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研发背景

铁路桥梁墩台、承台、桩基础及邻近河床长期处于水下环境，可能受到水流冲刷、漂浮物或船舶碰撞、材料劣化以及生物附着等影响。水下部分不可直接目视，检查质量取决于人员、装备、环境和数据留存的共同作用。

传统水下作业主要面临两类困难：一是潜水人员在高速或紊流水域中的安全与稳定性问题；二是浑浊水体、低照度、附着物和人工记录造成的识别与复核困难。ROV可在人员不直接下潜的情况下携带相机、声呐和其他传感器抵近结构，但其价值并非“替代所有检测”，而是为水下巡查、异常定位和后续专业检测提供可追溯数据。

桥梁水下检测任务构成

桥梁水下检测由环境调查、构件巡查、异常定位、抵近观测、必要的表面清理和尺寸量测等环节组成。ROV承担水下移动、姿态保持和检测载荷集成，光学、声学及量测设备根据检测对象和水下环境组合使用。

ROV用于桥梁检测的技术现状

ROV已经能够作为水下摄像、声呐扫描和轻型工具作业的平台，但桥梁近墩环境与开阔水域航行不同：水流受墩体扰动形成分离、回流和局部涡旋，卫星定位无法直接用于水下，低能见度又削弱视觉定位和影像判读。系统能力取决于平台、传感器、操作方法和数据流程的耦合。

国外厂商与代表产品

国外通用观察级、作业级ROV在潜深、质量、航速和任务载荷等方面差异较大，形成了从轻型水下观察到重载作业的产品谱系。^[5]

国内厂商、团队与代表产品

国内相关装备包括通用观察级和作业级ROV、高校研究平台、贴壁清洗机器人、桥墩环抱式检测装备及大型跨海桥梁运维平台，作业方式涵盖自由航行、推进器推靠、履带贴壁、抱臂固定和船—岸—车协同。^{[5][18][19][20]}

国外桥梁水下检测机器人研究进展

国外研究形成了三类代表性路线：以机械约束贴近特定桥墩、以通用ROV承担水下结构巡检，以及由水面单元协助定位、布放和通信。不同路线分别着重解决贴近稳定、平台通用性和水下定位问题。^[5]

桥梁专用平台与协同检测实践

桥梁专用研究进一步把水下平台、布放回收、定位和检测载荷作为完整作业系统设计。水面平台与ROV协同，可减少水下定位和脐带缆管理的不确定性，并为声学筛查和光学量测提供稳定载体。

国内研究单位与案例

2025年技术调研资料列出的相关研究单位包括上海交通大学、中国科学院沈阳自动化研究所、哈尔滨工程大学、中国海洋大学、浙江大学等，研究内容涉及水下平台、导航定位、运动控制、模块化设计及检测载荷集成。该资料同时指出，当时面向桥梁墩身近壁环境的专用化装备仍处于探索和工程适配阶段。^[5]

中船水下作业机器人系列

中船第七研究院2023年资料介绍了SQ101、SQ102水下清洗机器人和SQ201水下大型结构物检测机器人。三型装备分别体现了贴壁清洗、推进器推靠与空化射流、桥墩环抱式检测等路线。以下参数均按该资料原表列示。^[18]

大型运维ROV案例与研发方向

中船七二二所承担了国家重点研发计划“港珠澳大桥智能化运维技术集成应用”项目的“水下无人检测系统”子课题。该系统由智能化无人船、水下地形与地层测量装备、水下机器人、数据处理与展示系统及应急指挥单元共同构成。^[19][20]

前沿研究与工程差距

近年的公开研究正在从单纯水下成像转向“物理改善水体＋折射建模＋三维量测”。2026年《Automation in Construction》论文提出ROV搭载清水罩、双目视觉、多介质折射修正及点云拼接，用于高浑浊水体下桥墩缺陷三维量测；2024年《Journal of Bridge Engineering》论文将语义分割与三维点云结合识别并量化表观缺陷；2026年《Engineering Structures》论文进一步讨论了水下多折射修正和大范围表面缺陷量测。^[13-15]

从论文样机到铁路现场还缺什么

1. 可复现的工况：明确流速、浑浊度、工作距离、入射角和附着物状态。
2. 受控标定链：在空气、清水、浑水和实际墩面之间保持可追溯的尺度关系。
3. 现场安全系统：将ROV、脐带缆、保障船、通航和铁路作业组织作为一个整体。
4. 覆盖率证据：用轨迹、姿态和分区记录证明观察了什么，未观察什么。
5. 成果责任边界：影像异常、量测值和结构评估分别由相应专业复核。

