本公開(kāi)總體上涉及一種用于海底勘測(cè)的船舶，并且更具體地涉及至少一個(gè)與用于海底勘測(cè)的船舶一起使用的提升水翼、一種獲取海底勘測(cè)數(shù)據(jù)的方法、一種生產(chǎn)船舶的方法、以及船舶的用途。在從地理數(shù)據(jù)中獲得啟示，本發(fā)明還涉及可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境發(fā)展的改善：我們共同創(chuàng)造一個(gè)安全宜居的世界。

背景技術(shù)：

1、提高海底勘測(cè)的質(zhì)量和速度是一種普遍和持續(xù)的需求。在海底勘測(cè)中，在水體(諸如海洋、河流或湖泊)的表面下設(shè)置至少一個(gè)傳感器。設(shè)置這些傳感器來(lái)捕捉與海底環(huán)境特征相關(guān)的勘測(cè)數(shù)據(jù)。例如，該勘測(cè)數(shù)據(jù)可能與海床的幾何形狀有關(guān)，但不限于此，還可用于探測(cè)例如巨石，以及為各種海底操作繪制海床圖?？睖y(cè)數(shù)據(jù)還可能與探測(cè)埋藏在海床下的地表下物體有關(guān)，這些物體諸如為管道、未爆彈藥(諸如水雷)等。此外，勘測(cè)數(shù)據(jù)可能與海床下面的土壤類(lèi)型有關(guān)，這可能與風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)地基等工程前期勘測(cè)有關(guān)。

2、在獲取海底勘測(cè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，通常需要在水面以下設(shè)置傳感器，使得傳感器能夠探測(cè)到與海底環(huán)境相關(guān)的特征。不同類(lèi)型的傳感器具有不同類(lèi)型的要求和限制。拖在船舶后面或附接到船舶的船體上的傳感器往往會(huì)遇到例如條件不穩(wěn)定等問(wèn)題，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量受限。例如，船體和水之間的相互作用產(chǎn)生的噪音可能會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。船舶推進(jìn)產(chǎn)生的振動(dòng)可能會(huì)影響傳感器。船舶在水中的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致船舶的船體周?chē)鷬A帶水，即與空氣混合的水，這對(duì)從傳感器獲取數(shù)據(jù)具有很大影響。此外，經(jīng)過(guò)船體的水會(huì)形成湍流邊界層，其隨機(jī)漩渦也可能會(huì)對(duì)由傳感器獲取的數(shù)據(jù)的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

3、已知的是，數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量會(huì)隨著速度的增加而降低，這也會(huì)影響傳感器數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因?yàn)橄鄬?duì)于船舶的船體的水速增加會(huì)產(chǎn)生更多的環(huán)境噪音。船舶表面上的粗糙度會(huì)導(dǎo)致水流的邊界層中產(chǎn)生額外的湍流，這也會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量。與流速增加相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)問(wèn)題是阻力增加，這會(huì)限制船舶的效率。由于勘測(cè)通常需要很長(zhǎng)時(shí)間，而且可能是在偏遠(yuǎn)區(qū)域，因此船舶的推進(jìn)效率非常重要。

4、人們一直在致力于提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)采集效率，同時(shí)盡量減少能源消耗。已知的是，在船舶的船體下方的吊船(gondola)中引入傳感器。吊船是位于船舶水線(xiàn)以下的結(jié)構(gòu)，其距船舶的船體以一定距離定位，其深度設(shè)置為使得將諸如波浪的干擾降至最低。吊船中傳感器的穩(wěn)定性高于船舶的船體中傳感器的穩(wěn)定性。例如，由于吊船不突破水線(xiàn)，因此與夾帶水和高度隨機(jī)的湍流邊界層相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題較少，這些問(wèn)題會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。

5、然而，在吊船中設(shè)置傳感器會(huì)帶來(lái)額外的限制，諸如阻力增加、效率降低、重量增加和吃水深度增加。

6、已知的是，水翼船可以提高船的效率。為船提供水翼系統(tǒng)，使得當(dāng)船達(dá)到一定速度時(shí)，由于水翼的提升力，船會(huì)從水中升起。然而，使用吊船存放傳感器或在船舶的船體中設(shè)置傳感器與使用水翼是不相容的。當(dāng)船舶從水中升起時(shí)，傳感器也隨之升起。傳感器可能會(huì)完全從水中升起，或者在某種程度上它們被設(shè)置在不太穩(wěn)定的區(qū)域，更靠近船舶的水線(xiàn)。例如，如果傳感器沒(méi)有設(shè)置在足夠深的位置，則海浪可能會(huì)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)造成嚴(yán)重干擾。此外，為使船舶獲得升力所需的速度增加，會(huì)導(dǎo)致吊船受到更大的阻力，從而大幅降低效率。吊船極大地增加了阻力，并且給傳感器帶來(lái)了不穩(wěn)定性，從而降低了數(shù)據(jù)質(zhì)量。此外，吊船必須更加堅(jiān)固，以承受這種增加的阻力，從而進(jìn)一步增加推進(jìn)要求并降低效率。

7、因此，已知的海底勘測(cè)技術(shù)并沒(méi)有提供一種既能獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)，又能將能耗降至最低的解決方案。

