杂谈▏两种TSS440管缆跟踪器的水下探测方式比较
TSS440管缆跟踪器是世界上最先进的海底管道、海底电缆跟踪器之一，又叫探测器、定位器，是一种采用电脉冲感应原理的水下金属探测工具，在水下能找到埋地十米的金属管道或者电缆。TSS440既可检测电缆，又可检测海管，待检测电缆无需加载信号源。因为“养在深闺人未识”，又是用在高端海工领域，所以一般人难见真容。
其核心部分是三个叠加的线圈、控制器、控制软件，配合水下高度计进行水下管道探测、跟踪、定位等功能，功能非常强大。控制器由信号发射器和接收器组成，线圈就是发射和接受天线，工作时线圈周边两米范围内不能有电磁或者金属物质，连接杆件应采用非金属不导电材料制作，不推荐碳纤维材料，碳纤维也存在纤维纺织方向导电。TSS440系统是用三个线圈进行探测，通过比较三个线圈所获得的探测距离来非常精确地判断目标物的位置，同步使用高度计测量线圈距离海底的距离，从而获得目标物的埋藏深度。线圈距离地面越近越灵敏和准确，距离不宜大过0.5米。当距离2米以上时会带来极大误差。安装框架发生晃动也会造成了一些数据点的缺失。如图1和图2。
图 1
图 2
TSS440管缆跟踪器需要配合水下机器人（ROV）使用，施工时需要通过ROV坐底来进行零位校正。在海洋工程领域，TSS440被广泛应用于管线安装、铺设和后期路由调查以及电缆安装、铺设和后期路由调查等。此外，TSS440还可用于海上救捞、抢险、水下军火救捞、水下导体碎片清除、水雷计数等。
电影《地道战》里有一组这样镜头:道路中央，两个日本鬼子相隔一段距离，每人手握一根长杆。他们缓慢而规律地左右挥动长杆，视线始终跟随杆头上巨大的金属圆环来回移动。有的时候，这些日本鬼子还会趴在地上，用手抓住杆头，眼睛贴近金属环。那个艰苦年代是永远不能忘却的记忆。如图3、图4和图5
图 3
图 4
图 5
探测器现在又有许多衍生新家族，比如用在地质找矿中的探地雷达，可以深入地下几公里探测，对地质结构和成分可以“看清楚”，当然也有用在地下考古工作中，可以发现地下结构异常。
不过这些都是在陆地上的用法，简单的用到水里就不灵了，比如简单装到船上就不好用。原因就是水层，和空气有着巨大差异，尤其是海水，海水里含盐，是电的良导体，对电磁波的衰减非常厉害。感兴趣的小伙伴们可以做个试验，将手机装在塑料袋包好，放进水下一米多深的时候，发现再打电话就打不通了。所以海军的潜艇就可以在海上进行隐身，不像一般舰船那样容易被雷达发现，海上巨无霸航母最大的克星就是核潜艇。
正因为海水与电磁波的这些特性，导致陆地上探测器不能简单应用到水下。人们从狗身上发现有一个特点，夜晚守夜时，几百米外走来的是主人还是外人，即使有一堵墙挡着看不见，也照样很准确的能分辨出来，道理就在狗喜欢趴在地上，耳朵贴近地面能接收地面传来的震动。所以，如果在水下，将探测器尽量贴近水底，就会有效消除水层影响，这样陆地上的探底雷达就可以用了。
TSS440就是这样的道理。在海洋光缆敷设工程船上，大家会发现一些大型履带式的巨无霸，重量有个一百吨、两百吨重的那样大家伙，专业人员叫海底挖沟机，它的胸前会举着一个类似苍蝇拍一样的东西，水下行走时就会平放到贴近地面，工作原理就像工兵探地雷一样。如图 6和7。
图 6
图 7
但海洋工程中用到水下机器人都比较大，即使海洋石油作业平台现场的ROV，一般也有个三吨五吨重，有的大小接近一个房间那么大，动辄价值几千万元人民币。这些巨人挥动TSS440这样二三十公斤的东西来，就像大人手里的苍蝇拍，虽然很轻松，但成本也很高，相比来说就像搬家公司用重卡拉家具一样，费油不经济。像这些小活怎么办？当然找轻型小货车更划算。
