CN117203123A - 监测固定物体的水下表面的清洁度 - Google Patents

Abstract

一种监测固定物体水下表面清洁度的计算机实现的方法。该方法在计算设备上执行，并且包括：从计算设备的存储器中检索环境数据，该环境数据与固定物体的环境条件相关联；至少基于该环境数据，确定指示暴露的该表面的污损水平的污损值；确定污损保护值，该污损保护值定义了对与固定物体的表面相关联的污损的耐受性；以及通过使用污损保护值和污损值确定污损风险值来标识固定物体表面上的污损风险水平。

Description

监测固定物体的水下表面的清洁度

技术领域

本发明涉及监测固定物体的水下表面的清洁度。

背景技术

浸没在海水中的所有表面都会受到诸如细菌、硅藻、藻类、贻贝、管虫和藤壶等生物的污损。海洋污损是微生物、藻类和动物在浸没在海水中的结构上的不期望的积聚。污损生物可以分为微污损生物(细菌和双原子生物膜)和大污损生物(例如大型藻类、藤壶、贻贝、管虫、苔藓虫)，它们生活在一起形成污损群落。在污损过程的简单概述中，第一步是形成有机分子粘附在表面的调节膜。当表面浸没在海水中时，这种情况会瞬间发生。细菌和硅藻之类的主要的定殖者会在一天内沉积下来。大型藻类和原生动物的孢子之类的次级定殖者将在一周内沉积。最后，大型污损生物的幼虫之类的第三级定殖者将在2-3周内沉积。

海洋污损的发展是一个已知的问题。浸没在海水中的固定人造物体的污损将导致结构载荷增加，这是由于装置的重量和直径增加，以及波浪和海流载荷增加，这是由于表面粗糙度增加和结构体积增加。这将降低结构的稳定性，这是必须避免的。污损生物也可能生长到涂层膜中并且损坏涂层膜，这可能导致腐蚀。这是有害的，因为该结构会失去其强度并且倒塌。

固定的人造物体的防污保护通常是通过结合清洁施加防污涂层或其它类型的涂层来实现的。

发明内容

当制造海上设施时，例如用于石油、天然气、风力、潮汐和鱼类养殖的海上设施，决定如何获得防污保护。选择防污涂层或另一种类型的涂层以及清洁。这些物体的寿命可以长达20年甚至更长。在此期间，不可能保持或改变浸没在水中的零件的涂层。

涂层通常根据固定物体所处的环境来确定。然而，在安装之前，固定物体的位置可以在制造和涂覆之后改变。防污涂层的寿命通常约为3-7年，但寿命会受环境因素的影响而变化，环境因素会随季节和年份而变化。当超过涂层的寿命时，将无法防止浸没的部件受污损。

发明人已经认识到，很难设计和指定涂层和清洁时间表来在固定物体的整个寿命期间保持足够的污损保护。海上设施的检查耗费时间和资源，因此希望尽可能少地进行检查。

因此，需要一种能够监测固定物体并且预测何时存在污损风险以确保及时采取正确措施的监测系统。

根据本发明的另一个方面，提供了一种监测固定物体的水下表面的清洁度的计算机实现的方法，该方法在计算设备上执行，并且包括：从计算设备的存储器中检索环境数据，该环境数据与固定物体的环境条件相关联；至少基于该环境数据，确定指示表面暴露于的污损水平的污损值；确定污损保护值，该污损保护值定义了对与固定物体的表面相关联的污损的耐受性；以及通过使用污损保护值和污损值确定污损风险值来标识固定物体表面上的污损风险水平。

环境数据可以包括与一个或多个环境参数中的每一个相关联的值。

环境数据可以与固定物体的地理位置相关。

环境数据可以通过以下中的至少一个来感测：固定物体上的一个或多个传感器；清洁机器人上的一个或多个传感器，该清洁机器人被配置成清洁固定物体的表面；遥控水下航行器上的一个或多个传感器，该遥控水下航行器被配置成检查固定物体的表面。

与多个地理位置相关的环境数据可以存储在存储器中，并且可以使用固定物体的地理位置来检索与固定物体的地理位置相关的环境数据。

污损值可以是指示在采样时间表面暴露于的污损水平的瞬时污损值，该瞬时污损值可以通过计算多个风险参数值的加权平均值来确定，多个风险参数包括在环境数据中定义的至少一个环境参数。

污损风险值可以基于以下因素确定的：(i)多个瞬时污损风险值，该多个瞬时污损风险值中的每一个标识在一个时间段中的相应采样时间在固定物体表面上的污损风险水平，以及(ii)与该时间段相关的时间因子。

