1、哈尔滨工程大学学报 Journal of Harbin Engineering University ISSN 1006-7043,CN 23-1390/U 哈尔滨工程大学学报网络首发论文哈尔滨工程大学学报网络首发论文 题目：失事目标水中搜寻技术发展现状及趋势 作者：李海森，张阳，朱建军，杜伟东 收稿日期：2021-05-07 网络首发日期：2022-11-22 引用格式：李海森，张阳，朱建军，杜伟东失事目标水中搜寻技术发展现状及趋势J/OL哈尔滨工程大学学报.https:/ 网络首发网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经
2、确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合出版管理条例和期刊出版管理规定的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机
3、构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认出版确认：纸质期刊编辑部通过与中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有限公司签约，在中国学术期刊（网络版）出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为中国学术期刊（网络版）是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。第 31 卷第 4 期 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 Vol.31 No.4 20 Journal of Harbin Engi
4、neering University Apr.2010 失事目标水中搜寻技术发展现状及趋势 李海森1,2,3,张阳1,2,3,朱建军1,2,3,杜伟东1,2,3（1.哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001；2.海洋信息获取与安全工信部重点实验室（哈尔滨工程大学），工业和信息化部，黑龙江 哈尔滨 150001；3.哈尔滨工程大学 水声工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001）李海哈尔滨 150001；3.哈尔滨工程大学 水声工程学院，哈尔滨 150001）摘 要：针对近年来海洋事故日益增多的问题，本文研究分析了水中搜寻技术发展现状及趋势。本文以水中搜寻技术为对象，对当前水
5、中失事目标进行了分类，分析了水中搜救策略研究现状，讨论了 3 种数据与模型搜寻方法。重点阐述了水中搜寻平台与设备发展情况，结合当前搜寻技术的不足，从增强失事目标定位能力，提高水下机器人水下搜寻能力与智能化，提高集群化、多平台协同组网能力和提高声学探测设备性能与数据处理能力 4 个方面给出了水中搜寻技术发展趋势。关键词：海洋搜救；搜寻策略；海洋漂移模型；水下机器人；黑匣子；被动声呐；多波束测深系统；协同组网 Doi：10.11990/jheu.202105023 中图分类号：P229 文献标识码：A Development status and trends of underwater sear
6、ch technology for wrecked targets LI Haisen1,2,3,ZHANG Yang1,2,3,ZHU Jianjun1,2,3,DU Weidong1,2,3(1.Acoustic Science and Technology Laboratory,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.Key Laboratory of Marine Information Acquisition and Security(Harbin Engineering University),Ministry of
7、Industry and Information Technology,Harbin 150001,China;3.College of Underwater Acoustic Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)Abstract：With the increasing number of marine accidents in recent years,underwater search technology has become a hot research topic in various count
8、ries.This article takes underwater search technology as the goal,classifies the current underwater crash targets,analyzes the current research status of underwater search and rescue strategies,discusses three data and model search methods,focuses on the development of underwater search platforms and