8、需要一種改進(jìn)的海底勘測(cè)船舶和用于獲取海底勘測(cè)數(shù)據(jù)的方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種用于海底勘測(cè)的船舶。該船舶包括船體。該船舶還包括至少一個(gè)提升水翼。該船舶包括用于將至少一個(gè)提升水翼連接到船體的連接結(jié)構(gòu)。該連接結(jié)構(gòu)被布置成將來(lái)自至少一個(gè)提升水翼的提升力轉(zhuǎn)換到船舶的船體。至少一個(gè)提升水翼包括至少一個(gè)勘測(cè)傳感器。通過(guò)為船舶設(shè)置至少一個(gè)提升水翼，提高了船舶的效率。通過(guò)在提升水翼中設(shè)置至少一個(gè)勘測(cè)傳感器，提高了傳感器的穩(wěn)定性，從而提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2、傳感器穩(wěn)定性是指在環(huán)境特征不變的情況下生成的數(shù)據(jù)的一致性。至少一個(gè)勘測(cè)傳感器的穩(wěn)定性，除其他外，取決于其與流經(jīng)傳感器的水的相互作用。例如，空氣與水混合形成的夾帶水，由于其隨機(jī)性和高能量密度，會(huì)嚴(yán)重影響傳感器的穩(wěn)定性。換言之，夾帶水?dāng)y帶動(dòng)能，其會(huì)在傳感器中產(chǎn)生強(qiáng)烈的隨機(jī)響應(yīng)。此外，船體與水的相互作用產(chǎn)生的噪音也可能對(duì)基于聲音的傳感器的結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。湍流邊界層的形成也會(huì)在傳感器中產(chǎn)生隨機(jī)響應(yīng)，因?yàn)閭鞲衅髦車(chē)鷷?huì)形成漩渦，這可能會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量和傳感器穩(wěn)定性。在水流經(jīng)表面一定長(zhǎng)度時(shí)在表面上形成湍流邊界層。起初，邊界層是層流的，并且隨著水流速度的增加，表面和水之間的速度剖面降低，邊界層中的層流會(huì)過(guò)渡到湍流。這種湍流邊界層是隨機(jī)的，并且如果傳感器的位置超出層流和湍流之間的過(guò)渡點(diǎn)，湍流邊界層就會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生負(fù)面影響。

3、提升水翼尚未用于勘測(cè)過(guò)程，因?yàn)榇暗拇w和/或包含傳感器的吊船將從水中升起，或較靠近水面。這將大大降低傳感器穩(wěn)定性，并且導(dǎo)致勘測(cè)數(shù)據(jù)不符合質(zhì)量要求。

4、然而，本發(fā)明通過(guò)將至少一個(gè)勘測(cè)傳感器定位在提升水翼中來(lái)解決這些缺點(diǎn)。表述“至少一個(gè)勘測(cè)傳感器定位在提升水翼中”應(yīng)理解為放置在水翼內(nèi)，或者位于所述水翼的表面處，使得勘測(cè)傳感器形成提升水翼的外表面的一部分，或者位于水翼的主體內(nèi)，這取決于所用的勘測(cè)傳感器的類(lèi)型。當(dāng)船舶的船體升高而較靠近或離開(kāi)水面時(shí)，提升水翼仍在水下。本發(fā)明中的提升水翼還位于水中，離水面較遠(yuǎn)(在水中較深)，使得諸如波浪等的干擾對(duì)傳感器的影響較小。此外，由于提升水翼遠(yuǎn)離水面定位，因此夾帶水對(duì)傳感器穩(wěn)定性的影響也會(huì)減小。此外，由于布置提升水翼以提升船舶的船體并減小其潤(rùn)濕表面，因此船體與水的相互作用產(chǎn)生的總噪音會(huì)進(jìn)一步減小，從而改善測(cè)量結(jié)果。由于提升水翼通常具有相對(duì)較低的長(zhǎng)度和較高的寬度，因此提升水翼具有相對(duì)較高比例的其中邊界層為層流的表面積。在某些實(shí)施例中，提升水翼上的流動(dòng)甚至可能是完全層流的。這進(jìn)一步提高了傳感器的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

5、船舶穿過(guò)水的運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致船舶的船體周?chē)膴A帶水，即與空氣混合的水，這對(duì)從傳感器獲取數(shù)據(jù)具有很大影響。此外，移動(dòng)經(jīng)過(guò)船體的水會(huì)形成湍流邊界層，其隨機(jī)旋渦也可能對(duì)由傳感器獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

6、通過(guò)減少船舶的阻力和改善能源消耗，船舶的效率因此得以提高。通過(guò)減少船體的摩擦阻力以及可選地將吊船從船舶的船體移除，來(lái)減少船舶的阻力。能源效率的提高有助于創(chuàng)造出一種更可持續(xù)的用于海底勘測(cè)的船舶，與傳統(tǒng)勘測(cè)船舶相比，這種船舶更加環(huán)保。