该方法还可以包括通过确定污损风险值超过预定阈值来标识高风险污损状况，并且作为响应输出控制信号。

该方法还可以包括输出污损风险值。

该方法还可以包括将污损风险值输出到计算设备的输出设备，或者将污损风险值输出到远程计算设备。

该方法还可以包括取决于接收到的要执行控制动作的用户确认来输出控制信号。

该方法可以包括将控制信号输出到遥控水下航行器或被配置成清洁固定物体表面的清洁机器人，以启动对固定物体表面的检查。

该方法可以包括将控制信号输出到计算设备的输出设备或固定物体上的远程设备，以提醒用户开始检查固定物体的表面。

该方法可以包括将控制信号输出到被配置成清洁固定物体的表面的清洁机器人，以启动对固定物体表面的清洁。

固定物体或岸上监测站可以包括计算设备。

计算设备可以是被配置成清洁固定物体表面的清洁机器人，并且该方法包括：将控制信号输出到清洁机器人的检查设备，以启动对固定物体表面的检查；或者将控制信号输出到清洁机器人的清洁设备，以启动对固定物体表面的清洁。

控制信号的输出还可以基于接收要执行控制动作的用户确认。

污损保护值可以基于定义表面对污损的吸引力的值来确定。

定义表面对污损的吸引力的值基于以下一个或多个来确定：(i)表面的表面能，(ii)表面的形貌，(iii)表面的孔隙率，(iv)表面的弹性，以及(v)表面的颜色。

污损保护值可以基于定义水在所述表面上移动对表面的影响的值来确定。

定义水在所述表面上移动对该表面的影响的值可以使用水速和以下一个或多个来确定：(i)表面的表面能，(ii)表面的形貌，以及(iii)表面的孔隙率。

提供表面的涂层可以是抛光涂层，并且可以使用与所述涂层相关的抛光速率来确定定义水在所述表面上移动对该表面的影响的值。

提供表面的涂层可以包括污损控制剂，并且污损保护值可以基于定义污损控制剂效果的值来确定。

一个或多个环境参数可以包括以下一个或多个：(i)与固定物体的水生环境的温度相关的参数；(ii)与固定物体的水生环境的水深相关的参数；(iii)与固定物体和海岸线之间的距离相关的参数；(iv)与日长相关的参数；(v)与水生环境中的光强度相关的参数；(vi)与水生环境中叶绿素的量相关的参数；(vii)与水生环境的盐度水平相关的参数；(viii)与水生环境的pH水平相关的参数；(ix)与水生环境中的营养水平相关的参数；(x)与水生环境中二氧化碳的量相关的参数；(xi)与水生环境中溶解在水中的气态氧的量相关的参数；以及(xii)与水生环境中的水速相关的参数。

该方法可以周期性地执行。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括指令的计算机可读存储介质，当由计算设备的处理器执行时，该指令使得处理器执行本文描述的任何方法。

可以在诸如磁盘、CD-或DVD-ROM的载体、诸如只读存储器(固件)的编程存储器上，或者在诸如光或电信号载体的数据载体上提供指令。实现本发明的实施例的代码(和/或数据)可以包括诸如C的常规编程语言(解释或编译)的源、目标或可执行代码，或者汇编代码，用于设置或控制ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)的代码，或者用于硬件描述语言的代码。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测固定物体的水下表面的清洁度的计算设备，该计算设备包括处理器，该处理器被配置成执行本文所述的任何方法。

附图说明

为了更好地理解本发明并且示出如何实施实施例，参考附图，其中：

图1a示出了固定物体和机器人；

图1b示出了与一组固定物体通信的监测站；

图2是机器人的示意框图；

图3是计算设备的示意框图；

图4示出了用于监测固定物体水下表面的清洁度的方法；

图5a和图5b示出了确定污损值的方法；

图6a示出了环境参数的值可以如何随时间变化；

图6b示出了污损值可以如何随时间变化；

图7a示出了水速参数对污损值的贡献；

图7b示出了海面水温参数对污损值的贡献；

图7c示出了到海岸线的距离参数对污损值的贡献；

图8a示出了在本发明实施例中可以响应于用户确认而执行的示例控制动作，该用户确认是响应于被监测的固定物体的水下表面的清洁度而采取动作；

图8b示出了在本发明的实施例中可以响应于被监测的固定物体的水下表面的清洁度而自动执行的示例控制动作；

图8c示出了在本发明的实施例中可以由清洁机器人响应于用户确认而执行的示例控制动作，该用户确认是响应于被监测的固定物体的水下表面的清洁度而采取动作；

图8d示出了在本发明的实施例中可以由清洁机器人响应于被监测的固定物体的水下表面的清洁度而自动执行的示例控制动作；以及

图9示出了示例清洁机器人。

具体实施方式

现在将仅通过示例的方式描述实施例。

图1a示出了海上石油平台形式的示例性固定物体100。固定物体100包括浸没(即浸入)在水中的表面101，使得其在水面下。

我们将“固定物体”称为部分或全部浸没在水中使得它至少有一个表面浸没在水中的人造物体。固定物体可以位于盐水或淡水水生环境中，例如可以是河流、海洋、大洋、峡湾等。固定的物体在使用期间不会移动。固定物体可以具有自推进机构，诸如发动机、马达等，但是自推进机构仅在固定物体运行的位置应该改变时使用。