在一些江河水域、或者一些近海浅水场合，不但水下有激流，水还很浑浊。中国内陆上从黑河腾冲线到沿海区域，几乎找不到清澈的水了，打眼一看，都是黄黄的、浑浑的。举一个例子，长江口海域，常年6节水流，水下能见度不到三十公分，水深只有二三十米，大型ROV 一般派不上用场，吊舱还没怎么展开就到底了，小型ROV动力更不行，任何浮游型的先进ROV超过3节水流要工作基本是奢望，很难稳住不动，加上浑浊水域价值千万元的ROV也没法精细作业，水下三维声呐与摄像头相比，分辨率差了好几个等级。水下机器人最佳环境是清澈、平静的海洋，不存在水流，可不幸的是，现实世界中往往不尽人意。而海洋工程流域的高端ROV作业环境大多是深水、清澈、几乎没有水流的海底，领航员需要像培训飞机驾驶员那样进行专门训练，需要积攒作业年限和实战经验，上下班都是做直升飞机实现，所以是一个非常烧钱的行业。
对于资金有压力、预算不多的行业有经济型的方案，非常适合低预算的作业场合。
赶海机器人公司推出了T50驼龙系列海底爬行水下机器人，既能实现海底爬行、又能实现水中飞行浮游。搭载不同的工具包，可以实现多项作业。目前根据不同水下作业需求，有许多变种可以选择。该机器卸下浮力块，增加配重就可实现水下负重行走，装上浮力块可以实现水中飞行浮游。爬行模式最适合300米以浅、作业缆长2000米以内、爬坡不超过30°，断崖越障不超过0.5米，浑浊有激流的水域。
该机采用防电磁少金属结构轻型材质设计，长度2.1米，宽1.28米，高度0.9米，基本配置功率10KW，空气中重量500Kg，无浮力块时水中重量220 Kg，贴地爬行时最大水中负重200 Kg。配重越大，抗激流能力越强。浮游模式时也可利用背部螺旋桨反冲喷水实现50 Kg抓地能力。采用微浮力拖缆，行进时拖缆不接触水底，与水底砂石无摩擦。自带大功率发电机供电。
针对TSS440的应用，结合T51A和T51B两款机型，有两个方案，一个是适合海上吊装作业的直装方案，另一个是方便过江探测的折叠方案。
直装方案适应于海上吊装，体积小，皮实，进出水面时能抵御海浪冲击，水下行走时线圈距离海底稳定，适合地势起伏不大、平缓无断崖的丘陵地带或平原型的海底地貌。作业前应提前用侧扫或者鱼探仪对海底地貌进行探查，也可用飞行模式进行探摸，但时间稍长。直装式简单高效，是较为经济的近海作业方式，可从小型船只上部署，能测量所有类型的近海和沿海海底电缆、通信光缆和管道。
直装式缺点是需要配套工程船，而且最好是DP-1以上的动力定位工程船，因为海缆两公里范围内不允许抛锚或者张网作业。如图8.
图 8
详细方案请看视频1，点击链接
折叠方案优势在于依托陆地上作业，优点是不需要工程船起吊作业，最多采用汽车吊就可解决上下水，连装卸车都能一起解决，成本极低，野外作业8吨吊装加运费日均租车不到两千元级别，实在是经济。适合于过江过河、湖泊、隧道、管道、水坝、峡湾、海岛之间探测，比如海底管道、供电电缆、通讯光缆。如果改装探地雷达，还可以进行水下地质探测、换上钻头等工具，还可水下取样、水下取样，甚至可以辅助港航部门用于水下暗礁爆破。但作业距离点之间不易大于两公里，太长拖缆前进阻力太大，增加履带拖带负荷，需要换装大型设备。
折叠方案天线可以折叠，弯曲角度可以随着地形进行变化调整，适合于回转空间较小，地面起伏较大场所。在内陆湖泊作业水下行走时，应将浮力块与机器之间，采用大于深度的软缆连接，当作水面跟随浮标，当陷于淤泥时可以根据位置进行水面救援。笔者有过多次现场施工经历，许多湖泊淤积黑臭烂泥，三四十公分厚度，远距离负重模式比较难实现，建议轻载飞行模式探测，免得完工后到洗车场冲洗黑泥。
折叠方案不能用于太急水流，水下翻转2米多的大苍蝇拍，小身板的设备就会受水流影响。折叠关节处水下卡住时硬性拖拉容易损坏，翻转关节处金属部分和电机会对电磁线圈接受地下回波会有影响。如图9.
图9
详细方案请看视频2，点击链接
【作者简介】王素刚，青岛赶海机器人有限公司总经理。远洋探海机器人东台有限公司（Ocean exploration robots Dongtai Co., Ltd.）是青岛赶海机器人有限公司的下设的全资子公司，主导产品是T51系列海底机器人，拥有多项水下机器人发明专利。远洋探海机器人东台有限公司位于苏中沿海的省计划单列市——江苏省东台市，工厂距离沈海高速G15东台出口500米。
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