检测依据与实施要求

检查与检测依据

数据组织要求

专项试验与实施文件

现有工程样机

当前工程样机采用开放式POM框架、八推进器矢量布局和缆控通信，面向桥梁水下观测进行模块化集成。图示为2026年9月工程样机实物状态。

• 八推进器、六自由度运动控制；
• 4K视觉与照明组件；
• 零浮力脐带缆连接甲板控制端；
• 预留多波束前视声呐和旋转清洗刷扩展方向；
• 现有样机不设机械臂接口。

性能验证：航速、工作深度、载荷、抗流和近墩作业能力分别设置试验工况与评价指标。

面向桥梁检测的设计逻辑

总体结构与控制

四个水平/斜向推进单元与垂向推进单元共同提供前进、后退、横移、升沉、俯仰、横滚和艏向控制能力。桥墩抵近作业时，推进器不仅要克服自由流，还要抵消近壁压力变化、局部涡旋、缆绳拖曳和工具反力，因此需要保留推力裕度并记录控制量。

工程样机主要技术参数

前期原型机应用情况

应用中暴露的关键问题

贯穿性风险

总体改进方案

改进目标不是简单增加附件，而是形成“抵近并保持—清理作业面—获得可判读影像—缺陷尺寸量测—原始数据留存”的完整技术链。

任务包之间的依赖关系

抗流与抵近定姿方案

验证对象分解

分级测试建议

1. 静水基线：验证六自由度、定深、悬停、故障停机与人工回收。
2. 均匀流场：按流速阶梯记录保持能力，参考GB/T 46238-2025的试验思想。
3. 模拟桥墩：在圆柱/矩形障碍物附近测试不同迎角、离壁距离和缆绳方向。
4. 非敏感自然水域：引入真实水体、漂浮物和岸上作业组织。
5. 桥梁现场：先测自由流和局部流场，再决定可进入区域和作业时间。

浑水观测的两条候选路线

浑水观测验证方法

建议采用同场景对照，而非只看“增强后更清楚”

清理与表观缺陷尺寸量测

旋转清洗刷

• 当前样机预留旋转清洗刷接口；
• 偏硬尼龙刷对淡水附着物的效果属于课题组技术交流判断；
• 测试需记录附着物类型、覆盖率、清理面积、时间、功率和清理前后影像；
• 必须检查是否划伤涂层、混凝土表面或影响既有病害；
• 先在标准试件或非关键小区域验证，再考虑桥墩表面作业。

裂缝长度与宽度：拟研究“激光/视觉三维量测”

量测结果至少关联原始影像或点云、标定参数、工作距离、入射角、水体条件、算法版本和精度说明。测量叠加图属于解释结果，不能替代原始数据。

数据产品与作业安全闭环

一病一档的最小数据集

现场安全的四道控制线

三种研发路径比较

三条路径各有适用条件。会议讨论时，可结合近期任务是否需要定量缺陷量测、可接受的研发周期以及自主技术沉淀目标，进一步研究主路径及并行比选安排。

阶段门槛与投入科目

预算科目构成

宜昌工务段管内枝城长江大桥

政府公开资料将枝城长江大桥描述为焦柳铁路南北通道控制性工程和公铁两用桥。^[11][16]

枝城试点实施条件

历史水文资料与现场复测

2016-07-12特定工况资料记录桥轴断面5—8孔平均流速约1.77、1.88、1.56、1.05 m/s；其他断面表中最大值2.88 m/s。试验日需重新测量水位、断面流速和桥墩近壁局部流场，并通过专项试验评价工程样机的工点适用性。^[10]

进场前必须补齐

1. 桥梁台账、竣工图、逐墩基础图、墩号方向和坐标基准；
2. 最近桥梁检查、水下检查、河床断面和局部冲刷资料；
3. 历史监测系统及水流冲刷传感器是否在役、数据能否调用；
4. 宜昌工务段内部审批、桥隧车间配合和营业线邻近作业要求；
5. 现行通航孔、航标、许可/备案、警戒和作业船要求；
6. 试验日前后水位、流量、流速剖面、浑浊度、漂浮物和天气。

候选墩位筛选原则

枝城试点建议流程

现场岗位建议

逐级进入原则

1. 先在岸边或非通航敏感水域确认操控与回收；
2. 先测自由流，再测不同离墩距离的局部流速；
3. 先观察后接触，先标准试件后结构表面；
4. 任一安全门槛或数据质量门槛不满足即中止升级。

试验矩阵与成果要求

成果文件建议

• 现场记录与环境参数表；
• ROV配置、标定与故障记录；
• 实际覆盖图和未覆盖区域说明；
• 原始视频/图像/声呐/点云及增强副本；
• 异常清单与定位索引；
• 性能边界、量测精度和适用条件说明；
• 后续研发或采购建议。

