1目的及意义

1.1 研究目的及意义

随着世界经济的发展，各国贸易往来日趋频繁，航运量飞速增长。据统计，至2012年，世界海运贸易量已经达到了91亿吨，占世界货运总量的70%~90%，我国大约87%的贸易量由海运承担。与之对应的，全球商业海运船只总数已超过10万艘，我国船只数量也超过1万艘。船舶常年航行在水生物丰富的海洋上，海洋生物将不可避免的附着在船舶底部。这些附着物附着在船底会对船舶造成重大影响：一方面，船体附着物将大幅增加船舶运行阻力，经过实验测定，很多海船在海洋航行6个月后，当航速为2-9 kn时，船体附着物会使船舶的航行阻力增加为原来的3倍^[1]-[2]，此外，海洋生物在螺旋桨上附着会使螺旋桨的有效输出功率减小20%；另一方面，久未清除的附着生物将会对船体防护漆造成影响，加快船体腐蚀，影响航行安全^[3]。因此，减小船舶底部附着物对降低船舶能耗、延长船舶寿命具有重要意义^[4]。

要减小船底附着物对船舶能耗和安全的不良影响，就要及时地发现和清除船底附着物^[5]。在航运界，人们有多种方式对船底附着物进行监测识别和清除。在船底附着物监测识别方面，当前主要采取的3种方式：第一种是船舶进船坞进行坞修时观测；第二种方式是通过船上的船员根据自己多年的航行经验进行判断；第三种方式是通过水下蛙人进行识别。在船底附着物清除方面^[6]，当前采取的方式主要有2种：一种是在港口码头通过水下机器人进行清理，但现有的清污方式较为单一，一般是钢刷旋转清洁。这些水下污底监测及清除方式存在以下几个问题：（1）不能实现首先对船舶污底进行快速监测然后再有针对性地进行污底清除；（2）水下环境复杂，水下蛙人进行监测和清除船舶污底存在巨大的安全风险；（3）船舶进坞清除成本较高，会直接影响船舶的航期，对船舶公司经济效益造成重大不利影响，船舶靠港进行清除时，靠港侧会对船舶污底清除造成不利影响；（4）采用钢刷对船舶污底进行清除，会损坏现有的油漆和喷漆涂层，引起严重的局部腐蚀，降低船体寿命；（5）水下船舶污底监测效果不佳^[7]，不能及时了解船舶污底的状态。因此，急需开发一种快速检测、安全高效、经济的船舶污底监测及清除装置。

本研究通过对现有港口拖船平台进行优化设计，以水下机器人（ROV）为监测清除载体^[8]，并结合空化射流清洗技术、超声空化清洗技术^[9]-[15]和多色辅助光源^[16]等优点以解决上述监测清除方式存在的问题。本研究对降低船舶能耗、增加船舶安全性、延长船舶寿命具有重要意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 船舶污底监测