7、船舶可以是任何浮力或半浮力結(jié)構(gòu)，其布置成可以相對(duì)于海床移動(dòng)，諸如為輪船、小船、駁船、潛艇等。船舶的船體是船舶的任何外表面，包括但不限于水線(xiàn)以下的潤(rùn)濕表面、水線(xiàn)以上的外表面、或例如甲板等。船體的潤(rùn)濕表面是船體與水接觸的表面。連接結(jié)構(gòu)在船體與提升水翼之間提供連接。這種連接可以是直接連接，也可以是間接連接。例如，連接結(jié)構(gòu)可以直接將提升水翼連接到船體的底側(cè)，或者連接到例如水線(xiàn)以上的船體的側(cè)面。也可以通過(guò)船舶的甲板上的結(jié)構(gòu)形成該連接，例如，通過(guò)經(jīng)由例如安裝結(jié)構(gòu)可樞轉(zhuǎn)地附接到甲板上的側(cè)向水翼(over-the-side?hydrofoil)。另選地或附加地，水翼也可以連接到甲板上方的結(jié)構(gòu)，諸如起重機(jī)或框架。這種間接連接結(jié)構(gòu)也被布置成將來(lái)自提升水翼的提升力轉(zhuǎn)換到船舶的船體。

8、當(dāng)船舶靜止時(shí)，施加到船舶上的重力與通過(guò)水的位移施加到水的力相平衡，從而產(chǎn)生浮力。這種浮力與船舶的船體的潤(rùn)濕表面有關(guān)，因?yàn)闈?rùn)濕表面與船體的形狀一起，表明了造成浮力的水位移的量。與該潤(rùn)濕表面相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題是，當(dāng)船舶移動(dòng)時(shí)，潤(rùn)濕表面也會(huì)以例如正面阻力和摩擦阻力的形式提供摩擦力。

9、當(dāng)船舶移動(dòng)時(shí)，提升水翼會(huì)產(chǎn)生提升力，該提升力減小所需的浮力。在平衡的情況下，潤(rùn)濕表面的浮力和提升水翼的提升力等于船舶上的重力。在船體完全升離水面的情況下，水翼的提升力基本上等于船舶上的重力，而浮力基本上為零。因此，本公開(kāi)的提升水翼被布置成減少船舶的潤(rùn)濕表面。

10、連接結(jié)構(gòu)可以與船體和提升水翼一體形成。在這樣的實(shí)施例中，船體形成為使得連接結(jié)構(gòu)一體形成，而不是在后面的階段通過(guò)例如焊接或模塊連接的方式附接。連接結(jié)構(gòu)也可以與提升水翼一體形成。

11、在一實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)還可以用于提供數(shù)據(jù)傳輸和/或電力傳輸通道，以便為一個(gè)或多個(gè)傳感器供電并傳輸從傳感器收集的數(shù)據(jù)。在另選的或附加的實(shí)施例中，提升水翼可以包括電源和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，諸如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，以在從環(huán)境中收集數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)勘測(cè)數(shù)據(jù)。

12、提升水翼被布置成通過(guò)連接結(jié)構(gòu)向船舶的船體提供提升力。提升水翼可以是布置成在水中操作的任何提升體、表面或翼。提升力由提升水翼的上表面和下表面之間的壓力差產(chǎn)生。壓力差通常通過(guò)水翼的上下表面上的曲率或形狀產(chǎn)生。水翼的上下表面上的水流差會(huì)產(chǎn)生壓力差，使得翼的上表面上的壓力低于翼的下表面上的壓力，從而產(chǎn)生向上的凈壓力。該向上的凈壓力和該壓力作用在提升翼上的面積會(huì)產(chǎn)生提升力，從而減小船舶的潤(rùn)濕表面，并且因此減小其正面阻力和摩擦阻力，從而提高船舶的效率。

13、在優(yōu)選實(shí)施例中，船舶包括多個(gè)提升水翼。船舶可以包括兩個(gè)以上的提升水翼。船舶可以包括四個(gè)以上的提升水翼。船舶可以包括六個(gè)以上的提升水翼。多個(gè)提升水翼可以通過(guò)連接結(jié)構(gòu)全部連接到船舶的船體。多個(gè)提升水翼可以通過(guò)單個(gè)連接結(jié)構(gòu)連接到船體。另選地，多個(gè)提升水翼全部可以具有單獨(dú)的連接結(jié)構(gòu)。在一實(shí)施例中，多個(gè)提升水翼通過(guò)多個(gè)連接結(jié)構(gòu)連接到船舶的船體，使得單個(gè)連接結(jié)構(gòu)可以將多個(gè)提升水翼中的一個(gè)或多個(gè)連接到船舶的船體。

14、勘測(cè)傳感器是提供關(guān)于船舶環(huán)境的信息的任何傳感器，即與船舶本身無(wú)關(guān)的任何特征。勘測(cè)數(shù)據(jù)是從勘測(cè)傳感器獲取的信息?？睖y(cè)傳感器被理解為不包括與船舶和/或水翼本身的特征有關(guān)的傳感器，諸如運(yùn)動(dòng)傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀傳感器等。在本公開(kāi)的情況下，勘測(cè)傳感器僅與提供關(guān)于船舶環(huán)境的信息的傳感器有關(guān)。

