海洋科技季刊
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『水下載具專輯』
目  錄 封面
「水下載具」專輯序言
無人水下遙控載具之簡介
水下載具推進系統設計
水下檢測用遙控載具「海影」之發展現況
6000米深海拖曳觀察系統
水下無人載具與雷射影像技術在海洋微生物研究的應用
談遙控潛航器之應用
訪問交通部航政司吳司長榮貴談交通部成立航港港局的規劃與展望
國內海纜海事工程司市場與相關技術能量初步分析
海域結構設計的研討
海洋及水下科技季刊八十八年度第九卷第二期封面

「水下載具」專輯序言
(第九卷第二期-序言)
摘要

 本期「海下技術」季刊包含六篇以水下載具系統為主題的相關文章。 希望本專輯能引起讀者對水下載具的興趣,同時也能彰顯這個主題對海下技術的重要性。本期文章內容是以水下載具系統之設計、研製及應用為主,以下向各位讀者介紹每篇文章大要:

1.王兆璋、劉金源、黃千芬,「無人水下遙控載具之簡介」:介紹構成無人水下遙控載具系統的主要子系統及其關鍵技術的工程挑戰 ,說明無人水下遙控載具的電機、機械、電子、控制及電腦資訊的整合情形。

2.林武文、蔡榮裕,「水下載具推進系統設計」:由於水下的運作環境,以及載具任務需求,推進系統與載具其他次系統的設計往往需做整體規劃。本文探討水下載具推進系統,包括原動機、能源、推進器的型式、以及各推進元件之設計考量。

3.郭振華、蔡進發、邱逢琛、鄭勝文,「水下檢測用遙控載具『海影』之發展現況」:介紹一具可執行大範圍水下攝影及簡易取樣工作之無人水下遙控載具,其設計動機及初步成果。

4.朱繼懋、虞蘇芳,「6000米深海拖曳觀察系統」:深海海域藏有極為豐富的礦物資源,本文介紹一具可用於6000米水深,探勘海底多金屬結核物之拖曳載具。在克服深海拖曳載具之各項關鍵問題,如運動穩定性、電力供應、即時信息傳輸等,此系統皆有突破性之成果。

5.黃將修、施明昌,「水下無人載具與雷射影像技術在海洋微生物研究的應用」:水下雷射顯微攝錄影可以在不干擾浮游生物行為的情形下,觀測浮游生物各部位的三維立體活動。本文作者將根據他們對浮游生物豐年蝦的觀測經驗,將雷射影像技術與水下無人載具結合,建立一可以在海洋環境中觀測浮游生物的自動化海下觀測系統。

6.莫顯蕎、陳天毅,「漫談遙控潛航器的應用」:中山大學的遙控潛航器作業迄今不論在輔助學術研究、採樣、或者接受企業委託調查上均有豐富的經驗,本文與讀者分享寶貴的水下遙控載具操作經驗。

  以我們所知,除了這份專輯文章的撰稿人以外,在海下技術領域中,還有許多人正從事水下載具系統的研發與應用,希望將來也有機會邀請他(她)們為本季刊撰稿。我們向這次專輯的作者們致上謝意,也感謝前總編輯李賢文院長、副總編輯張順雄系主任規劃本專輯。 

作者:郭振華/台灣大學造船及海洋工程學系 副教授

   邱逢琛/台灣大學造船及海洋工程學系 教授

無人水下遙控載具之簡介
(第九卷第二期-水下載具專輯)
摘要

關鍵字:無人水下遙控載具、潛水、機械臂、機電系統

 由於考量波浪、洋流、壓力等因素,從事任何一種海下活動或探索,其困難度和危險性並不亞於登月計畫。因此有人戲稱未知的海洋世界是人類尚未完全探索的『內太空』。潛水人員雖然可以執行許多的海底任務,但是永遠必須面對海洋環境中不可預知的威脅,而其中潛水減壓為潛水科技中比較難以克服的問題。因此為了免除生命的威脅,以及節省營運成本,無人水下遙控載具(Remotely Operated Vehicle,簡稱ROV)搭配上機械手臂(Robot Manipulator)是現在廣泛使用於海下探索的工具。本文目的在於介紹一般ROV的系統架構及其關鍵技術。


作者王兆璋、劉金源/國立中山大學海下技術研究所副教授

       黃千芬/國立中山大學海下技術研究所研究助理     


水下載具推進系統設計
(第九卷第二期-水下載具專輯)
摘要

 近幾年,各國對水下科技的發展,均不遺餘力,而水下載具則是人類探究水下世界的工具與利器,其推進系統,更是水下載具展現運動性能的主要憑藉。本文就水下載具運作的特殊環境需求,介紹其推進系統之設計,以供讀者參考。

