我国提出“海洋强国战略”，大力推进“海洋牧场”建设，近年来养殖总产量一直稳居世界首位。大连作为我国北方重要的港口、渔业城市，大力发展海产品养殖、捕捞行业是大连各级政府、企业关注的热点。然而，目前鲍鱼、海参、扇贝、海螺、海胆等底播增殖型海洋牧场的采捕生产，依靠的仍然是人工潜水和传统工具，存在着劳动强度大、安全风险高、生产效率低、采捕成本高等突出问题，影响大连市进一步推进海洋牧业、提升海洋经济产业的进程。

  日前，大连海事大学“大连市海洋牧场建设中水下自主捕捞机器人集群关键技术研究”项目获得了大连市科技创新基金重点学科（研究方向）重大课题项目立项，将获得大连市科技创新基金300万元的资助。

  海洋牧场建设对水下机器人需求迫切

  项目负责人、大连海事大学教授付先平说，现有的捕捞方式主要是潜水员人工作业。一般作业水深不超过30米，而且人工作业方式具有劳动强度大、生产效率低、采捕成本高的特点。且易引起气体栓塞、减压病等潜水职业病，甚至危及潜水员的生命，安全生产风险高。导致目前我市各个水产养殖企业潜水员紧缺，大量海产品在水下无法及时捕捞。此外，现有的捕捞方式将采捕网沉入海底进行拖网作业。但拖网作业极易造成海产品磕碰损伤、掺杂泥沙，造成海产品品质下降。且大规模的拖网捕捞，会对海底生态环境造成极大破坏，难以实现海洋经济的“可持续发展”。大连乃至全国海产品养殖企业迫切希望采用水下机器人进行海产品捕捞，推进海洋牧场的智能化和工业化水平。

  “大连市海洋牧场建设中水下自主捕捞机器人集群关键技术研究”项目研究的内容包括复杂海洋环境中水下目标精准感知与识别、水下目标自主抓取技术研究、水下多智能体协作机制三部分。

  付先平介绍说，复杂海洋环境中水下目标精准感知与识别是水下机器人自主作业的关键。精准地感知并识别水下目标可帮助水下机器人判断水下目标类别及位置，协助水下机器人完成自主抓取等任务。水下机器人自主抓取技术是实现水下海产品捕捞的核心技术。自主抓取技术的研究可帮助水下机器人自主抓取水下目标，减少人工成本开销，提高工作效率，降低捕捞成本。其主要研究难点包括：基于SLAM技术（同步定位与地图构建）的水下环境感知、自主抓取路径决策、水下目标的手眼协同定位机制。水下多智能体包括水下自主捕捞机器人、水下装载器等一系列智能设备，各种智能设备协同工作才能共同完成水下海产品的敏捷和高效捕捞。因此，水下多智能体协作机制是水下机器人集群自主捕捞的重要研究内容，其主要的研究难点包括：多智能体全局分布式通信与协调控制，水下机器人组合定位和导航技术。

  “项目拟完成可以实际投入使用的大规模水下自主捕捞机器人，提升大连市海产品捕捞智能装备化水平，提高海产品捕捞效率与捕捞质量。解决水下机器人捕捞过程中的海产品目标识别、自主抓取、水下多智能体协作等难题；推进大连市海洋牧场建设，进而提高全国海洋养殖产业的经济效益，为大连市打造高质量的‘蓝色粮仓’，有效保护海底环境。”付先平说。

  水下机器人研究主要的方向：精准感知与识别自主抓取自主路径规划和智能避障

  付先平表示，当前，我国水下机器人研究主要的方向包括精准感知与识别、水下机器人自主抓取技术、水下机器人自主路径规划和智能避障等方面。

  真实的海洋环境动态浑浊，泥沙较多，尤其是近海岸养殖区海浪、浮游生物等影响，水下目标精准感知与识别难度较大，成为制约水下机器人发展的主要问题之一。精准感知并识别海产品是水下机器人具备自主抓取能力的基础。水下机器人自主抓取技术是实现水下海产品捕捞的核心技术，自主抓取技术关系到海产品捕捞效率。但当前水下机器人自主抓取成功率不高，难以到达人工抓取效率，是当前我国各团队主要的研究内容之一。由于水下环境复杂，水下机器人需躲避障碍物、自主规划捕捞路径以提高捕捞效率并避免机器人受损。虽然该领域已经有一定的研究基础，但水下水流复杂，机器人在水中难以准确、及时地规划路径并躲避障碍物，该问题是我国当前水下机器人主要的研究内容之一。

  我国正迎来水下机器人发展的快速时期

  2014年在湖南东江湖沉船事件中，多家打捞公司下水搜寻未果后，青岛某公司开发的水下机器人，在复杂的水下环境中仅用数小时就在水下100米深处的地方发现沉船位置，并且成功的进入船舱，传输高清的视频录像信息，为后期的打捞救援提供了有力的数据支持。

  2016年，中国科学院重庆绿色智能技术研究院与北京航空航天大学联合研制的三峡水下勘察机器人系统，在重庆市云阳县澎溪河回水区首次完成了水下底泥采样试验。

  大连海事大学设计的第三代水下机器人在大连广鹿岛养殖区域水下持续观察海产品生长情况，为养殖业主提供了海产品生长情况高清图像以及海产品海底分布图像，提高了养殖区产量。

  当前我国正迎来水下机器人发展的快速时期，全国各地各个高校、研究机构均投入大量人力物力进行水下机器人的开发研究。国家自然科学基金委自2017年起，每年在大连獐子岛举办水下机器人抓取大赛。深圳市政府斥巨资建立鹏城实验室，并建立水下机器人研究团队。中科院、北京大学、北京航空航天、哈尔滨工业大学等高校研究所均有水下机器人研究团队。

  当前水下机器人已可以在操作下完成水下目标探测、抓取等任务，且已初步具备了自主抓取能力。但当前机器人自主捕捞效率仍较潜水员有一定差距，研究人员需继续提高机器人控制、视觉计算等能力。

  建议：水下机器人应作为大连市重点发展领域进行扶持

  大连市作为我国北方重要的港口、渔业城市，海产品产出量长期位居全国前列。当前传统的潜水员捕捞与拖网船捕捞都有着很大的弊端，付先平建议，水下机器人应作为大连市重点发展领域进行扶持，加大资金、设备、场地投入，鼓励相关研究机构进行创新，充分展现大连市沿海特色。当前全国各个研究机构提供的水下机器人性能参差不齐，仅以捕捞海产品数量进行评定不太全面。大连可牵头建立一套有效、合理的测评体系，针对水下机器人性能进行综合评价打分。当前水下机器人研究主要集中在高校，往往与企业真实需求无法完全吻合。大连应加强产学研结合，发挥高校、企业、政府各自作用，应集中发挥各个部门职能，共同打造可实用的水下机器人。