15、在一實(shí)施例中，至少一個(gè)勘測(cè)傳感器包括以下一組傳感器中的至少一個(gè)傳感器：聲納系統(tǒng)，諸如回聲測(cè)深儀；單波束、波束成形多波束、海底剖面測(cè)量系統(tǒng)；聲學(xué)多普勒系統(tǒng)；干涉聲納系統(tǒng)，該干涉聲納系統(tǒng)包括側(cè)掃聲納(side-scan?sonar)和測(cè)線(xiàn)束法測(cè)深系統(tǒng)(swath?bathymetry?system)；激光測(cè)距系統(tǒng)，該激光測(cè)距系統(tǒng)包括激光雷達(dá)和激光剝離以及伴隨的攝像視覺(jué)技術(shù)。在本公開(kāi)的情況下，術(shù)語(yǔ)勘測(cè)傳感器被理解為包括聲納系統(tǒng)，該聲納系統(tǒng)包括發(fā)射器和/或接收器。在一實(shí)施例中，傳感器可以包括接收器本身或發(fā)射器本身。

16、通過(guò)使用此類(lèi)勘測(cè)傳感器，船舶可以用于海洋學(xué)研究和收集地理數(shù)據(jù)。特別是，聲納系統(tǒng)通常涉及使用聲音傳播來(lái)導(dǎo)航、測(cè)量距離、與水面或水面下甚至海床下的物體通信或探測(cè)這些物體的技術(shù)。通常考慮聲納系統(tǒng)的兩種類(lèi)型。首先，被動(dòng)聲納利用現(xiàn)有的傳播波來(lái)測(cè)量環(huán)境特征，諸如探測(cè)海床特征或探測(cè)海底下面的物體，諸如管道、土壤類(lèi)型、管線(xiàn)或類(lèi)似物體。被動(dòng)聲納基本上利用環(huán)境傳播波，該環(huán)境傳播波不是由測(cè)量?jī)x器主動(dòng)產(chǎn)生的。

17、另一種類(lèi)型的聲納系統(tǒng)是主動(dòng)式系統(tǒng)，其中傳感器發(fā)射脈沖或連續(xù)波串，并且監(jiān)聽(tīng)反射的傳播波。聲納可以用作聲學(xué)定位和測(cè)量水中、水上或海底土壤中的海床下的“目標(biāo)”的回聲特征的手段。

18、回聲測(cè)深儀是利用聲納進(jìn)行測(cè)距的系統(tǒng)，通常用于推算水深和繪制海床地圖，也稱(chēng)為測(cè)深。聲波被發(fā)射到水中，然后測(cè)量從發(fā)射到接收到返回信號(hào)之間的飛行時(shí)間。通過(guò)利用與水中聲速有關(guān)的信息，從發(fā)射到接收信號(hào)之間的飛行時(shí)間可得出總深度。單波束回聲測(cè)深儀根據(jù)短聲納脈沖的傳播時(shí)間確定給定位置處的深度。多波束回聲測(cè)深儀利用扇形信號(hào)陣列提供兩個(gè)維度的信息，即一條線(xiàn)上的海床高度。扇形有利地橫向于水面船舶的運(yùn)動(dòng)方向擴(kuò)展，從而繪制海床的三維地圖，提供關(guān)于海床高度(z)(即水深)的二維(x、y)信息。為了從返回的傳播波中提取方向信息，多波束回聲測(cè)深儀利用波束成形或空間濾波來(lái)確定方向信號(hào)傳輸?shù)娘w行時(shí)間。這有利地通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：將天線(xiàn)陣列中的元件組合，使得特定角度的信號(hào)受到建設(shè)性干擾，而其他信號(hào)受到破壞性干擾。發(fā)射端和接收端處均可使用波束成形技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)空間選擇性。與全向接收和/或發(fā)射相比，這種改進(jìn)稱(chēng)為陣列的指向性。

19、聲學(xué)海底剖面探測(cè)(sbp)系統(tǒng)用于確定海底的物理特性，并對(duì)海底下幾米處的地理信息進(jìn)行成像和定性。海底剖面儀通常由單通道聲源組成，該單通道聲源向淺海海底沉積物發(fā)送聲脈沖。根據(jù)海底和隨后埋藏的沉積層的聲阻抗(硬度)的不同，聲脈沖會(huì)在海底和隨后埋藏的沉積層中反彈。聲阻抗與材料的密度和聲音在該材料中的傳播速度有關(guān)。由海底剖面儀返回并記錄這一信號(hào)所需的不同時(shí)間表明了海底下各層的深度。海底下不同巖層的表面被繪制在研究區(qū)域的地圖上。

20、聲學(xué)多普勒海流剖面儀(acoustic?doppler?current?profiler)或聲學(xué)多普勒剖面儀(acoustic?doppler?profiler)的縮寫(xiě)通常是adcp。該系統(tǒng)用于測(cè)量水在整個(gè)水柱中移動(dòng)的速度。adcp利用聲音測(cè)量水流，使用被稱(chēng)為多普勒效應(yīng)的聲波的原理。adcp的工作原理是以恒定的頻率向水中發(fā)射“砰砰(pings)”的聲音。聲波在傳播過(guò)程中，會(huì)從懸浮在流動(dòng)水中的顆粒反彈，然后反射回儀器。由于多普勒效應(yīng)，從遠(yuǎn)離剖面儀的顆粒上彈回的聲波在返回時(shí)頻率會(huì)略微降低。朝向儀器移動(dòng)的顆粒則會(huì)發(fā)回頻率較高的波。剖面儀發(fā)出的波與其接收到的波之間的頻率差被稱(chēng)為多普勒頻移。儀器利用該頻移來(lái)計(jì)算顆粒及其周?chē)囊苿?dòng)速度。

