QGroundControl
桥面移动工作站运行QGroundControl地面站软件，用于查看机器人状态、配置设备并进行控制。后续还计划在工作站上开展水下影像识别与病害分析。
先看视频，再读懂原理
面向桥梁水下结构的
辅助巡检。
这段约两分钟的视频从桥梁巡检出发介绍智巡ROV。下方继续解释画面背后的原理：如何运动、怎样传回影像，以及它在水下会遇到什么限制。
视频暂时无法播放，请刷新重试，或单独打开视频。
以智巡ROV为例
第二代样机，
正在调试。
第一代样机已完成实际水域测试。第二代样机已完成整机组装，目前正在完善电气连接、开展系统联合调试，并改进结构设计。
GEN 01
第一代样机
已完成真实水域测试第二代样机装配实拍
推进器、照明灯与密封舱已完成装配
研发记录 DEVELOPMENT LOG
进行中
系统调试与优化
检查电气连接，联合调试各系统，并改进相关结构件。
现阶段
开展控制、通信与成像系统的联合调试
第二代样机采用Pixhawk 2.4.8控制器（飞控），运行ArduSub开源固件。地面端使用桥面移动工作站，配合QGroundControl地面站软件完成设备配置与调试。机器人配备两节密封舱、8台推进器、前视摄像头和2盏照明灯；树莓派负责视频流传输，并通过电力载波通信模块和通信缆线与地面端连接。目前重点是检查设备连接、配置参数并联合调试各系统，为后续图像处理实验做好准备。
了解 ROV 整体架构与分工
电力载波通信
通过电力载波通信模块和通信缆线，连接桥面移动工作站与机器人内的设备，传输相关数据。
树莓派视频传输
树莓派负责视频流传输。用于舱内图像预处理的计算设备，将根据后续实验需求确定。
Pixhawk 2.4.8 / ArduSub
Pixhawk控制器运行ArduSub固件，输出运动控制指令，再由电子调速器（电调）驱动8台推进器。
前视摄像头 / 2盏照明灯
前视摄像头采集水下影像，2盏照明灯为拍摄和观察提供补光。
结构防护与设备供电
密封舱和结构件用于安装、固定与保护设备；供电和配电系统为各模块提供所需电能。
运动控制由Pixhawk控制器和ArduSub固件承担。图像处理计划分两步进行：先在舱内预处理，再由桥面移动工作站开展精细识别与病害分析。具体设备配置和通信接口，将结合后续调试结果完善。
先认识三个名字
谁在水下，
谁在操控？
“水下机器人”是一大类设备。有没有人坐在里面、是否持续接受水面遥控，决定了它们不同的工作方式。
ROV：人在水面，机器人下水
ROV是Remotely Operated Vehicle的缩写，即遥控潜水器。常见ROV通过缆线与水面端连接，操作员根据回传画面和传感器数据控制运动；有的还能辅助保持深度与姿态。
AUV：按任务自主航行
AUV是自主水下航行器，通常按预设任务或自主规划开展调查，不依赖持续的有缆遥控。适合大范围测绘的设备，与适合抵近观察的ROV，各有用途。
载人潜水器：人随设备一起下潜
载人潜水器为舱内人员提供环境与生命保障，让研究人员直接参与水下观察。ROV内部一般没有驾驶员，也不需要为乘员设置生活空间。
“遥控”与“自动辅助”可以同时存在。能自动定深，并不等于能独立理解环境、规划所有任务。
一次巡检怎样完成
从一段影像，
到一份观察记录。
以桥梁水下结构观察为例，设备、操作员与后续分析相互配合。
先明确看什么。确认目标区域、观察路线和环境条件；下水前检查密封、供电、通信与缆线管理，再让机器人逐步接近目标。
再记录看见了什么。调整距离、灯光和姿态，采集可辨认的影像，同时记录时间、深度和位置线索。后续筛选图像，标记疑似异常，并由人员结合其他检测资料复核。
画面模糊、表面附着物和遮挡都可能影响判断。影像能帮助发现问题，但单段视频不足以直接给出结构承载能力或安全等级结论。
把视频里的原理展开
它怎样在水下
