大学生发明水声数字遥控潜水浮标 “潜伏”中捕鱼高精确搜救

2016年5月11日讯，人类的足迹已经踏上38万公里外的月球，探测器已经落地1亿公里外的火星，但是对于万米深处的大洋，我们还知之甚少。大海是宝库，丰富的鱼类资源是人类赖以生存的宝藏，但在捕捞和养殖过程中屡屡发生的“盗捞”现象让不少渔民蒙受巨大损失。两年前的马航MH370航班失联，海底搜救至今也未取得重大突破。

王睿川是电子信息与控制工程学院的大四学生，也是这个研究项目的负责人

记者从北京工业大学了解到，该校电子信息与控制工程学院的七名同学在老师指导下研发出了一种性优价廉的“应答式水声数字遥控潜水浮标”，让浮标潜入水下，通过水声通信技术精确反馈渔业信息，防止“盗捞”。同学们设想这种浮标还可以应用在海洋搜救领域，如果安装在民航飞机上，一旦出现水域失联，其配合黑匣子将大大增加搜救效率。该成果在去年的“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中获得二等奖，目前即将投产推向市场。

茫茫大海

防止盗捞是个难题

王睿川是电子信息与控制工程学院的大四学生，也是这个研究项目的负责人，出身海军家庭的他没少跟海里的事儿打交道。“渔民养鱼、捕鱼，最怕的就是铺网下去，一天后起捞发现早就被人‘捷足先登’，只好空手而归。”

怎样能防止“盗捞”呢？茫茫大海，渔民往往靠水面上的浮标定位自己的网箱，这同时也等于是在给人通风报信“这里有海货”，防不了小人。所以关键就是让浮标藏起来，并且自己又能找得着。

因为学习成绩优秀，王睿川在大一时就通过学校的杰出学子项目加入了王铁流教授的实验室。当他把自己的困惑跟王老师交流时，发现导师早已在这一领域研究多年。王铁流说，早在上世纪90年代末，俄罗斯远东地区的捕捞业就在想办法解决类似的“盗捞”问题，但困难不小。之前他也曾参与过海军以及央企的潜水浮标研究项目，但都是为大型工程配套，单台浮标重几十公斤，价值几十万元，肯定不是普通渔民能够承受的。“要不，你们来试试搞一种民用低成本浮标。”王铁流鼓励王睿川。

七名团队成员

各有各的绝活

王教授的鼓励让王睿川燃起了信心。但对于一名本科生而言，从软件到硬件，开发出一个电子浮标，谈何容易。他开始自学单片机编程、通信原理等相关知识。

随着研究的深入，王睿川在设计电路板上遇到了问题。这个时候他认识了擅长硬件设计的刘刚，两人一拍即合。因为对电路十分感兴趣，刘刚的硬件电路基础正好弥补了王睿川的不足。

王睿川说，在早期的研究中，实验室里几位研究生学长为使电路整体功能成熟给予了很大的帮助，但是到了大二下学期时，由于研究生学长们要开始准备毕业求职，两人因工作量陡然加大而感到力不从心，“除了上课就呆在实验室，还是觉得忙不过来。”幸好，包括吴沫、尹玮等一批“新鲜血液”很快加入进来。

研究过程中，因为潜水浮标应用于深海，具有水下200米抗压能力的外壳设计成了必须克服的一个难题。这时，喜欢机械设计的李晋加入进来，使得很多问题迎刃而解。经过对解锁机构机械设计方案的反复修改，潜水浮标能可靠地在微控制器的控制下进行机械解锁工作。到参赛前，7人研发团队最终形成。“我感觉我们是缺什么人才就来什么人才，特别幸运能和这么一个团队一起努力。”王睿川和吴沫对记者说。

在学校楼道里

建水池测信号

王睿川说，让浮标沉入水底很容易，但在风浪中要准确找到水底的浮标和它所连接的网箱却存在困难，因为这涉及到水中通信问题。过去我们接触过的无线射频通信技术在水下就无能为力，老师说只有声波才最有效，那我们也搞搞水声通信吧。“声音在空气中传递速度才340米/秒，但到了海里，它的速度就大幅提高至1500米/秒，要不潜艇通信怎么会用声呐呢。”所以，他们立即确定用声波来控制浮标的浮潜、定位。

原理一确定马上就进入了实际研发。可刚一起步问题就来了，“我们在空气中做通信遥控实验，浮标遥控成功率总是很低。”参与电路设计的马硕说，当时团队里的同学都非常着急，因为这意味着可靠性并不能达到要求。“为了解决这个问题，我们从早上开始调程序一直到晚上，常常顾不上吃午饭。”幸好经过一番攻坚，这个难题最终迎刃而解了。

浮标是要在海里用的，光在空气里测试肯定不行，团队得找水。他们找来水产市场养鱼的防水布，在楼道里支起了一个直径一米、深一米的小水池。“我们每天就是不断地把潜标放进水里，测试，再捞出来，循环往复。”王睿川说，随着技术逐渐成熟，信号越来越强，实验地点就换到楼外的人工湖里，“不断调试，尝试不同的参数，反复实验，确保各项控制程序都能顺利实现。”

在三公里内潜水

可遥控浮标

在北工大的电工实验教学中心，记者见到了这台“应答式水声数字遥控潜水浮标”的工业样品。浮标长约30厘米，直径约12厘米，呈圆柱体。里面装着各种电路板和线缆。“密封后就可以潜入水里了。”王铁流对记者说，如今的学生们非常厉害，还独立开发出液晶显示器的浮标定位系统，操作非常简便，“安装在渔船上，普通渔民稍作培训即可熟练使用。

记者了解到，为了测试不同环境下这种潜水式浮标的性能是否达到要求，科研人员还去了天津蓟县的于桥水库和山东半岛的渤海海域。结果证明，浮标在3公里范围内还有正确的遥控能力。这意味着，渔船在布下装有潜水浮标的渔网后，需要起网捕捞时，只需在浮标3公里范围内发出指令，浮标即可自动上浮“暴露目标”，渔民循着信号过去即可满载而归。

王铁流告诉记者，这一成果最大的优势就是成本。国外的一些类似产品价格在15万元以上，军用设备更是动辄数十万元，但是大学生们开发出的这套设备成本低于2.9万元。“我们做过测试，这套民用设备完全可以使用工程塑料来实现，这样如果开模后批量生产，成本可以大幅下降，甚至降到数千元的水平。”

在采访中记者提到了近年来一直备受关注的马航MH370航班搜救。王铁流告诉记者，“从海底到海面，红外线、电磁信号的衰减都会特别厉害，但数千米的距离，声音信号却衰减很小。”这样的潜水浮标在海上搜救中也大有前途。一旦发生沉船或海上飞机失事，附带的这种浮标可通过水声信号与搜救船只联系，快速准确定位，大大加快搜救效率。