21、撞擊到離剖面儀較遠(yuǎn)的顆粒的聲波比撞擊到較近的顆粒時(shí)需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能返回。通過(guò)測(cè)量波反彈的飛行時(shí)間和多普勒頻移，剖面儀可以通過(guò)每一系列的回聲測(cè)量許多不同深度的流速。

22、使用測(cè)線(xiàn)束法測(cè)深聲納系統(tǒng)(swath-sounding?sonar?system)測(cè)量從聲納換能器向外延伸的線(xiàn)上的深度。當(dāng)勘測(cè)船沿著軌道線(xiàn)移動(dòng)時(shí)，測(cè)線(xiàn)束換能器以與軌道線(xiàn)成直角的方式發(fā)出聲納信號(hào)，并且掃描船舶每側(cè)的海床。其掃掠出深度測(cè)量區(qū)域，稱(chēng)為測(cè)線(xiàn)束。詞語(yǔ)干涉測(cè)量法指的是用于測(cè)量水深的技術(shù)。干涉測(cè)量技術(shù)利用聲納信號(hào)的相位內(nèi)容來(lái)測(cè)量從海底或其他目標(biāo)(諸如海堤)返回的波前。

23、側(cè)掃使用聲納裝置，該聲納裝置在垂直于傳感器穿過(guò)水的路徑的大角度上朝向海底向下發(fā)射錐形或扇形脈沖，該聲納裝置可以從水面船舶或潛艇上拖曳或者可以安裝在輪船的船體上。該扇形波束從海底反射的聲波強(qiáng)度被記錄在一系列交叉軌道切片中。當(dāng)這些切片沿著運(yùn)動(dòng)方向拼接在一起時(shí)，這些切片就形成了波束的測(cè)線(xiàn)束(覆蓋寬度)內(nèi)的海底圖像。側(cè)掃聲納中使用的聲音頻率通常在100khz到500khz的范圍內(nèi)；頻率越高，分辨率越高，但范圍越小。

24、激光雷達(dá)是一種通過(guò)用激光瞄準(zhǔn)物體或表面并測(cè)量反射光返回到接收器的時(shí)間，來(lái)確定范圍(可變距離)的方法。其還可以用于通過(guò)改變光的波長(zhǎng)，對(duì)地球表面以及潮間帶和近海岸帶的海底上的區(qū)域進(jìn)行數(shù)字三維表示。其具有地面、空運(yùn)和移動(dòng)應(yīng)用。激光雷達(dá)是“光探測(cè)和測(cè)距”或“激光成像、探測(cè)和測(cè)距”的縮寫(xiě)。其有時(shí)也稱(chēng)為三維激光掃描，其是三維掃描和激光掃描的特殊組合。

25、激光雷達(dá)使用紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光或近紅外光對(duì)物體成像。其能瞄準(zhǔn)廣范圍的材料，包括非金屬物體、巖石、雨、化合物、氣溶膠、云、甚至單個(gè)分子。窄激光束能以極高分辨率繪制物理特征圖；例如，飛行器能以30厘米(12英寸)或更高分辨率繪制地形圖。

26、在使用聲納換能器時(shí)，發(fā)射器有利地設(shè)置在與提升水翼的運(yùn)動(dòng)方向平行的方向上。接收器有利地橫向定位，在水翼的兩個(gè)遠(yuǎn)端之間的方向上延伸，與提升水翼的運(yùn)動(dòng)方向基本上正交。與運(yùn)動(dòng)方向基本上正交應(yīng)理解為是指相對(duì)于提升水翼的運(yùn)動(dòng)方向在約80至100度之間。在有利的實(shí)施例中，接收器與提升水翼的運(yùn)動(dòng)方向完全正交地延伸，即與運(yùn)動(dòng)方向限定了90度角。

27、在一實(shí)施例中，至少一個(gè)勘測(cè)傳感器包括至少一個(gè)聲納系統(tǒng)，相對(duì)于行進(jìn)方向，該聲納系統(tǒng)在水翼中朝向翼的尾部定位在底表面上，即定位在水翼的后部區(qū)域處。