固定物体可以通过永久结构固定在水生环境(例如海床)底部的地面上，例如固定物体可以是石油和/或天然气平台、石油和/或天然气钻塔、风力涡轮机、桥梁、水下电缆或水下管道等。应当理解，永久结构防止固定物体的任何移动。

固定物体可以是漂浮在水面上的物体。例如，固定物体可以是永久系泊的船、浮式生产储存和卸载设施(FPSO)、浮式储存和卸载单元(FSO)、渔场或浮标。因此，应当理解，这种固定物体可以依靠水流、潮汐和/或环境条件(例如风)移动，或者如果操作变化需要，则移动到不同的位置。

在一些示例中，漂浮在水面上的固定物体可以通过非永久性的系绳装置(例如，附在锚上的绳子、链条或缆绳)固定在水生环境底部的地面上。

固定物体可以包括机器人站104(入坞站)，其可以用于给清洁机器人102充电。机器人站104可以位于海平面以上的固定物体上。当由机器人执行的清洁操作暂停时，机器人站104可以允许机器人102的停放。在清洁浸没在固定物体100的水中的表面101期间，机器人102可以穿过固定物体100的可能形成海洋污损的任何表面(例如风车和石油钻塔的柱子或桩)。本文提到的“清洁”是指从固定物体100的表面101上去除污损生物，这种清洁有时被称为“整理”。通过执行固定物体100的表面101的连续清洁，机器人102通常在早期阶段(例如，初级和次级定殖者)执行附着到固定物体100的表面101的污损的去除。然而，应当理解，由机器人102执行的清洁也可以包括移除第三定殖者和任何后续定殖者。

如图1a中所示，计算设备106可以设置在固定物体上(例如在固定物体的甲板室中)，用于与远程设备(诸如在岸上(例如在图1b中所示的监测站110)的机器人102和/或计算设备108)通信。

图1b示出了包括计算设备108的这种监测站110。计算设备108经由通信网络112与一个或多个固定物体通信。

在本发明的实施例中，执行一种用于监测固定物体浸没在水中的表面的清洁度的计算机实现的方法。如下面将更详细解释的，该方法可以在机器人102、固定物体上的计算设备106或岸上计算设备108上执行。

如图1b中所示，在岸上计算设备108执行本文描述的计算机实现的方法的实现方式中，这使得固定物体的操作者能够实时监测固定物体浸没区域的表面状况。

本发明的实施例不限于监测配备有清洁机器人102的固定物体浸没在水中的表面的清洁度。如下文将更详细解释的，响应于检测到此类固定物体具有在固定物体表面上污损的高风险，可以响应于该检测采取不涉及清洁机器人的其他动作。

图2是机器人102的示意框图。如图2中所示，机器人102是包括中央处理单元(“CPU”)202的计算设备。CPU 202被配置成控制清洁设备208(其可以采取旋转圆柱刷的形式)，该清洁设备耦合到CPU 202并且执行从固定物体100的水下表面101去除污损生物。

根据本发明的实施例，CPU 202还可以包括污损风险确定模块206，该污损风险确定模块被配置成监测固定物体100的浸没在水中的表面101的清洁度。污损风险确定模块206可以被配置成动态地监测水下表面101的清洁度。从下文中可以明显看出，虽然机器人102可以包括污损风险确定模块206，但是在备选实施例中，污损风险确定模块206可以是机器人102外部的计算设备的组件。

CPU 202耦合到电源214(例如一个或多个电池)。电源214可以是可充电的，例如使用机器人站104。机器人102还包括本领域公知的用于存储数据的存储器210。

如图2中所示，机器人102可以包括一个或多个传感器212，其被配置成向污损风险确定模块206输出传感器信号。本文描述的传感器中的每一个可以是物理传感器(即物理测量仪器)或虚拟传感器(即组合来自多个物理传感器的感测数据以计算测量值的软件)。

传感器212可以包括被配置成感测与固定物体100的环境条件相关的环境数据的一个或多个传感器。

例如，传感器可以包括以下一个或多个：(i)叶绿素传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境中的叶绿素的量；(ii)pH传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境的pH水平；(iii)营养物传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境中的营养物水平，营养物传感器可以被配置成感测诸如磷酸盐、硝酸盐等的营养物；(iv)日光强度传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境中的光强度；(v)盐度传感器(例如电导率传感器)，其被配置成感测固定物体的水生环境的盐度水平；(vi)温度传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境的温度；(vii)二氧化碳传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境中的二氧化碳量；(viii)位置传感器(例如GPS传感器)，其被配置成感测固定物体的地理位置；(ix)溶解氧传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境中溶解在水中的气态氧的量；(x)深度传感器，其被配置成感测固定物体的水生环境的深度；以及(xi)水速传感器，其被配置成感测固定物体100的水生环境中的水速。此类传感器对于本领域技术人员来说是已知的，因此本文不再详细描述。

