yang paling penting yang digunakan untuk menilai kondisi kendaraan seni adalah: Apakah sistem menginspirasi kepercayaan? Apakah mudah untuk digunakan dan dapat diandalkan? Apakah memberikan solusi lengkap, yaitu, perencanaan misi, pelaksanaan, data yanganalisis, dan pembuatan laporan? Apakah kendaraan menyediakan akses ke berbagai macam sensor? Apakah ada cara yang aman dan dapat diandalkan meluncurkan dan memulihkan sistem? Apakah bisa dioperasikan dari kapal kesempatan?Secara historis, AUV yang menavigasi melalui laut dengan asumsi bahwa laut besar danberisi beberapa kendala yang akan menghambat penyelesaian misi mereka. Mereka mengeksekusi scriptyang membawa mereka dari tujuan untuk tujuan. Mereka mungkin bereaksi secara berbeda terhadap naik atau jatuhdasar laut berdasarkan pada kebutuhan untuk mempertahankan ketinggian konstan di atas bagian bawah dan tidak berbenturan denganbagian bawah, tetapi pada umumnya mereka menggunakan data sensor yang diperoleh selama misi untuk membuat mereka lebihsukses dan / atau dapat diandalkan. Informasi Sensor dicatat. Hal ini tidak diproses dan digunakan untukmenyediakan kendaraan dengan kemampuan untuk beradaptasi, dan mengubah tujuan saat ini; itu hanyadirekam untuk analisis masa depan.Kemampuan untuk menanamkan software ke dalam sistem kendaraan yang dapat mengubah misi saat kendaraan,berdasarkan pengukuran dari sensor (s) yang dibawanya, dan langsung ke arah sumber atau fenomenabunga akan sangat mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk mencari dan mempelajari fenomena kepentingan tersebut.Setelah segumpal "apa pun" ke sumbernya, mendeteksi kendala ke depan dan manuversekitarnya, dan mengikuti "lapisan di laut" merupakan contoh bagaimana AUV dapat dibuat lebihcerdas dan berguna. Kemampuan ini tersedia dalam beberapa sistem hari ini.Kemampuan untuk satu kendaraan untuk menyampaikan informasi yang diperolehnya dari sensor ke yang lainkendaraan melalui link akustik, sehingga kendaraan kedua kemudian dapat mengarahkan misi sendiri berdasarkaninformasi, dapat diperpanjang untuk beberapa kendaraan. Ini hubungan kerjasamacontoh potensi yang muncul dari beberapa operasi kendaraan; perluasan konsep inilebih dari dua atau tiga sistem memanggil kebutuhan untuk manajemen ruang udara air bawah airsistem kontrol lalu lintas. 5Kemungkinan Masa DepanMasalahnya dengan zaman kita adalah bahwa masa depan tidak apa dulu. -Paul ValeryMenemukan cara yang lebih baik mengamati dan melaporkan interior laut, seafloors danbatas pesisir tetap tujuan utama dari komunitas oseanografi. Memanfaatkanteknologi produktif dan terjangkau yang menawarkan perspektif baru dari laut dengan memberikanmetodologi pengambilan sampel yang menggabungkan resolusi spasial tinggi survei berbasis kapal dengandaya tahan dan resolusi temporal tambatan mungkin menjadi salah satu "cara yang lebih baik" Penggunaan luas initeknologi oleh komunitas ilmu laut adalah mudah-mudahan di masa depan kita.C & C Technologies, Inc 's AUV Hugin telah membuktikan bahwa biaya operasi survei air dalamdapat dikurangi dengan 40% sampai 60% dengan menggunakan AUV daripada metode konvensional, sementarameningkatkan kualitas data yang dikumpulkan [12]. Mengingat keterbatasan anggaran yang dihadapikomunitas oseanografi dan kebutuhan data berkualitas tinggi, adalah tidak bijaksana untuk mengabaikan inipotensial.Ucapan Terima KasihBeberapa ide-ide dalam tulisan ini telah dikembangkan selama percakapan denganorang-orang berikut: Scott Glenn, Dana Yoerger, Roger Stokey, Thomas Chance, Gwyn Griffths,Stephen Reynolds, Kip Shearman, dan Steven Lentz.Referensi[1] Ewart, TE, "Pengamatan dari Straight Line isobarik Berjalan dari SPURV", Joint Oceanography Majelis;Edinburgh (Inggris), 13 September 1976.[2] Ewart, TE, Bender, WP, "Sebuah Pengamatan Horisontal dan Vertikal Diffusi

