海洋科技季刊
首頁 > 海洋及水下科技季刊 > 一0四年度第二十五卷第一期
『海洋產業技術(水下載具)』專輯
目  錄 封面
「海洋產業技術(水下載具)」專輯序言
由ROV系統檢視國內投入海洋科技產業之契機
水下液壓機械手臂開發
應用Quest 3D開發水下液壓機械手臂之虛擬實境操作模擬器
離岸風場開發之水下遙控載具應用
三維電子海圖、三維影像聲納與ROV水下無人載具結合的應用發展
水下載具路徑規劃技術探討
自主式水下載具海床偵測技術於海底電纜工程之應用
水下載具之可見光通訊系統
海洋及水下科技季刊一0四年度第二十五卷第一期封面


「海洋產業技術 (水下載具)」 專輯序言
(第二十五卷第一期-序言)
摘要

 全球海洋產業發展上,水下載具的產品製造與營運服務,已具有可觀的市場規模。依據財團法人船舶暨海洋產業研發中心的全球市場調查研究,水下無人載具包含水下遙控載具(ROV)及水下自主式載具(AUV)等,在科學研究、產品製造、離岸能源工程之應用範疇廣泛中,2012年的產品與營運之市場規模已達到上千億元台幣;預估到2022年時,產品製造的產值將由目前的130億元台幣,增加到254億元,是以一倍成長的速度增加,其中工作級ROV的產值比重約有6成,觀測級ROV將近3成,AUV則有1成多。水下載具的全球市場仍以離岸能源產業為大宗,已有超過40年的經營,市場需求的驅動力不外乎是油氣需求、國際油價、水下載具技術升級和深海油田開發(exploration & production, E&P)等;水下載具肩負油田E&P的工作包含鑽掘、維護檢修(inspection, repair and maintenance, IRM)、水下製造設備的安裝建造、除役(decommissioning)等。離岸能源開發上,除了化石能源外,海洋與再生能源(離岸風電、海洋發電、海底礦物)是近年來快速成長的需求,配合臺灣推動離岸風電,更有機會帶動水下載具的產業發展。

 在本期專刊中,以水下載具的產業發展機會為主軸,從研發、設計、製造、應用等層面,報導產學研的發展近況與未來展望。國內學界是最早投入ROV與AUV的研發,包含臺灣大學、成功大學、海洋大學、中山大學、高雄海洋科技大學(高海大)等,在本期中,則有臺灣大學報導水下載具應用在海底電纜工程之研究、水下載具之通訊技術研究等,高海大則是提出水下載具搭載三維聲納的應用發展實務,這些先進的探測技術,將可應用在大範圍的管線與海洋工程之調查;中山大學由水下載具系統盤點說明產業投入機會,增加產學合作的契機。此外,國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心以海洋科研需求探討水下載具路徑規劃技術,此為海洋調查任務的重要考量。船舶暨海洋產業研發中心著眼於水下載具的關鍵技術開發,介紹自行完成的水下液壓機械手臂之設計、製造、操作訓練等研發成果,並以離岸風場開發為例,報導水下載具相關應用技術。本期報導水下載具相關內容深入淺出,供各界瞭解相關技術與產業動態;國內業界如放眼水下載具的全球市場,可由國內市場機會(如海洋科研、管線探測、離岸風電)開始練兵,逐步掌握水下載具的關鍵技術,研發製造具有國際市場競爭力之產品。 