工作？
从浮力到通信，从成像到声呐。选择一个主题，从直观解释读到公式、系统分工与验证方法。每个主题都提供可展开的技术说明，适合大学阶段继续探究。
六个主题 · 基础说明 + 技术展开 · 可用方向键切换
BUOYANCY 智巡ROV / 技术原理
让机器人接近悬浮，再用推进器控制运动。
物体排开水就会受到浮力。浮力接近重力时，机器人更容易保持深度；浮力材料和配重用于调整这个平衡。
拆开理解
- 推进器推动水，水给机器人反向作用力，使机体移动。
- 不同方向的推进器组合出前进、侧移、升降和转向；具体能力取决于布置。
- 水流和缆线会持续施加扰动，控制器需要按传感器反馈调整推力。
进一步理解：从浮力平衡到六自由度
Fb = ρgV；W = mg
ρ为水密度，V为排水体积，m为整机质量。接近中性浮力时，Fb ≈ W；还要调整重心与浮心的相对位置，使横滚、俯仰具备合适的静恢复特性。
六自由度包括三个平移（纵荡、横荡、升沉）和三个转动（横滚、俯仰、偏航）。每台推进器既可能产生力，也可能因安装位置产生力矩。工程上用推进器分配矩阵把期望合力、合力矩转换为各推进器的输出，并考虑推力饱和、正反向差异及耦合。
因此，“8台推进器”不能直接证明“任意姿态都能独立控制”。实际可控方向要结合安装方向、力臂与控制配置分析。参考：ArduSub机架配置 ↗
定深如何形成闭环？
压力传感器估算当前深度，控制器与目标深度比较，再调节垂向推力。不断测量、比较和修正，就是反馈控制。
PRESSURE 智巡ROV / 技术原理
防水，还要承受水深带来的压力。
海水中每下潜约10米，外部压力增加约1个大气压。结构强度和接缝密封，都要适应水深变化。
拆开理解
- 耐压舱为需要干燥环境的电子设备提供保护。
- O形圈、端盖和穿舱连接件共同构成密封边界。
- 额定深度由材料、结构和验证共同决定，不能从外观或动画推断。
进一步理解：用静水压计算一个数量级
p = p0 + ρgh
p为绝对压力，p0为水面压力，h为垂直水深。取ρ = 1025 kg/m³、g = 9.81 m/s²，在20 m海水深处，水压增量约为201 kPa；若水面为标准大气压，外部绝对压力约为302 kPa。
若舱内仍约为一个大气压，舱壁承受的内外压差约为201 kPa。结构设计关注外压下的变形、屈曲、端盖受力与密封配合，不能只检查“有没有漏水”。上述数值是静水近似，不是本样机的额定深度或耐压结果。参考：NOAA水深与压力 ↗
密封测试等于耐压认证吗？
两者验证的问题不同。气密检查能帮助发现漏点，但不代表已完成目标水深下的结构耐压验证。
TETHER 智巡ROV / 技术原理
一根缆线，连接水面操作与水下观察。
常见ROV使用有缆链路回传影像、接收控制指令。光纤、以太网或载波通信等实现方式，随系统设计而不同。
拆开理解
- 操作端发出指令，水下控制系统再驱动执行部件。
- 摄像头和传感器把画面、状态等数据传回水面端。
- 有些系统由缆线供电，有些使用舱内电池；不能一概而论。
进一步理解：区分控制消息与视频数据
操作端 ⇄ 缆线链路 ⇄ 舱内通信与计算 ⇄ 控制器 / 摄像头
控制和遥测关注及时性、丢包及失联处理；视频更依赖持续带宽与编码。MAVLink主要用于结构化遥测和控制消息，不能把它与连续视频传输链路混为一谈。物理线缆相同，也不意味着上层协议相同。
Rraw = 宽 × 高 × 帧率 × 每像素位数
例如1920 × 1080、30帧/秒、RGB每像素24 bit的未压缩图像，原始码率约为1.49 Gbit/s。实际视频通常经过压缩，码率会降低，但编码、缓存和解码也会引入延迟。该例只用于解释带宽，不代表智巡链路实测值。参考：MAVLink官方指南 ↗
电力载波就表示岸上供电吗？