作者:林武文/美國洛杉磯加州大學機械太空核工工程博士,現服務於中科院三所萬象館

   蔡榮裕/海洋大學造船系畢業,中山大學機械工程碩士,現服務於中科院三所萬象館


水下檢測用遙控載具『海影』之發展現況
(第九卷第二期-水下載具專輯)
摘要

 台灣地區四面環海,經濟、交通、資源、環境、國防皆與海洋密不可分,因此,海洋的探測與開發,將是台灣未來發展的新興產業。

 水下遙控載具ROV (Remotely Operated Vehicles)為了能在海流下推進操縱、照明、攝影觀察、聲納成像,以及用機械臂作業而必須有相當的動力,所以從水面上經由索纜供給電力,自在地控制水下的運動,將電視攝影機的影像送回海面,並可進行機械手臂作業的有纜式ROV,大多數主要用於海底石油開發生產的現場。此外,也常用於海底管路、海底纜線、打撈、港埠設施的調查或簡單的維修、飛機失事的水下搜索等用途上。在軍事上,也因能有效的掃除水雷,而常被應用。

 近二十年來,由於經濟活動需要,海運成為台灣進出口的主要管道。正因如此,許多港灣由於船舶活動頻繁,常造成港灣設施的損毀。而早期的檢測,主要依賴有經驗的潛水人員,但由於工作環境危險性高,為了避免人命涉入危險,及在海上容易運用,因此,對於合適的替代檢測機器,有迫切而實際的需求。ROV技術的研究開發,因應市場的需求以及為了配合學術上的研究,已經朝向更複雜、更嚴苛的作業環境,並以多用途的運動功能及高度自動化為目標。在交通部科技顧問室於85年12月所完成之「水下載具在交通業務上應用之可行性研究」報告中可知:無人水下載具相關技術在提昇港灣設施水下檢測工作效率、解決目前港灣水下檢測工作所遭遇的困難問題上具充分應用價值,而台灣四周海域有強大海流經過,港灣及河口之水質混濁,直接向外國採購之水下載具未必適用。


作者:郭振華、蔡進發、邱逢琛、鄭勝文/台灣大學造船及海洋工程學系


6000米深海拖曳觀察系統
(第九卷第二期-水下載具專輯)
摘要

關鍵詞:深海拖曳系統、拖曳式、圖像壓縮、數字傳輸、同軸電纜

 6000米深海拖曳觀察系統用於海底多結核勘探及海底搜索等科研調查工作,其上裝有攝影機、照相機、照明燈、高度傳感器、深度傳感器、縱橫傾傳感器等設備,在海底下6000米作海洋礦產資源勘探調查,其關鍵技術必須解決其拖體的運動穩定性和高度的平衡性,以及大深度海底電視信息與數據信息的實時傳輸問題,本系統研製解決了以上兩大題,為開發利用海底礦產資源的勘查調查提供了可靠的技術設備,1995年以來在太平洋C-C區作大洋多金屬海底調查作業中,發揮了重要作用,取得了大量海底礦區的錄影資料與照片。


作者:朱繼懋/上海交大水下工程研究所所長、教授、博士生導師

   虞蘇芳/上海交大水下工程研究所副所長、高級工程師


水下無人載具與雷射影像技術在海洋微生物研究的應用
(第九卷第二期-水下載具專輯)
摘要

 生命在海洋中與陸地上是截然不同的,因此,研究海洋生物之儀器、設備與方式亦與陸地生物有極大之差異,在過去的二十年間,雷射光學科技已被應用在海洋微小生物之行為與生態上之研究(Strickler 1982; Hwang 1991; Hwang et al., 1993; Hwang et al., 1994; Strickler and Hwang 1999),一般而言,海洋的物理化學特性常會影響海洋生物分佈、含量以及其生態,其影響的方式主要來自如海水的溫度、鹽度、深度、潮汐、洋流以及生物之間微妙的互動關係。海洋生態系中有兩大生態系常是被研究之焦點,其中,浮游生物乃是海洋中的基礎生產者,提供了大多數水產動物的餌食,是海洋生物食物鏈中最主要的一環;而造礁珊瑚蟲所造成之珊瑚礁生態系,乃是海洋中生產力最高的生態系之一,因此浮游生物及珊瑚礁生態研究對我國海洋生物以及近海漁業資源的保護、開發與永續經營有重要影響。

 海洋浮游生物對環境的變化極敏感,如溫度、酸鹼度、重金屬、懸浮粒子、輻射線、油污、水中的含氧量或核能發電廠排放的廢水、工業污水,及輪船的油污等等,都是造成浮游生物及珊瑚礁生態系破壞的潛在原因,而海洋生物之研究很重要的課題之一,即是深入瞭解浮游生物及珊瑚礁生態系及其與海洋環境的互動關係,積極方面能夠對已破壞的海洋生態提出補救方法,消極方面要有能力精確的掌握海洋生態環境變化的訊息及對環境危害的警覺。進而達成對於海洋資源的瞭解、控制與永續利用。


作者:黃將修/海洋大學海洋生物研究所教授兼所長

   施明昌/海洋大學光電科學研究所助理教授


談遙控潛航器的應用
(第九卷第二期-水下載具專輯)
摘要

 目前國內已有海洋大學、台灣大學、高雄海洋學院以及中山大學等四所院校,購置遙控潛航器(Remotely Operated Vehicle; 簡稱ROV)作教學研究之用。