上面提到的位置传感器可以用于确定固定物体和附近海岸线之间的距离。

在本发明的实施例中可以使用相同类型的多个传感器。例如，可以使用多个温度传感器来测量不同深度的固定物体的水生环境的温度。在实施例中，来自相同类型的多个传感器的读数可以被组合以提供与传感器类型相关联的单个值。

虽然上面提到的传感器已经被描述为位于机器人102上，但是这些传感器可以位于机器人外部。例如，这些传感器可以位于被配置成检查固定物体浸没在水中的表面的遥控水下航行器上，这些传感器可以位于固定物体100上，或者这些传感器可以位于与固定物体100相同的水生环境中的另一个物体上。

位于固定物体100上的传感器可以经由接口216将数据直接输出到机器人102上的污损风险确定模块206。备选地，位于固定物体100上的传感器可以向计算设备106输出数据，该计算设备经由接口216将数据转发给机器人102。

传感器212可以包括被配置成输出包括图像数据的相机信号的相机。相机可以向计算设备106和/或计算设备108输出相机信号。相机使得机器人102能够对固定物体100的表面101进行视觉检查。机器人102可以检查固定物体的表面101，而不执行视觉检查。因此，除了相机之外或作为相机的备选，机器人102可以包括一个或多个用于对浸没在水中的表面进行检查的其他检查设备，诸如电磁设备或超声波设备。

在一些实施例中，提供接口216以使机器人102能够接收和传输数据到计算设备106和计算设备108。接口216还使机器人能够从固定物体上的传感器接收数据。接口216可以包括有线和/或无线接口。

如上所述，在一些实施例中，污损风险确定模块是固定物体上的计算设备106或岸上计算设备108的组件。图3示出了这样的计算设备。

如图3中所示，计算设备106、108包括中央处理单元(“CPU”)302。CPU 302耦合到本领域已知的用于存储数据的存储器310和输出设备312。

根据本发明的实施例，CPU 302还可以包括污损风险确定模块306，其被配置成监测固定物体的水下表面的清洁度。

计算设备106、108包括接口316，以使计算设备能够接收和传输数据。接口316使得计算设备106、108能够从机器人102(如果一个机器人存在于固定物体上)接收数据，和/或从固定物体上的传感器接收数据。例如，计算设备可以经由接口316接收上面提到的环境数据。接口316还使得计算设备能够与机器人102和/或固定物体上的遥控水下航行器通信。

输出设备312被配置成向计算设备106、108的用户输出信息。例如，输出设备312可以包括显示器以可视地输出信息。附加地或备选地，输出设备312可以包括扬声器以可听地输出信息。

上面提到的环境数据的使用不限于本文描述的任何特定实施例，并且可以在所有实施例中使用。

在本发明的实施例中，可以动态监测固定物体浸没在水中的表面的清洁度。

固定物体浸没在水中的表面通常被涂覆。存在于固定物体表面上的涂层可以包括单层、几层相同的涂层，或者可以是多层涂层，即涂层系统。在多层涂层中，第一涂层(有时称为底漆涂层)通常是防腐层。底漆涂层可选地由连接涂层或粘结涂层覆盖，随后是一层或多层具有或不具有防污性能的最终涂层或面漆。在另一种类型的多层涂层中，第一(底漆)涂层可以简单地用最后的涂层或面漆覆盖。

浸没在水中的固定物体部件的表面可以涂覆有单一涂层或涂层系统。备选地，固定物体的表面可以由固定物体不同部分(例如吃水线/飞溅区、立柱和桩的竖直部分、FPSO船体的侧面和平底)上的不同涂层或涂层系统的多个部分组成。存在于固定物体不同部分中的不同涂层或涂层系统可以是不同类型和/或不同厚度。

施加在浸没在水中的固定物体部件上的涂层可以取决于涂层是抛光的还是非抛光的来分类。抛光涂层是一种在涂层寿命期间薄膜厚度减少的涂层。薄膜厚度的减小可能是由于化学反应或腐蚀或两者的结合。非抛光涂层是一种在涂层寿命期间薄膜厚度不会减少的涂层。

抛光涂层通常基于具有各种降解机制的粘合剂体系。自抛光涂层是另一个常用术语。最常见的降解是粘合剂体系中键的水解，导致水溶性增加和涂层的抛光。水解可以是粘合剂中聚合物主链上侧基或侧链的水解，或者是粘合剂中聚合物主链上基团的水解。