不一定。它指利用导线传输数据的通信方式；是否同时从水面供电，要看供电设计。智巡样机的载波模块用于建立有缆数据链路。
CONTROL 智巡ROV / 技术原理
操作员给目标，控制器协调动作。
操作端、控制器、电子调速器和推进器各有分工。传感器反馈帮助控制器判断机体姿态与深度。
拆开理解
- 地面站显示状态、配置参数，并提供操作界面。
- 控制器结合指令与反馈，计算需要的运动输出。
- 电子调速器驱动电机，推进器最终产生推力。
进一步理解：反馈控制：先定义误差，再逐步修正
e(t) = href − h(t)
href为目标深度，h(t)为测量深度。以简化PID为例，比例项回应当前误差，积分项补偿持续偏差，微分项反映误差变化趋势；符号必须与坐标轴和推进方向一致。
实际控制还涉及传感器零偏与滤波、输出限幅、积分饱和以及多个控制环的配合。这里解释的是控制思想，并不声称ArduSub只使用一条简单PID公式。
IMU提供惯性测量，压力传感器支持定深；保持水平位置则还需要相应位置或速度观测，例如声学定位或多普勒测速设备。ArduSub的定深与定点模式具有不同的传感器需求；软件支持不代表本样机已配齐并验证。参考：ArduSub控制模式 ↗
智巡用了哪些工具？
现有资料记录为Pixhawk 2.4.8控制器、ArduSub固件和QGroundControl地面站。具备软件功能不代表样机已经完成所有工况验证。
IMAGING 智巡ROV / 技术原理
看清目标，要一起考虑水、光和距离。
水会吸收和散射光，悬浮颗粒会降低对比度。距离、灯光位置、镜头角度与机体稳定性，共同影响影像质量。
拆开理解
- 摄像头适合记录纹理、颜色和可见表面细节。
- 灯光帮助补光，但过强或正对颗粒会增加反向散射。
- 选择合适距离和观察角度，通常比单纯提高亮度更有效。
进一步理解：把成像质量和识别效果分别验证
水下成像同时受波长相关吸收、前向散射与后向散射影响。图像增强可调整颜色、对比度与噪声表现，但画面更鲜艳，不等于缺陷信息更准确。
识别实验需区分训练、验证与测试数据，并尽量按水域、采集批次或完整视频划分，避免相邻帧泄漏导致结果虚高。标注规则、目标尺度、浑浊度和光照变化，也会影响结果。
Precision = TP / (TP + FP)
Recall = TP / (TP + FN)
TP为正确检出，FP为误检，FN为漏检。精确率反映检出结果中有多少正确，召回率反映真实目标中有多少被找到。指标还取决于匹配与阈值规则；应同时保存原始影像、检测记录和人工复核结果，不能只展示成功案例。
AI能恢复被遮住的裂缝吗？
图像增强可改善可见信息，但不能把未被记录的细节当作真实证据。辅助识别可能误检、漏检，需要原始影像与人员复核。
SONAR 智巡ROV / 技术原理
换一种传感器，回答不同的水下问题。
声呐通过声波回波获取距离或形状信息，适合补充光学观察。不同类型声呐的成像方式和输出并不相同。
拆开理解
- 浑浊环境中，可用声学信息辅助找目标和判断距离。
- 机械手和采样器用于抓取或采集，需匹配载荷与控制能力。
- 水质传感器、定位设备等扩展模块，按任务需求选用。
进一步理解：用回波时间估算距离
d = cΔt / 2
c为水中声速，Δt为发射到接收回波的往返时间，除以2是因为声波走了来回两程。取c ≈ 1500 m/s，若回波延迟为20 ms，则距离约为15 m。实际声速随温度、盐度和压力变化。
单波束测距、扫描声呐和多波束声呐提供的信息不同。波束宽度、多径反射、目标姿态和声影会影响读数或成像；更高频率往往有利于获得细节，但也要权衡传播衰减与作用距离。该例不代表智巡样机已安装声呐。参考：声呐测距原理 ↗
智巡样机已经装了这些吗？
当前页面资料只确认摄像头、照明、推进、密封舱及控制通信等配置。声呐、机械手和其他载荷在这里用于通用科普，不代表样机已安装。
应用领域