结论与讨论要点

结论

现有工程样机具备继续开展桥梁水下观测技术论证的硬件基础，设计航速为4节；但该参数不能替代近墩紊流中的定姿、贴近和工具作业验证。历史原型机应用证明了ROV在铁路桥梁水下观察中的现实需求，也明确暴露了浑水、附着物、量测尺度和作业组织问题。

若目标仅为一般水域巡查，可限定现有样机的应用范围；若目标是形成铁路桥梁近墩表观缺陷检测与量测能力，应采用阶段门槛式研发；若近期任务时限优先，应同步比选成熟专用平台。三条路径均不能省略枝城工点的环境核查和现场适用性验证。

会议讨论参考事项

• 主推进路径及是否需要安排并行比选；
• 近期任务对裂缝等表观缺陷尺寸量测的需求程度；
• 工程样机性能验证可采用的目标流场和判定指标；
• 清水箱、偏振相机、清洗刷的样机对比顺序；
• 宜昌工务段在图纸、检查和审批资料方面的对接方式；
• 枝城长江大桥现场踏勘及海事协调的启动条件；
• 枝城试点侧重能力验证或承担检测任务；
• 阶段评审、停止条件及后续研究节点。

主要参考资料

1. 《普速铁路桥隧建筑物修理规则》TG/GW 103-2018。
2. T/CECS G:J56-2019，《公路桥梁水下构件检测技术规程》。
3. GB/T 46238-2025，《淡水水下搜救机器人通用技术条件》。
4. 《铁路桥梁水下病害数据库标准》RW-SUB-DB-STD v1.0。
5. 国内外ROV产品及桥梁水下结构检测技术调研资料，2025年。
6. 《桥梁水下结构检测机器人应用示范证明》，成都工务段，2025年5月。
7. 《南充嘉陵江大桥现场试验情况简报》，2026年1月。
8. 《桥梁检测水下机器人技术参数》，课题组工程样机技术资料，2026年7月30日；工程样机设计航速4节。
9. 《武汉局管内桥梁水下检测应用技术讨论整理》，2026年9月19日。
10. 汪吉发：《枝城长江大桥通航水域航路优化研究》，《中国水运》2019年第4期。
11. 宜昌市人民政府：《枝城长江大桥改扩建工程正式启动》，2024-05-14，政府公开页面。
12. 全国标准信息公共服务平台：GB/T 46238-2025标准状态页面。
13. Wu, T. et al. “High-precision visual 3D measurement of bridge defects in high-turbidity water.” Automation in Construction, 2026, DOI: 10.1016/j.autcon.2026.106936.
14. Hou, S. et al. “Underwater Surface Defect Recognition of Bridges Based on Fusion of Semantic Segmentation and Three-Dimensional Point Cloud.” Journal of Bridge Engineering, 2025, DOI: 10.1061/JBENF2.BEENG-7032.
15. “Optical measurement method for large-scale surface defects on underwater bridge piers.” Engineering Structures, 2026, DOI: 10.1016/j.engstruct.2025.121966.
16. 湖北省住房和城乡建设厅：《湖北35座长江大桥 座座身世不凡》，2019-10-28；三峡宜昌网：《枝城长江大桥改扩建工程正式启动》，2024-05-14。
17. 区位图卫星影像：Esri World Imagery；桥位参考坐标30.286086°N、111.526442°E。
18. 《水下作业机器人情况介绍》，中船第七研究院相关资料，2023年9月。
19. 中共湖北省委军民融合发展委员会办公室：《国际领先！中国船舶七二二所承担的港珠澳大桥水下检测系统项目通过验收》，2023-10-26，来源标注为中国船舶七二二所，政府公开页面。
20. 天津市科学技术局公开技术成果材料：“水下检测系统测试”技术示范情况，2024年公开，政府公开PDF。
21. Ueda, S. et al. “Inspection System for Underwater Structure of Bridge Pier.” Proceedings of the 2019 International Conference on Artificial Life and Robotics, pp. 521–524, DOI: 10.5954/ICAROB.2019.OS21-2，论文信息页。
22. Shen, J. et al. Underwater Bridge Inspection Using Imaging Technology. FHWA-HIF-18-049, 2018，美国交通部报告页。
23. von Ellenrieder, K. D.; Wampler, J. “Autonomous Surface Vehicle for Bridge Inspection.” Florida Department of Transportation Final Report, 2016，美国交通部报告页。
24. T/CCTAS 67-2023，《桥梁水下结构声呐法检测技术规程》，国家标准馆标准信息页。
25. 《博雅工道-水下智能装备与海洋工程综合解决方案供应商》，博雅工道（北京）机器人科技有限公司企业产品资料，PDF元数据修改时间2023-04-07。