抛光涂层中存在的粘合剂可以包括例如甲硅烷基(甲基)丙烯酸酯共聚物、松香基粘合剂、(甲基)丙烯酸酯粘合剂、主链可降解的(甲基)丙烯酸酯共聚物、金属(甲基)丙烯酸酯粘合剂、(甲基)丙烯酸半缩醛酯共聚物的混合物、聚酸酐粘合剂、聚草酸酯粘合剂、非水分散体粘合剂、两性离子粘合剂、聚酯粘合剂、聚(酯-硅氧烷)粘合剂、聚(酯-醚-硅氧烷)粘合剂或其混合物。

在GB2558739、GB2559454、WO2019096926、GB2576431、WO2010071180、WO2013073580、WO2012026237、WO2005005516、WO2013000476、WO2012048712、WO2011118526、WO0077102、WO2019198706、WO03070832和WO2019216413中描述了典型的(甲基)丙烯酸甲硅烷基酯共聚物和包括这些的涂层。

WO2011046087中描述了典型的具有硅氧烷部分的甲硅烷基(甲基)丙烯酸酯共聚物。WO2019096928、DE102018128725、DE102018128727和WO9744401中描述了典型的松香基粘合剂和包括这些的涂层。

在DE102018128725A1、DE102018128727A1、WO2019096928、WO2018086670和WO9744401中描述了典型的(甲基)丙烯酸酯粘合剂和包含这些的涂层。在WO2019081495和WO2011046086中描述了典型的金属(甲基)丙烯酸酯粘合剂。在KR20140117986、WO2016063789、EP1323745、EP0714957、WO2017065172、JPH10168350A和WO2016066567中描述了(甲基)丙烯酸甲硅烷基酯粘合剂的典型混合物。在WO2004/096927中描述了典型的聚酸酐粘合剂。在WO2019081495和WO2015114091中描述了典型的聚草酸酯粘合剂。在WO2019081495中描述了典型的非水分散体粘合剂。在WO2004018533和WO2016066567中描述了典型的两性离子粘合剂。在WO2019081495、EP1072625、WO2010073995和US20150141562中描述了典型的聚酯粘合剂。在WO2017009297、WO2018134291和WO2015082397中描述了典型的聚(酯-硅氧烷)和聚(酯-醚-硅氧烷)粘合剂。在WO2019179917、WO2016167360、EP0714957和WO2017065172中描述了典型的(甲基)丙烯酸酯半缩醛酯共聚物粘合剂。在WO2015010390、WO2018188488、WO2018196401和WO2018196542中描述了典型的主链可降解的(甲基)丙烯酸酯共聚物粘合剂。

非抛光涂层通常是交联的，并且通常含有少量VOC(挥发性有机化合物)。非抛光涂层中存在的粘合剂可以例如包括聚硅氧烷、硅氧烷共聚物、硅氧烷粘合剂、环氧基粘合剂、环氧硅氧烷、聚氨酯或其混合物。

在WO2019101912、WO2011076856、WO2014117786、WO2016088694和WO2013024106中描述了典型的聚硅氧烷粘合剂和包含这些的涂层。在WO2012130861和WO2013000479中描述了典型的硅氧烷共聚物粘合剂。在WO2018046702、WO2018210861、WO2009019296、WO2009141438、EP3431560和WO2017140610中描述了典型的环氧基粘合剂和包含这些的涂层。在US2009281207、WO2019205078和EP1086974中描述了典型的环氧硅氧烷粘合剂。其他类型的有机硅粘合剂是有机硅树脂，通常表示为MQ、DT、MDT、MTQ或QDT树脂。如WO2019189412中所述，涂层可以是拉条结构的可固化聚硅氧烷粘合剂。如US20180229808中所述，涂层可以是凹坑结构涂层。此类涂层可以作为涂层或作为粘合箔来施加。

例如，如WO2018100108中所述，涂层可以是具有污损释放顶涂层的拉条结构粘合箔。

施加在固定物体上的涂层也可以取决于涂层是否包含污损控制剂而进行分类。污损控制剂可以是有机化合物、有机金属化合物或无机化合物，其影响、排斥或有害地作用于污损生物。

一组污损控制剂是生物杀灭剂，其是旨在通过化学或生物手段破坏、阻止污损生物、使其无害、阻止其活动或对其施加控制效果的物质。术语生物杀灭剂、防污损剂、防污剂、活性化合物、毒物在工业中用于描述已知的用于防止表面上的海洋污损的化合物。生物杀灭剂可以是无机的、有机金属的或有机的。