把人的视野，
带到水面之下。
ROV是一种可搭载不同传感器和工具的平台。能够完成什么任务，取决于设备配置、水域条件和操作方案。
桥梁与水工设施
抵近观察水下结构
围绕桥墩、坝体、闸门等目标采集影像，记录可见异常，为后续检查提供资料。智巡项目关注的正是桥梁水下结构辅助巡检。
海洋科研与生态
让观测走向更深处
研究型ROV可搭载相机、传感器和采样工具，记录生物、地形与环境数据。深海能力需要专门的耐压与作业系统。
海洋工程与船舶
检查设施表面的变化
根据设备能力，观察管线、海上设施、船体或系泊结构，记录损伤与附着物；作业型设备还可配合专用工具完成操作。
水产养殖
观察网箱与养殖环境
巡看网衣、框架与系泊连接，观察养殖对象活动。搭载合适传感器后，还可以辅助采集环境数据。
水下搜寻与考察
先寻找，再确认目标
结合相机、声呐和位置线索搜寻物体，抵近观察并记录。识别与回收是不同环节，回收还需相应机械手或其他工具。
教育与工程实践
把知识放进真实问题
用水下机器人连接浮力、力学、电路、通信与编程。通过测量、记录和验证，理解一个系统如何在复杂环境中协同工作。
以上展示ROV这一类技术的应用，并非智巡样机已经完成的作业清单。样机现阶段以原站记录的组装与系统调试状态为准。
视频之外，再问一步
你可能还想知道。
把短视频来不及展开的问题，留在这里继续说明。
ROV可以完全替代潜水员吗？
ROV能让部分观察和操作任务由设备承担，减少人员直接下水的需要。但部署、缆线管理、现场判断和复杂作业仍离不开专业人员；是否适用取决于具体任务。
能下潜多深、能工作多久？
没有适用于所有ROV的统一数值。深度受耐压设计与验证限制；续航取决于电池或水面供电、推进负载、照明和其他载荷。本页不把未经实测的指标写成智巡样机性能。
有8台推进器，就一定比4台更强吗？
数量只是一部分。推力方向、安装位置、电机能力、机体阻力与控制策略都会影响表现。增加推进器能扩展控制组合，也会带来能耗、重量和系统复杂度。
定深以后，会一直停在原地吗？
不会必然如此。定深主要控制垂向位置，水流仍可能把机器人推向侧方。保持固定位置需要额外的状态测量、控制能力和足够推力。
视频里的病害识别，是否已经能自动判断桥梁安全？
现有资料把水下影像预处理与病害辅助识别列为后续探索。辅助标记疑似裂缝或破损，与专业结构评估有不同要求，不能用演示画面代替验证或安全结论。
模型中的水光和扫描环是真实测量吗？
网页中的水光、光束和扫描环是展示效果。3D模型用于理解部件结构，不代表实时遥测、真实声呐数据或经过验证的水下物理仿真。
看完视频，推荐按什么顺序继续阅读？
先转动模型并点选推进器、密封舱、摄像头和照明灯，再阅读技术原理中的六个主题，最后对照应用领域。把“通用工作原理”和“这台样机当前做到了什么”分别理解。
延伸阅读
从可靠资料，
继续探索。
NOAA · ROV如何工作 ↗
遥控潜水器、缆线与海洋探索。
NOAA · 水深与压力 ↗
每下潜约10米，增加约1个大气压的水压。
Blue Robotics · 什么是水下ROV ↗
部件、通信与通用应用介绍。
ArduPilot · ArduSub控制模式 ↗
手动控制、姿态稳定与定深的区别。
SeaClear · 水下传感器选型研究报告 ↗
水下光吸收、散射与成像限制，第14—15页。
ArduSub · 推进器与机架配置 ↗
推进方向、自由度与不同机架的控制能力。
MAVLink · 官方开发指南 ↗
控制与遥测消息的用途及协议结构。
Blue Robotics · 声呐技术手册 ↗
回波时间、测距与置信信息。
Fossen · 海洋航行器动力学模型 ↗
六自由度运动、惯性、阻尼与静水恢复项。
科普内容参考以上公开资料；智巡样机配置、照片与阶段信息沿用原项目记录。资料核对日期：2026年10月29日。