專輯主編:郭振華/國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系 教授

     柯永澤/財團法人船舶暨海洋產業研發中心 執行長

     湛翔智/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處 專案經理

     文展權/國立高雄海洋科技大學航運技術系 助理教授

由ROV系統檢視國內投入海洋科技產業之契機
第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)
摘要

 水下遙控無人載具ROV (Remotely Operated Vehicle)廣泛使用在海下,取代潛水人員執行因為水深過深或滯底長久的危險工作。ROV也可以到深海進行環境調查或取樣,進行深海油氣田之建構及維修。目前深海工作型ROV之設計與市場行銷掌握在歐美少數海洋產業發達的國家。然而各關鍵零組件之設計或生產製造則是由台灣這一類OEM代工發達的國家代勞,因此利潤的分配是掌握在系統整合者。以系統的概念來看,ROV是由許多機械、電子與電機元件整合而成,而這些元件的設計製造能力正是台灣傳統產業的核心技能力之所在。本文嘗試以ROV為例,解析發展此類海洋儀科設備之困難瓶頸與門檻。藉由分析各關鍵零組件設計製造所對應的產業能力,瞭解台灣如果發展海洋科技產業時,在硬體與軟體實踐能力上是否有落差,以及利基之所在 。

 

作者:王兆璋/國立中山大學海下科技研究所 教授兼所長 

   陳信宏/國立中山大學海下科技研究所 副教授

水下液壓機械手臂開發
第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)
摘要

 水下遙控載具(remotely operated vehicle,ROV)是目前水下載具市場中,最大規模的成熟商品,其等級由小至大可分為觀測級(micro/mini observation class)、檢測級(inspection class)及工作級(light/medium/heavy work class)等。以上產品可由載具重量、工作水深、負載重量(payload)限制、動力來源(電動或液壓)、通訊控制、搭配工具(tooling)等技術規格來區分。工作級ROV的作業需求中,水下機械手臂是不可或缺的工具,國際上NORSOK(U-102, 2012)標準有相關規格可參考,例如不論是採樣用途或是工作用途,手臂自由度至少在5軸以上。因此,在技術開發上,可依循相關標準並設定水下作業用途與功能,作為重要達成目標與關鍵技術發展目的。船舶中心著眼於國內缺乏離岸工程水下作業載具,以水下液壓技術、多軸連動控制技術、安裝水下濕式接頭作業等目標,產出一組六軸液壓機械手臂之原型機,未來將持續發展深海水下技術。

 

作者:廖英超/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處 副工程師

   黃俊家/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處工程師

   廖啟閔/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處 副工程師

   歐家銓/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處 副工程師

   湛翔智/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處 專案經理

 

 

應用Quest 3D開發水下液壓機械手臂之虛擬實境操作模擬器

第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)

摘要
  水下液壓機械手臂模擬機訓練系統是基於虛擬現實仿真技術,可較真實的展現實際機械手臂運動姿態的操作、控制、狀態與參數顯示等功能的可視化操作訓練系統。本機械手臂乃依據實際加工設計之比例尺所建置,並結合符合水下濕式接頭插拔之輔助機構與濕式接頭三維視景。本章探討了基於機械手臂模型的3D建模方法,研究出了一套基於Newton運動學的多連桿運動生成方法,並建立與外部程式共通的溝通協定,搭配Serial Command來規劃資料傳輸需求。讓使用者有身如其境的感受操作水下液壓機械手臂的體驗。

作者:歐家銓/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處 副工程師

離岸風場開發之水下遙控載具應用
第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)
摘要

 2015年國內醞釀多時的離岸風電預期將隨著海氣象觀測塔的安裝,正式邁入離岸風電元年。離岸風場的開發,從先期規劃期、建造施工期,直到營運維護期,只要是水下的檢測調查、施工監控或支援、維護維修作業,皆需要潛水作業。全球離岸風場水深發展有別於海洋油氣,水下作業多在數十公尺之間,而非如海洋油氣深達數千公尺。採用水下遙控載具進行部分的水下作業,除了考量水深、安全、成本,由於離岸風場的營運時間長達20∼25年,品質的建立更應納入重要條件。本文盤點在離岸風場開發上常見的水下遙控載具作業項目,描述其搭載的儀器、機具及作業方式,並列舉風電先進國採用ROV及機具的實例,提供國內相關產學研單位參考。

 

作者:曾維貞/ 財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處產業分析師

   湛翔智/財團法人船舶暨海洋產業研發中心海洋產業處 專案經理

三維電子海圖、三維影像聲納與ROV水下無人載具結合的應用發展
第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)
摘要