28、在其中船舶包括兩個(gè)或更多個(gè)提升水翼的實(shí)施例中，聲納系統(tǒng)有利地朝向船舶的后部區(qū)域定位。在一實(shí)施例中，該船舶為無(wú)船員船舶，即布置成遠(yuǎn)程控制和操作，而無(wú)需船上人員來(lái)控制和操作該船舶。無(wú)船員船舶也被稱(chēng)為無(wú)船員水面船舶或自主水面船舶。這種實(shí)施例是有利的，因?yàn)槠錅p少了人類(lèi)與海上實(shí)體船舶互動(dòng)的需要。相反，可以遠(yuǎn)程控制操作，從而降低人員受傷的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于人員不再需要在船上，因此船舶的尺寸也可以減小。由于船舶不再需要人員用空間，諸如工作、睡眠、用餐和休閑空間，因此船舶可能會(huì)更小更輕。這有助于提高能源效率，并且有助于創(chuàng)造更可持續(xù)且更環(huán)保的船舶。在另選的實(shí)施例中，船舶配備有船員。這包括配備全部船員的船舶或配備部分船員的船舶。配備部分船員的船舶可以理解為包括其中部分操作是遠(yuǎn)程執(zhí)行并且部分操作是在船舶上實(shí)際完成的船舶。這樣的船舶可能僅需要一名或幾名船員(諸如勘測(cè)員)在船上執(zhí)行需要親自到場(chǎng)的任務(wù)。其余的操作則通過(guò)遠(yuǎn)程方式進(jìn)行，以盡量減少船舶上人員的存在。通過(guò)至少部分地遠(yuǎn)程控制和操作船舶，可以減少人員對(duì)安全和船舶大小的影響。在一實(shí)施例中，船舶包括用于遙控操作的船舶/車(chē)輛(rov)的投放和回收系統(tǒng)(lars)?？梢詮拇吧喜渴餽ov，以便在例如基礎(chǔ)設(shè)施等地點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查和/或操作?？梢蕴峁﹔ov?lars，以便可以在單次操作中進(jìn)行進(jìn)一步的勘探、檢查和/或維護(hù)過(guò)程或類(lèi)似操作。也就是說(shuō)，船舶可以直接對(duì)使用船舶的提升水翼中的一個(gè)或多個(gè)勘測(cè)傳感器識(shí)別出的事物作出響應(yīng)。例如，如果一個(gè)或多個(gè)勘測(cè)傳感器識(shí)別出管道中的故障，則可以使用lars部署rov，從而在單次船舶操作中進(jìn)一步調(diào)查和/或排除故障。

29、通過(guò)將聲納系統(tǒng)朝向翼的尾部定位，可以減少流體動(dòng)力造成的干擾。當(dāng)換能器的表面上具有流體層流流動(dòng)時(shí)，傳感器最佳地操作。這種流動(dòng)的干擾直接影響傳感器的性能及其收集高質(zhì)量精確數(shù)據(jù)的能力。水翼的形狀和傳感器的放置被優(yōu)化，以最大限度地減少物體通過(guò)水時(shí)產(chǎn)生的干擾或干涉。

30、在一實(shí)施例中，提升水翼包括高強(qiáng)度材料，有利的是以下材料中的至少一種：玻璃增強(qiáng)塑料(grp)，其也稱(chēng)為玻璃纖維；高密度聚乙烯(hdpe)；聚酰胺，諸如為pa46、pa48、pa410、pa46/6t、pa4t、pa6、pa610、pa6t、pa6/6t、pa6/10t、pa910、pa9t的均聚物和共聚物；聚酯；尼龍；碳纖維；塑料；聚合物，有利的是超高分子量聚合物(諸如超高分子量聚乙烯)、超高密度聚合物(諸如超高密度聚乙烯)；聚甲醛；樹(shù)脂；聚酰胺；聚醚醚酮；或聚碳酸酯。在本發(fā)明的情況下，術(shù)語(yǔ)“聚合物”應(yīng)理解為均聚物或共聚物。在一實(shí)施例中，提升水翼包括至少約50％、有利地至少約70％、更有利地至少約90％的非磁性材料，非磁性材料有利的是非導(dǎo)性材料，更有利的是非金屬材料。在一實(shí)施例中，提升水翼包括鋁、鈦和/或鋼。

31、在優(yōu)選實(shí)施例中，提升水翼包括復(fù)合材料，有利的是grp。使用復(fù)合材料是有利的，因?yàn)槠鋸?qiáng)度高、腐蝕性低，而且其形狀和尺寸可以靈活地制造。

32、在一實(shí)施例中，提升水翼在第一遠(yuǎn)端和第二遠(yuǎn)端之間沿橫向方向延伸。提升水翼可以包括前端和尾端，該前端和尾端沿與第一遠(yuǎn)端和第二遠(yuǎn)端之間的橫向方向基本上正交的運(yùn)動(dòng)方向延伸。在第一遠(yuǎn)端和第二遠(yuǎn)端之間可以限定中心點(diǎn)。在一實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)在中心點(diǎn)處與提升水翼連接。

33、在中心點(diǎn)將連接結(jié)構(gòu)附接到提升水翼提供了穩(wěn)定的提升點(diǎn)，從而限制連接結(jié)構(gòu)周?chē)牧嘏c由提升水翼產(chǎn)生的提升力之間的關(guān)系。舉例來(lái)說(shuō)，其中連接結(jié)構(gòu)與提升水翼的單個(gè)遠(yuǎn)端連接的實(shí)施例雖然在某些情況下是合適的，但是會(huì)對(duì)連接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩，而要求連接結(jié)構(gòu)具有更大的結(jié)構(gòu)完整性。

34、在一實(shí)施例中，提升水翼包括沿運(yùn)動(dòng)方向延伸的細(xì)長(zhǎng)部分，該細(xì)長(zhǎng)部分在正面尖端和后端之間延伸，中心點(diǎn)位于正面尖端和后端之間。在一實(shí)施例中，提升水翼的細(xì)長(zhǎng)部分包括推進(jìn)裝置。在優(yōu)選實(shí)施例中，推進(jìn)裝置包括馬達(dá)和推進(jìn)器，所述馬達(dá)和推進(jìn)器通過(guò)縱向軸連接。