常用的生物杀灭剂是氧化铜(i)、硫氰酸铜、吡啶硫酮锌、吡啶硫酮铜、亚乙基双(二硫代氨基甲酸)锌[zineb]、2-(叔丁基氨基)-4-(环丙基氨基)-6-(甲硫基)-1，3，5-三嗪[cubutryne]、4，5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮[DCOIT]、N-二氯氟甲硫基-N’、N’-二甲基-N-苯基磺酰胺[二氯氟虫腈]、N-二氯氟甲基硫代-N’、N’-二甲基-N-对甲苯磺酰胺[甲苯磺酰氟]、三苯基硼烷吡啶[TPBP]和4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈[曲吡啶]和4-[1-(2，3-二甲基苯基)乙基]-1H-咪唑[米托咪啶]。

通过物理作用方式防止或减少污损生物附着的一组污损控制剂是硅油、亲水改性硅油和疏水改性硅油。WO2018/134291中描述了典型的硅油。

抛光和非抛光涂层都可以包含污损控制剂，诸如生物杀灭剂和硅油或其混合物，或者不含污损控制剂。

本发明的实施例可以用于监测固定物体的涂覆表面的清洁度(即施加到固定物体上的涂层表面的清洁度)或者固定物体浸没在水中期间的未涂覆表面的清洁度。

图4示出了由污损风险确定模块206、306执行的用于监测固定物体水下表面清洁度的过程400的流程图。因此，过程400由计算设备执行。例如，过程400可以在机器人102、固定物体上的计算设备106或岸上计算设备108上执行。

过程400旨在预测固定物体在其服务期间可能暴露的污损风险，这反映了浸没在水中的固定物体表面上可能发展或存在的污损程度。具体地，通过使用污损保护值和污损值确定污损风险值来标识固定物体浸没在水中的表面上的污损风险水平。如下所述，该污损风险值可以被认为是从0(低)到1(高)的归一化标度。污损风险值可以取该归一化标度上的任何值。

在步骤S402处，确定污损值。污损值反映了固定物体的环境条件(海洋和大气)会如何影响浸没在水中的固定物体表面上的海洋生物污损的发展和生长。

为了确定污损值，污损风险确定模块需要与固定物体100的环境条件相关的环境数据，已经在上面提供其示例。环境数据包括与一个或多个环境参数中的每一个相关联的值。

污损风险确定模块可以以多种不同的方式标识与固定物体100的环境条件相关的环境数据。

如图5a中所示，在过程500中，在步骤S502处，污损风险确定模块从存储器(例如，计算设备的本地存储器或计算设备可访问的远程计算设备的存储器)检索环境数据。如果检索到的环境数据与固定物体100的环境条件相关(例如，环境数据已经被机器人102上的传感器或固定物体上的传感器感测到)，则检索到的环境数据可以在步骤S402处用于确定污损值。

如图5a中所示，在过程500中，检索到的环境数据可以包括但不具体涉及固定物体100的环境条件。也就是说，检索到的环境数据可以与固定物体100所处的地理区域的环境条件相关。地理区域可以是从挪威的峡湾到一个国家的沿海地区，乃至整个地球的任何大小。检索到的环境数据可以从国家气象局或配备测量设备的浮标获得。检索到的环境数据可以是与地理区域的环境条件相关的卫星导出的海洋环境数据。在这些场景中，在步骤S504处，污损风险确定模块获得固定物体的地理位置。然后，污损风险确定模块使用固定物体的地理位置以及检索到的地理区域的环境数据来确定与固定物体100的环境条件相关的环境数据，然后在步骤S402处使用该环境数据来确定污损值。在该示例中，固定物体的地理位置可能已经被机器人102上的位置传感器或固定物体上的位置传感器(例如，GPS传感器)感测到。

如图5b中所示，在岸上计算机设备108执行过程400的实施例中，在过程550中，污损风险确定模块306在步骤S502处检索环境数据，以在步骤S506处确定污损图。污损图标识多个位置的海洋污损状况，并且可能随时间而改变。污损图可以是全局污损图。备选地，污损图可以是集中在地球的特定地理区域的局部污损图。

在步骤S502处检索的用于确定污损地图的环境数据可以包括卫星导出的海洋环境数据。

附加地或备选地，对于一个或多个固定物体中的每一个，在步骤S502处检索的用于确定污损图的环境数据可以包括与固定物体的环境条件相关的环境数据(例如，环境数据已经由固定物体上的机器人上的传感器或固定物体上的传感器感测到)以及固定物体的地理位置。在这个示例中，固定物体的地理位置可能已经被固定物体上的机器人上的位置传感器或者固定物体上的位置传感器(例如GPS传感器)感测到。

在步骤S504处，污损风险确定模块306获得待监测的固定物体的地理位置，并且使用固定物体的地理位置和污损图来确定与特定于被监测的固定物体100的环境条件相关的环境数据，然后在步骤S402处使用该环境数据来确定污损值。在该示例中，固定物体的地理位置可能已经被机器人102上的位置传感器或固定物体上的位置传感器感测到。

