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海洋探測機電

海洋觀測儀器絕大部分是由國外進口,關鍵技術皆掌握在國外廠商手中,價格昂貴且維修往返耗時。與陸地上儀器設備相比,海上設備耗損特別嚴重。因此中心以具科學研究迫切需求的工程技術開發為主,成立具自主技術的科儀研發團隊,確保上游科學研究和下游工程技術之間的連結,建立一個永續的海洋科技研發能量。 海洋機電實驗室 (Applied Ocean Engineering and Mechatronics Laboratory) 發展以學研界對海洋之研究需求,進行海洋探測前瞻技術研發,整合國內海洋相關的儀器設計、製作、研發等技術,作為科學議題背後的工程技術支援,現階段兩項主要任務:培植重大探勘設備深海無人載具(Remotely Operated Vehicle, ROV)的操作及維運技術建置與海底地震儀(Ocean Bottom Seismometers, OBS)研發,促成國家海洋科技發展體系之垂直整合,根植台灣自行研發海洋科學儀器的能力。

海洋科儀研發

永續海洋研究發展,自主開發具尖端、彈性且低成本之觀測儀器,針對中心內部計畫之間的資源整合及技術支援, 如海底地震儀將應用於「海洋地質災害長期觀測網(Submarine geo-hazard observation framework)」;海氣象觀 測系統及剖面水溫觀測系統將應用於「深海錨碇長期觀測網MOOST(Moored Ocean Observing System, Taiwan)」

海底地震儀相關系列&資料浮標與水下資料傳輸

海洋地質災害應用之海底地震儀、短週期海底地震儀及海底電磁儀

海底地震儀科儀研發,發展過程中與中央研究院地球科學研究所、中山大學海下科技研究所形成學術、技術與人才培育資源的三方合作模式,在合作架構下建立關鍵技術、取得專利及佈放回收技術,並進一步發展短週期海底地震儀、海底電磁儀,目前都已進入封裝測試階段。

短週期海底地震儀及海底電磁儀

現階段成果

海洋中心結合中央研究院、國立中山大學組成三方之海底地震儀研發團隊,截至2014年底已完成開發作業階段、佈放深度可達5000公尺,並進入穩定度及資料驗證階段,期間已歷經28架次實海測試且全數成功回收,證明其系統具相當穩定度。目前已應用在台灣東部海域接收地震資料,自主開發降低成本也擴大了台灣地震觀測的範圍。
由於開發過程累積多項水下專利與技術,進而衍生相關系列之儀器設計,如短周期海底地震儀及海底電磁儀,分別適合應用於不同目標的海洋研究。短週期地震儀已完成機構設計,正進行加工組裝階段,而海底電磁儀已進展至下水姿態平衡測試 。

海底電磁儀下水進行水密及運作測試

專  利
  • 微型地震感測器平衡系統 /發明/證書號 I414807
  • 可座標定位之信標系統/新型/證書號M462924
  • 深水壓力式電氣開關/新型/證書號M487518
深海錨碇觀測網之資料浮標

中心科學研究迫切需求自主技術開發與紮根,以永續海洋科技研發能量。中心深海錨碇觀測網所使用之資料浮標,延伸陸上氣象站的觀測外,亦可應用於大氣邊界之動力交換的物理海洋研究;浮標水面以上為氣象監測設施,包含風速、風向、氣溫、氣壓、濕度、日照等,水面以下沿著纜線掛載溫深探針(SBE39-IM)串列以取得表層海水溫度之垂直分佈數據。以往僅透過衛星通訊接收水面上之氣象數據,水下資料必需透過回收後才能取得,因此透過水下磁感應系統即時傳送水溫資料至系統,合併氣象數據定時回傳,將可提高研究時效性與降低成本。

磁感應水溫即時觀測系統架構圖

深海無人載具操作及維運建置

ROV具備深海觀測與樣品採集能力,各類應用如海洋能源探勘、海底纜線勘查、科研設備安裝修復、事故偵查搜尋等。 中心目前正積極培訓維運與操作團隊,同時發展與科學家互動之科研探測平台,建立符合實務需求的深海探測服務系統。

  • ROV系統維運、佈放回收技術建立
  • 水下導航與機械手臂操控技術訓練
  • 科學實驗目的整合發展

ROV系統安裝,ROV控制室,載具配合科學需求改裝,ROV甲板作業

ROV系統維運、佈放回收技術建立

ROV系統包含了載具本體、3500公尺光纖電纜、ROV專用絞機及ROV控制室。其中ROV控制室整合了所有通訊、影像與控制訊號,載具本體主要則由電子、光纖、主動油壓與被動油壓等系統組成,均需要各項高專技術整合。為讓系統正常工作,必須執行例行性養護,進而建立自主操作、維修、保養與系統升級之能力,以應付未來海上獨立作業。此外,佈放與回收的過程極為重要,其雖屬於甲板作業技術,但載具操控與甲板作業仍需高度默契配合,才能成功且安全的完成探測航次。

ROV系統

水下無人遙控載具技術規格
  • 最大作業深度3,000 m (光纖通訊電纜長度3,500 m)
  • 外觀尺寸3.3 m X 1.8 m X 2.1 m
  • 空氣中重量5 ton; 水中重:中性浮力(調配)
  • 推進效能8具推進器(垂直水平各4個); 最大馬力150匹; 最大抗流3節
  • 導航設備慣性導航儀(INS)、都卜勒聲納(DVL)、避障聲納(Profiling Sonar)
  • 水下定位超短基線水下定位系統(USBL)、深海定位聲納(Homer)
  • 水下照明400W HMI燈4顆、深海LED燈2顆
  • 攝影系統高畫質HD攝影機2組、照相機1組、小型LED攝影機6組
  • 機械手臂六個自由度、全伸可舉重90公斤、具力回饋功能(Kraft Predator)
    六個自由度、附夾爪端攝影機、最大舉重454公斤(Schilling T4)
  • 科學輔助 ● 可提供額外250公斤科學酬載重量
    ● 可提供48VDC、24VDC、12VDC、5VDC電源與數位資料即時傳輸
    ● 可提供16組液壓迴路(工作壓力0-240bar,其中9組流量可調)
水下導航與機械手臂操控技術訓練

ROV下水後,在海況允許的情況下可進行多日的連續作業,如同飛機駕駛艙,貨櫃型的控制室裡配備了精密的控制系統,包含載具動力、六軸速度、水中姿態、油壓狀態、高畫質影像、照明、通訊、聲納避障、水下定位以及環境資訊如水壓、水流、水溫等多項資訊,並於多達16支監控螢幕上呈現。ROV上的機械手臂與外掛的科學設備,分別由正、副駕駛操作,達成各任務的需求。而控制室外的甲板配置ROV專用絞機用以收放光纖纜線。ROV團隊成員都必須能夠獨立且立即應付各項系統之突發狀況,因此需要受過專業訓練與累積長期的實戰經驗。

水下導航與機械手臂操控技術訓練

科學實驗目的整合發展

中心建置之水下遙控載具符合科研與工程用途,可規劃建立滿足使用者作業需求的介面與工具,如配合改裝或加裝採樣設備。ROV本體除可提供安全飛行的資訊外,另可額外提供250公斤酬載、各式直流電源、可即時傳輸資料的通訊系統與壓力可調式液壓迴路(工作壓力210bar以內),亦可加載或設計各種加掛設備以滿足科學研究需求。

ROV各類附屬設備

配合使用各類工具的作業能力

升降平台