 中山大學海洋生物研究所七十一年購入了美國Benthos公司的MiniRover MK II小型遙控潛航器,包括有水下潛具及水上控制台,加上控制纜線及發電機,小型貨車即可搬運適合近海調查作業。


作者 :莫顯蕎/中山大學海洋生物研究所教授兼任海下研究所所長

    陳天毅/中山大學海洋生物研究所碩士班畢業曾任助理2年

訪問交通部航政司吳司長榮貴談交通部成立航港局的規劃與展望
(第九卷第二期-專訪)
摘要

 本期在簡秘書長連貴博士陪同下,訪問由交通部林豐正部長慧眼借調自海洋大學的交通部航政司司長吳榮貴博士。吳司長學經歷非常豐富,擔任過許多行政職務及各類公益性社團義務職;其做事態度認真嚴謹,透明化程度由其每週發行的交通部航政司通訊(Newsletter)之E-Mail版中可詳見。據筆者所了解,吳教授於擔任海洋大學海運學院院長期間即有週報之發行,這種良好的作風應是吳司長個人成功的特色所在。今將訪談全文整理於下,提供本刊全體會員及讀者參考。


作者:張順雄/國立台灣海洋大學電機系教授兼系主任

       海下技術協會出版委員會專輯主編

國內海纜海事工程市場與相關技術能量初步分析
(第九卷第二期-報導)
摘要

 世界最長的國際通信光纖海纜「法新歐亞三號」,於八十八年五月十二日在宜蘭縣頭城鎮海邊登陸,此海纜長達四萬公里,全世界共有九十二個電信機構共同投資十五億八百萬美元施設,台灣中華電信公司投資三千六百萬美元。另一項投資案為「亞太光纖網路系統二號」,共計有十個創始國電信機構參與投資,其建設經費約十億美元,中華電信公司投資金額約為一億美元,系統預定於民國九十一年完工。如就寬頻網際網路之爆炸性成長,使「亞太光纖網路系統一號」設計使用年限二十五年之系統,於短短兩年內即滿載的情況來看,位處亞太地區光纖海纜中心位置的台灣,實有發展自主性海纜海事工程之迫切需要。如能將國內現有海事工程能量加以整合,並由政府相關單位進行輔導,相信國內的海纜海事工程市場必有美好的前景。本文就國內現有海纜海事工程市場與相關技術能量作一初步分析,盼能引起國內相關人士對海纜市場的重視。


作者:林明信/中華電信國際分公司總工程師

   陳惠燕/中華電信長途及通信分公司工程處處長

   劉發甲/中華電信長途及通信分公司工程處工程師

海域結構設計的研討
(第九卷第二期-技術研究)
摘要

 海域平台的設計及建造技術已經相當進步,目前張力式平台已可在500公尺海域建立,石油探勘則到600公尺水深可說已漸跟上了探勘的腳步。最早的平台是1910年在美國Ferry Lake設立的,水深約在12公尺左右,其平台結構是使用粗大的木材搭建而不是現在使用的鋼管桁架。90年後的今天,為求生產更多石油,已逐漸移到水深較深及海洋環境惡劣的地區,已到600公尺水深的海域並朝1000公尺海域發展。

 海域平台自開始建造以來,有各種不同樣式被設計及建造出來,如圖一,然而到目前為止,海域平台仍以樁固定於海床上的鋼管架結構為主流,雖然其他的設計也成功地完成了,但採用樁固定於海床鋼架的平台仍為被大家優先考慮及採用。而海域工程業者的多年努力,使固定式海域平台海域平台的設計及建造,有很大的發展,現今350公尺水深亦可設立固定式鋼管架式平台。在美國最盛產石油的海域-南路易西安那州沼澤及墨西哥灣的地方,開發石油的方法,主要仍採用固定式海域平台,本篇所要研討說明的也就是此種樁固定式鋼管架結構平台的設計-在本文中簡稱為固定式平台,因此所謂的設計程序也是應用在這一類平台的程序,但如設於非常深或有地震或有海底土壤移動地點固定式平台,則此設計程序需要一些額外的設計流程,或需改變本文所述的程序,例如一設計在很深海域的結構物,設計時首先要先計算其自然振動的週期,以了解此平台結構所定出的幾何形狀是否可用,再按設計程序進行靜力分析等一序列的設計流程,在此先予以說明。

 海域平台設計的需求也類似於其他工業的建築物,它們必須能符合所需使用的功能及承受環境外力,且能經濟地建造出來。其尺寸形狀主要是基於功能的需要以及按裝的方法來選擇而非考慮其建築物的美觀性。在深海域結構,工程師需要使用很多的時間先作初步可行性研究,以定出最適的結構形狀尺寸及可行的按裝方法,此研究一般在進行蘊藏量評估時就開始了,這樣才可協助儘早估算出油氣田的開發費用,待蘊藏量評估完成後即可作效益的評估,決定是否進行開發,以爭取時效提高其經濟效益。


作者:黃崇友/中油台探總處工程組副組長

       本會出版委員會委員、報導專欄主編 

 

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