35、在優(yōu)選實(shí)施例中，多波束回聲測(cè)深儀發(fā)射器的發(fā)射器設(shè)置在細(xì)長(zhǎng)部分中，發(fā)射器沿水翼的運(yùn)動(dòng)方向延伸。在優(yōu)選實(shí)施例中，縱向軸、馬達(dá)和推進(jìn)器都設(shè)置在提升水翼的中心點(diǎn)處，位于細(xì)長(zhǎng)部分中。在提升水翼的中心點(diǎn)處設(shè)置推進(jìn)裝置并且將連接結(jié)構(gòu)同樣附接在提升水翼的中心點(diǎn)處的布置允許多波束回聲測(cè)深儀換能器以最佳的米爾斯交叉(millscross)布置的方式布置。在這種布置中，接收器設(shè)置在水翼的第一遠(yuǎn)端和第二遠(yuǎn)端之間，沿與運(yùn)動(dòng)方向基本上正交的方向延伸，而發(fā)射器設(shè)置在細(xì)長(zhǎng)部分中，使得發(fā)射器沿與運(yùn)動(dòng)方向基本上平行的方向延伸。

36、在一實(shí)施例中，提升水翼包括底表面，其中底表面包括聲學(xué)透明窗口。在一實(shí)施例中，提升水翼包括聲學(xué)傳感器、諸如多波束回聲測(cè)深儀換能器。也可以在提升水翼中設(shè)置其他聲學(xué)傳感器。有利地，聲學(xué)傳感器定位在聲學(xué)透明窗口附近、有利地在聲學(xué)透明窗口的上方。在優(yōu)選實(shí)施例中，傳播通過(guò)聲學(xué)透明窗口傳輸或接收的聲學(xué)信號(hào)，同時(shí)將傳輸損耗降至最低。因此，由聲學(xué)傳感器接收到的聲學(xué)信號(hào)提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，同時(shí)將對(duì)提升水翼的流體動(dòng)力特征的影響降至最低。

37、聲學(xué)透明窗口的設(shè)置允許將傳感器定位在提升水翼中，從而最大限度地減少對(duì)傳感器的影響，同時(shí)保持良好的信號(hào)質(zhì)量。此外，在聲學(xué)透明窗口后面設(shè)置傳感器還能保持提升水翼的流體動(dòng)力要求。因此，在保持最佳信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，限制了提升水翼的提升特征。在一實(shí)施例中，聲學(xué)透明窗口具有高聲音透射率和對(duì)聲音的很小的吸收和衍射，從而最大限度地減少了由于透射造成的信號(hào)損失。一般來(lái)說(shuō)，傳輸損耗是指在波從聲源向外傳播時(shí)，或者在波通過(guò)某一區(qū)域或通過(guò)某類(lèi)結(jié)構(gòu)傳播時(shí)，波形能量的強(qiáng)度的累積下降。傳輸損耗的測(cè)量可以用分貝表示。在一實(shí)施例中，聲學(xué)透明窗口由聚合物材料、有利的是由聚甲醛(pom)形成。

38、在一實(shí)施例中，提升水翼包括剛性?xún)?nèi)部骨架結(jié)構(gòu)。剛性?xún)?nèi)部骨架結(jié)構(gòu)的設(shè)置提供了硬的安裝結(jié)構(gòu)，以固定至少一個(gè)勘測(cè)傳感器。這允許翼的外部輪廓根據(jù)需要調(diào)整形狀，以達(dá)到最佳的阻止效果。使用剛性?xún)?nèi)部骨架結(jié)構(gòu)在允許水翼的外表面獲得柔性的同時(shí)，還有利地允許將傳感器設(shè)置在預(yù)定位置，而不會(huì)限制提升水翼的流體動(dòng)力特性。

39、在一實(shí)施例中，剛性?xún)?nèi)部骨架結(jié)構(gòu)包括一種材料，該材料的彈性模量至少約為30gpa，有利的是至少約為50gpa，更有利的是至少約為70gpa，還更有利的是至少約為90gpa。在有利實(shí)施例中，剛性?xún)?nèi)部骨架結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)度材料，有利的是以下材料中的至少一種：玻璃增強(qiáng)塑料(grp)，其也稱(chēng)為玻璃纖維；高密度聚乙烯(hdpe)；聚酰胺，諸如為pa46、pa48、pa410、pa46/6t、pa4t、pa6、pa610、pa6t、pa6/6t、pa6/10t、pa910、pa9t的均聚物和共聚物；聚酯；尼龍；碳纖維；塑料；聚合物，有利的是超高分子量聚合物(諸如超高分子量聚乙烯)、超高密度聚合物(諸如超高密度聚乙烯)；聚甲醛；樹(shù)脂；聚酰胺；聚醚醚酮；或聚碳酸酯。在本發(fā)明的情況下，術(shù)語(yǔ)“聚合物”應(yīng)理解為均聚物或共聚物。在一個(gè)實(shí)施例中，剛性?xún)?nèi)部骨架結(jié)構(gòu)包括至少約50％、有利地至少約70％、更有利地至少約90％的非磁性材料，該非磁性材料有利的是非導(dǎo)性材料，更有利的是非金屬材料。在一實(shí)施例中，提升水翼包括鋁、鈦和/或鋼。