Teknik untuk Deep Sea Dekat Bawah SurveiMenggunakan Autonomous Underwater VehicleDana R. Yoerger1, Michael Jakuba1, Albert M. Bradley1,dan Brian Bingham21 Woods Hole Oceanographic Institution dyoerger@whoi.edu,mjakuba@alum.mit.edu, abradley@whoi.edu2Franklin W. Olin College of Engineering bbing@olin.eduRingkasan. Makalah ini melaporkan hasil pengembangan dan di laut penyebaran satu setalgoritma yang memungkinkan kendaraan bawah air otonom kita, ABE, untuk con-saluran survei dekat-bawah di laut dalam. Algoritma untuk akustik dasar panjangpositioning, survei bersarang otomatis medan-berikut, dan dilaporkan.1 PendahuluanMakalah ini melaporkan algoritma navigasi yang memungkinkan kendaraan bawah airuntuk mencapai survei ilmiah c sepenuhnya otonom di laut dalam. Ini al-gorithms memungkinkan kendaraan untuk menentukan posisinya, ke bawah-follow (main-tain ketinggian konstan di atas permukaan lautoor medan) dan menghindari rintangan, dan untukmandiri fokus pada nilai bagian tertinggi dari survei.C eksplorasi ilmiah dari laut dalam secara tradisional telah dilakukan kita-ing submersibles dihuni, kendaraan diderek, dan ditambatkan dioperasikan dari jarak jauhkendaraan (ROVs). Kendaraan bawah air otonom (AUVs) telah mulai kembalimenempatkan kendaraan ini untuk pemetaan dan survei misi. Kendaraan otonommelengkapi kemampuan sistem yang ada, o? kenai superior peta-kemampuan ping, meningkatkan logistik, dan peningkatan pemanfaatan permukaandukungan kapal. AUVs yang sangat cocok untuk sistematis direncanakansurvei menggunakan sonars, dalam sensor kimia in situ, dan kamera di kasarmedan laut dalam yang merupakan fokus dari banyak c ekspedisi ilmiah. Berpenduduksubmersible dan ROVs tetap satu-satunya pilihan untuk tugas-tugas manipulasi tersebutsebagai sampling, menyebarkan dan memulihkan percobaan di lautoor, rincipemeriksaan, dan pelayanan instrumen bawah laut; Namun, resolusi tinggi petadari AUVs dapat memfasilitasi tugas-tugas ini.Gambar 1 menunjukkan Otonomi Benthic Explorer (ABE), 6000 m au-kendaraan bawah air tonomous bahwa tim kami telah mengembangkan dan menyebarkan-ing untuk survei kuantitatif ne-besaran dan pemetaan lautoor. ABE dapatsurvei pada kedalaman konstan atau bottom-mengikuti bahkan di medan kasar, dan dapatmandiri menentukan posisi dan mendorong Tracklines dengan presisi padaurutan beberapa meter. ABE membawa berbagai sensor, termasuk scanning dan sonars multibeam; magnetometer; kamera masih digital; dua setdipompa konduktivitas dan suhu probe; sebuah Doppler saat akustikler pro (ADCP); beberapa sensor kimia untuk pemetaan hidrotermal membanggakan;dan sesekali misi-spesi k instrumentasi. Bentuk ABE dan pendorongpenempatan memungkinkan untuk mempertahankan kontrol atas berbagai kecepatan, dan untuk menghentikanatau kembali jika diperlukan untuk menghindari rintangan.ABE turun ke lautoor dengan bantuan berat keturunan. ABE meluncurdalam spiral lintasan dikendalikan untuk memastikan bahwa mencapai start-diinginkanTitik ing tanpa mengkonsumsi signi energi baterai tidak bisa. Setelah mencapailautoor dan melakukan serangkaian pemeriksaan, ABE rilis berat keturunan untukmenjadi apung netral dan mulai survey. Sepanjang menyelam, includ-ing keturunan, ABE menggunakan akustik panjang baseline (LBL) navigasi transponderdan, ketika di kisaran bawah (