9、 equipment,and finally combines the current search the lack of technology gives an outlook for the future development of underwater search technology.Keywords：marine search and rescue;search strategy;marine drift model;underwater robot;black box;passive sonar;multi-beam sounding system;cooperative n
10、etwork 1随着海洋开发贸易及世界航空航天活动日益频繁，各类事故也逐渐增多1。除轮船、潜艇、水下机器人等本身在海洋航行的目标外，包括飞机、火箭以及卫星在内，均有可能失事后入海。从失事原因上来看，大致包括人为事故、技术故障、环境因素等 3 个方面2-3。国外 PlaneCrash 网站统计了1950-2021 年飞机失事原因，飞行员操作失误造成的飞机失事有 533 起，占总事故 49%，其他原因依次为机械故障 23%、天气原因 10%、破坏行为 8%收稿日期收稿日期：2021-05-07.基金项目基金项目：浙江省联合基金项目（U1809212）；山东省联合基金项目（U1906218）；黑龙江
11、省自然科学基金资助项目（ZD2020D001）.作者简介作者简介：李海森,男,教授，博士生导师；张阳，男，博士研究生.通信作者：通信作者：张阳，Email：.及其他原因 10%4。卫星、潜艇等目标涉及国家核心技术机密，飞机、轮船和潜艇发生事故更可能造成大量人员伤亡，因此对海洋失事目标搜寻非常必要。在发生事故后，搜救工作成为第一要务，国家和国际组织为此制定了相应的法律法规。1982 年在牙买加签署的联合国海洋法公约是层次最高、内容最全的世界海洋根本法，第 98 条规定了“救助的义务”；国际海上搜救大会通过的1979 年国际海上搜寻救助公约，专门而又全面规范了缔约国在海洋搜救的诸多事项，我国在 1
12、985 年批准该公约，并按要求成立中国海上搜救中心；美国在1992 年出台了美国联邦灾害紧急救援法案，规定了美国灾害紧急救援的基本原则，明确了政府部网络首发时间：2022-11-22 14:54:47网络首发地址：https:/ 尔 滨 工 程 大 学 学 报 第28卷 门、军队、社会组织与公民等在救援中的责任与义务。我国为应对海上搜救等情况，出台了中华人民共和国海上交通安全法、中华人民共和国搜寻援救民用航空器规定等多部法律法规5。海洋搜寻就复杂程度和危险系数来说，明显大于陆地，主要体现在失事位置不确定、搜寻作业范围大、搜寻技术局限、水下生存条件恶劣、天气变化、海水运动等方面6，在一定程度上更
13、加体现了搜寻技术的重要性。本文对水中失事目标进行了分类，分析了失事目标水中搜寻策略、数据处理方法及搜寻设备平台研究现状，展望了水中搜寻技术发展趋势。1 水中失事目标分类 无论搜寻目标整体或部分漂浮水上、悬浮水中或沉入海底，均可视为水中失事目标，按照涉密信息分类，可分为公开目标和涉密目标。公开目标包括民用飞机、轮船、水下考古发掘、遇难人员等，如图 1 所示。2014 年 3 月，马来西亚航空 MH370 航班失事，机上 239 名乘客和机组人员全部遇难，中国、马来西亚、澳大利亚、美国等11 个国家参与搜救 7-12；2014 年 4 月，韩国“世越号”客轮在全罗南道珍岛郡附近海域沉没，造成296
14、 人死亡，142 人受伤以及 8 人失踪13；1987 年8 月，广州救捞局和英国海上探险公司在上下川岛搜寻东印度公司莱茵堡号时，发现“南海一号”南宋沉船，在 2007 年完成整体打捞 14。涉密目标包括军用飞机、卫星、潜艇、从事军事监听活动的水下机器人等，如图 2 所示。2017年 11 月，阿根廷“圣胡安号”潜艇在南大西洋海域失联，在失踪 1 年后被美国 Ocean Infinity 公司找到 15。我国渔民多次打捞到的国外在我国海域从事监听活动的无缆自主水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV）也属于涉密目标。（a）马航 MH370 飞机失事 （b）
15、韩国世越号客轮沉没 （c）南海 1 号水下考古打捞 图 1 公开失事目标 Fig.1 Disclosure of the target of the crash （a）军事飞机 （b）卫星 （c）潜艇 图 2 保密失事目标 Fig.2 Confidentiality of the accident target 除此之外，水中失事目标按照目标有无人员，可分为有人目标和无人目标；按照目标活动空间，可分为空中目标、陆地目标、水面目标和水下目标；按照目标有无定位设备，可分为有源目标和无源目标等。针对不同类型的水中失事目标，搜寻技术存在一定差异。2 搜寻策略与方法研究 2.1 搜寻策略研究现状 水中搜
16、寻通常包括目标搜寻准备及搜寻过程 16。搜寻准备是准确搜寻目标、安全高效搜寻的保障，主要为制定搜寻计划和进行前期准备，包括确定搜索区域、划定搜索分区、规划搜索路径、环境评估、设备检查、人员配置等。目标搜寻是一个动态过程，随着搜寻任务推进不断调整，包括调整搜索区域、优化搜索路径、探测水下地形地貌、搜寻定位、障碍物避碰等。完整的搜救过程由 4 个阶段构成15：确定搜寻水域、粗略扫测标记可疑点、精确扫测确认疑似点、定位打捞。按照搜寻目的，可分为 2 个阶段 15：海面阶段，搜救幸存人员及打捞遇难人员；水下阶段，打捞机体残骸及黑匣子记 第一作者姓名，等：文章题目 -3-录仪。一般来说，水中搜寻区域远大于单个或集群探测范围，因此需要划定搜索分区、规划搜索路径，有利于提高搜索效率、避免重复搜索。搜索路径可以根据搜寻平台特点及搜寻区域形状进行选择，根据搜寻任务进一步优化，常见的搜索方式有扇区搜索、扩展正方形搜索、轨迹线搜索、平行线搜索、水平线搜索、移动矩形搜索等 17，如图 3 所示。图 3 常见搜索方式 Fig.3 Common search methods 其中，扇区搜索适合小范围搜索，搜索半径