在步骤S402处，使用一个或多个环境参数来确定污损值。

作为一个示例，表达式可以存储在存储器中，其模拟每个参数提供给总污损值的近似风险/贡献。

此类表达式可以根据经验导出。为了确定固定物体100在任何时间点可能暴露的海洋生物污损压力(由污损值定义)，本发明的发明人针对几个位置研究和分析了大量环境条件(例如，表面海水温度、光可用性、营养物浓度、叶绿素浓度、表面海水盐度、到海岸线的距离、水深)，以及它们如何影响浸没在水中的固定物体表面101的条件。将来自永久测试筏、船体上的测试平台、入坞条件和检查报告的经验结果与为相关位置收集的海洋和大气环境条件进行了比较。基于这项研究，开发了经验推导表达式，以模拟每个环境参数对总污损值的近似风险/贡献。

考虑下面提供的示例参数：

其中上述参数是环境参数，并且t是时间单位，通常以小时或天为单位。日长参数可以用太阳辐照度或这两个参数的组合来代替。

为参数中的每一个导出和实现的示例表达式如下所示。

其中c1和c2是常数。

其中c3和c4是常数。

其中c5和c6是常数。

其中c7是常数。

其中c8和c9是常数。

其中c10和c11是常数。

对于本文提到的其他环境参数，可以导出类似的表达式。

图6a示出了在挪威桑德峡湾，三个示例环境参数(太阳辐照度、海面水温和日长)的值在一年时间内如何随时间变化。具体地，曲线602示出了太阳辐照度在一年时间内如何变化，曲线604示出了日长在一年时间内如何变化，并且曲线606示出了温度在一年时间内如何变化。

图6b示出了污损值在归一化标度上如何随时间变化。具体地，曲线608示出了当污损值基于两个参数(海面水温和日长)时，污损值在1年期间内如何变化。曲线610示出了当污损值基于两个参数(海面水温和太阳辐照度)时，污损值在1年期间内如何变化。曲线612示出了当污损值基于所有三个示例参数(太阳辐照度、海面水温和日长)时，污损值在1年期间内如何变化。

显而易见的是，这些表达式旨在以从0(低)到1(高)的标度模拟每个单独参数对所暴露的固定物体表面的海洋污损总水平的贡献，该海洋污损总水平由从0(低)到1(高)的归一化标度中的污损值来定义。污损值可以取该归一化标度上的任何值。

参考图7a，可以看出，当固定物体100暴露于0kn的水速时，水速参数对污损值的贡献最大(即等于1)，这意味着在该时间点物体上污损附着/发展的风险/贡献最大。然而，如果水速约为4kn，则该贡献下降到40％(速度因子图中的值为0.4)。如果水速为6kn，则速度参数的风险/贡献接近于零。

关于海面水温参数对污损值的贡献，如图7b中所示，可以看出污损发展的贡献随着温度而增加，但不是以线性方式。在低温和高温范围内，增加的程度低于中间值。

如图7c中所示，到海岸线的距离是如下参数：其污损附着和发展的风险/贡献在靠近海岸处较高，但是随着固定物体远离海岸线而突然降低。导出的曲线表明，在距离海岸线20公里处，对污损值的贡献约为10％(到海岸线的距离图中的值为0.1)。

显然，上面提供的表达式仅仅是示例。如果使用如上所述的表达式来模拟每个参数提供给总污损值的近似风险/贡献，那么表达式可以随时间变化，并且可以通过对随时间收集的经验数据的连续分析来改进。此外，用于确定污损值的一个或多个表达式可以根据固定物体类型而变化。

如果一些参数被认为对于在步骤S402处确定污损值更重要，则可以对每个参数应用权重。

因此，参考上面提供的示例参数，总的瞬时污损值是不同参数风险因子的加权平均值，如等式(8)所示，其中K是常数，并且代表给予每个因子的权重。

表1示出了可以应用于每个单独参数的示例权重。

		温度KT	3
水深KDe	2
		到海岸线的距离KDi	3
叶绿素KC	3
		盐度KSa	1
日长KL	3

表1

返回参考图4，在步骤S404处，确定污损保护值。污损保护值定义了对与固定物体表面相关的海洋生物污损的表面耐受性，例如由涂层对浸没在水中的固定物体表面的保护。如上所述，浸没在水中的固定物体的表面可以被涂覆，并且在这些场景中，污损保护值定义了对与涂层表面相关联的海洋防污的耐受性，即涂层对固定物体表面的保护。备选地，固定物体的表面可以不被涂覆，并且在这些场景中，污损保护值定义了对与固定物体表面相关联的污损的耐受性。