 本文簡述了目前三維電子海圖導航系統與三維影像聲納在ROV操控上的應用模式,並舉出幾個近期在台灣海洋工程上成功的案例,說明這兩個新系統,如何增進ROV在操控上的性能、降低不必要的危險,整合出更多的水下資訊,讓ROV在水下作業時更能發揮出絕佳的效率。

作者:周彥博/銓日儀企業有限公司

   文展權/國立高雄海洋科技大學航運技術系

水下載具路徑規劃技術探討
第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)
摘要

 水下載具為目前海洋研究任務中,最具經濟效益與節省人力的海洋調查工具之一,自主式的水下載具只要在部署前規劃好航行路徑,並將航點設定於水下載具即可進行佈放作業,水下載具完成任務後藉由衛星通訊網路模組回報所在位置,由研究船進行回收作業。然而,並不是水下載具每次部署都如此順利,因為水下載具航行的環境是多變的海洋,須通過時間與空間變化的海流考驗,才能到達目的地,完成海洋調查任務。好的航行路徑規劃可提高海洋研究任務的完成率;然而,粗糙的航行路徑規劃,除了達不到任務預期的效益,更有可能危及水下載具的安全,造成水下載具的損壞或遺失。本文主要的目的在於說明水下載具的路徑規劃技術,以及路徑規劃技術目前的發展,並透過簡單的實驗,說明路徑規劃如何為水下載具帶來的效益。

 

作者:施建州/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心副工程師

   洪盟峰/國立高雄應用科技大學電子工程系 教授

   楊 益/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心 副研究員

   陳君瑜/正修科技大學資訊管理系(所)兼任副教授

↑回目錄

 

自主式水下載具海床偵測技術於海底電纜工程之應用
第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)
摘要

  本文以自行發展、近即時(Real-Time)的聲納資料自動處理、判釋與路線決策技術結合自主式水下載具,來準確、快速且自動地繪製出待測海域內可行的海纜舖設路由。本文所發展的技術程序分為三個階段:首先將所收集到的資料進行前置處理來加速後續演算法的速度;接著運用分類偵測器將海床型態與障礙物進行分類與定位;最後利用路線圖演算法在考量海纜路由設計五大決策因子下,於計畫的勘測廊道內自行初步劃定一條可能的舖設路徑,以作為後續細部調查與路徑規劃的重要參考依據。

 

 

作者:陳冠宇/國立台灣大學 工程科學及海洋工程學研究所 博士候選人

   黃盛煒/國立台灣大學 工程科學及海洋工程學研究所 博士候選人

   郭振華/國立台灣大學 工程科學及海洋工程學研究所 教授

↑回目錄

水下載具之可見光通訊系統
第二十五卷第一期-海洋產業技術(水下載具)
摘要

 可見光可以做為水下載具無線通訊系統資料傳輸媒介之一種。水下通訊的設備中,利用聲波為媒介的水下通訊器自為最佳的選擇,水聲通訊技術起源悠久,理論與實務的進步日新月異,可以滿足大部分的水下載具通訊需求。本文介紹的目標應用則適於淺水區或狹窄水域等不利於聲波傳輸的水下環境,以及聲波所無法達成的無線水下高畫質影像即時傳輸的應用。除了載具間的通訊,水下可見光通訊技術也可用於水下網路與載具之間的中短距離雙向溝通。本文介紹作者的研究努力方向,並建議供驗證構想的系統標的。此標的可用來展示水下載具和水下網路間的高速影像傳遞功能。系統分為:固定通訊節點與水下載具節點,以及載具上用於解析光源的位置,與輔助導引水下載具對正通訊節點的導引控制器。作者認為,研製先進的前端、基頻訊號處理與指向機構,完成一個可以高速連結水下載具與水中網路節點之光通訊系統,將是未來水下通訊與水下載具領域的重要研究課題。

 

作者:郭振華/國立台灣大學 工程科學及海洋工程學研究所 教授

 

↑回目錄

 

若欲索取詳細資料請參閱出版物訂購單或來電洽購,季刊每本售價新台幣200元
   連絡電話:02-87716708 黃郁媚小姐