40、在一實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)的布置成調(diào)整提升水翼與船舶的船體之間的距離。在優(yōu)選實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)為伸縮結(jié)構(gòu)，其布置成可延伸和縮短以增大或減小水翼與船體之間的距離。

41、通過(guò)允許這樣調(diào)整船體與提升水翼之間的距離，可以控制一個(gè)或多個(gè)勘測(cè)傳感器的深度。這樣，船舶就可以在淺水中以低速操作，從而使提升水翼產(chǎn)生的提升力不足以將船舶從水中升起。在這種情況下，可以減小提升水翼的深度，以防止水翼與海床發(fā)生碰撞。同樣，如果船舶在深水中以高速運(yùn)行，使得船舶完全升出水面，則可增加船體與水翼之間的距離，以提供足夠的深度來(lái)穩(wěn)定地獲取數(shù)據(jù)。

42、在一實(shí)施例中，提升水翼被布置成提供升力，使得船舶的船體的潤(rùn)濕表面減少至少約20％，有利地減少至少約40％，更有利地減少至少約60％，還更有利地減少至少約80％。

43、這樣的提升力允許潤(rùn)濕表面的減少，由此減少水對(duì)船舶的流體動(dòng)力阻力，從而提高船舶的效率和速度。由于提升水翼包括至少一個(gè)勘測(cè)傳感器，因此提升船舶不會(huì)導(dǎo)致傳感器被升出水面，也不會(huì)導(dǎo)致傳感器被提升在波浪中。因此，該力提高效率和速度，但是不會(huì)影響船舶獲取所需勘測(cè)數(shù)據(jù)的能力。

44、在優(yōu)選實(shí)施例中，提升水翼被布置成提供提升力，使得船舶的船體的潤(rùn)濕表面減少100％，從而使船體整體從水中提升，僅將提升水翼和連接結(jié)構(gòu)的一部分留在水中。

45、在一實(shí)施例中，船舶的長(zhǎng)度在約1m和200m之間，有利地在約5m和100m之間，更有利地在約10m和80m之間，還更有利地在約20m和60m之間。在一實(shí)施例中，船舶的最大寬度在約0.5m和50m之間，有利地在約1m和40m之間，更有利地在約5m和30m之間，還更有利地在10m和25m之間。在優(yōu)選實(shí)施例中，船舶的重量在約100kg和500噸之間，有利地在1噸和200噸之間，更有利地在10噸和100噸之間，還更有利的地在20噸和60噸之間。

46、在優(yōu)選實(shí)施例中，提升水翼的從第一遠(yuǎn)端到第二遠(yuǎn)端之間的寬度在約0.5m和50m之間，有利地在約1m和40m之間，更有利地在約5m和30m之間，還更有利地在10m和25m之間。在優(yōu)選實(shí)施例中，該船舶包括多個(gè)提升水翼，該多個(gè)提升水翼的從第一遠(yuǎn)端到第二遠(yuǎn)端之間的寬度在約0.5m和50m之間，有利地在約1m和40m之間，更有利地在約5m和30m之間，還更有利地在10m和25m之間。

47、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種與用于海底勘測(cè)的船舶一起使用的提升水翼，該提升水翼被布置成連接到連接結(jié)構(gòu)，該連接結(jié)構(gòu)用于將提升水翼連接到船舶的船體，其中提升水翼包括至少一個(gè)勘測(cè)傳感器。

48、就根據(jù)本發(fā)明的船舶所討論的實(shí)施例同樣可適用于提升水翼。

49、在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)勘測(cè)傳感器包括以下一組傳感器中的至少一個(gè)傳感器：聲納系統(tǒng)，諸如回聲測(cè)深儀；單波束、波束成形多波束、海底剖面測(cè)量系統(tǒng)；聲學(xué)多普勒系統(tǒng)；干涉聲納系統(tǒng)，該干涉聲納系統(tǒng)包括側(cè)掃聲納和測(cè)線(xiàn)束法測(cè)深系統(tǒng)；激光測(cè)距系統(tǒng)，該激光測(cè)距系統(tǒng)包括激光雷達(dá)和激光剝離以及伴隨的攝像視覺(jué)技術(shù)。

50、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種獲取海底勘測(cè)數(shù)據(jù)的方法，該方法包括以下步驟：提供根據(jù)本文所公開(kāi)的任一實(shí)施例的船舶；將船舶的水翼浸沒(méi)在水中；移動(dòng)船舶，使得水翼限定相對(duì)于海床的速度；以及從該至少一個(gè)勘測(cè)傳感器獲取勘測(cè)數(shù)據(jù)。

51、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種生產(chǎn)根據(jù)本文所公開(kāi)的任一實(shí)施例的船舶的方法，該方法包括以下步驟：提供船舶的船體；提供根據(jù)本文所公開(kāi)的任一實(shí)施例的提升水翼；提供用于將提升水翼連接到船體的連接結(jié)構(gòu)，該連接結(jié)構(gòu)被布置成將來(lái)自提升水翼的提升力轉(zhuǎn)化到船舶的船體；以及將連接結(jié)構(gòu)附接至提升水翼和船舶的船體。

52、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了根據(jù)本文公開(kāi)的任一實(shí)施例的船舶用于獲取海底勘測(cè)數(shù)據(jù)的用途。