污损保护值可以预先存储在存储器中。例如，污损保护值可以预先存储在计算设备的本地存储器中，或者存储在可由计算设备访问的远程计算设备的存储器中。在这些实现方式中，已经预先计算了污损保护值，并且污损风险确定模块通过从存储器中检索污损保护值来确定污损保护值。因此，污损风险确定模块本身可能不执行污损保护值的计算。

在其他实现方式中，污损风险确定模块通过计算污损保护值本身来确定污损保护值。

我们将在后面更详细地描述如何计算污损保护值。污损保护值可以在从0(低保护)到1(高保护)的归一化标度中计算。污损保护值可以取该归一化标度上的任何值。

在步骤S405处，使用污损值(在步骤S402确定)和污损保护值(在步骤S404处确定)来确定污损风险值。污损风险值定义了固定物体表面上的污损风险水平。

对于每个时间点(取决于采样周期，例如可以是1小时)，确定污损值和污损保护值。下面提供的表达式(9)给出了如何根据污损值和污损保护值计算污损风险值的示例。

应当理解，也可以使用其他表达式来根据污损值和污损保护值计算污损风险值。

污损风险值可以在从0(低风险)到1(高风险)的归一化标度中计算。表2示出了表达式(9)的应用示例。

表2

可以将污损风险值计算为某一时间段内瞬时污损风险值的加权平均值。

其中windowsize是污损风险值评估中考虑的天数(例如三个月)，并且w是权重因子。对最近的瞬时值给予较高的权重，对旧的瞬时值给予较低的权重。权重因子的范围在0和1之间，并且污损风险值的范围也应该在0和1之间。

因此，在一些实施例中，基于多个瞬时污损风险值来确定污损风险值，多个瞬时污损风险值中的每一个标识在一个时间段中的相应采样时间在固定物体的表面上的污损风险水平，多个瞬时污损风险值中的每一个用定义采样时间的新近性的权重来加权。

一旦在步骤S405处确定了污损风险值，过程400可以进行到步骤S407。在步骤S407处，污损风险确定模块输出污损风险值。

在机器人102包括污损风险确定模块206的实施例中，在步骤S407处，污损风险确定模块206将污损风险值输出到远程计算设备(诸如固定物体上的计算设备106或岸上计算设备108)，用于输出给用户。这使得用户能够查看污损风险值并且确定是否应该采取控制动作。

在固定物体上的计算设备106包括污损风险确定模块306的实施例中，在步骤S407处，污损风险确定模块306可以将污损风险值输出到远程计算设备(诸如岸上计算设备108)，用于输出给用户。这使得用户能够查看污损风险值并且确定是否应该采取控制动作。附加地或备选地，在步骤S407处，污损风险确定模块306可以经由计算设备106的输出设备312输出污损风险值。

在岸上计算设备108包括污损风险确定模块306的实施例中，在步骤S407处，污损风险确定模块306可以经由计算设备108的输出设备312输出污损风险值。

一旦在步骤S405处确定了污损风险值，过程400可备选地进行到步骤S406。在步骤S406处，污损风险确定模块通过确定污损风险值是否超过预定阈值来标识是否存在高风险污损状况。如果污损风险值低于预定阈值，这表明存在低风险污损状况，并且过程400循环回到开始，在此处等待下一个采样时间(即，等待采样周期过去)。

如果污损风险值高于预定阈值，这表明存在高风险污损状况，并且过程400进行到步骤S408，其中污损风险确定模块输出控制信号。稍后将对此进行更详细的描述。

我们现在描述如何计算污损保护值。如前所述，污损风险确定模块可以自己计算污损保护值，或者它可以检索(例如，通过另一个计算设备)已经预先计算的污损保护值。

污损保护值定义了对与固定物体表面相关联的海洋污损的耐受性。也就是说，污损保护值定义了表面防止海洋污损附着并最终生长到水下区域上/中，更具体地说，防止海洋污损生长到浸没在水中的固定物体部件上/中的能力。

目前，固定物体的污损防护主要是通过涂覆涂层并且结合清洁来实现的。表面的性质和表面材料的成分影响污损保护能力。然而，如上所述，实施例不限于监测涂覆表面的清洁度，并且还可以用于监测浸没在水中的固定物体的未涂覆表面的清洁度。

污损保护值可以基于定义表面对污损的吸引力的值来计算。污损生物倾向于选择某些类型的表面来沉积和定殖。这与生物和物理因素有关。因此，这些特性以及它们如何影响表面的吸引力可以被考虑和建模。表面吸引力(P_c)描述了海洋生物附着在固定物体水下表面的趋势。污损生物倾向于选择深色、粗糙和多孔的表面。表面的表面吸引力(P_c)可以基于以下一个或多个来确定：(i)表面的表面能，(ii)表面的形貌(例如，表面的粗糙度和/或纹理)，(iii)表面的孔隙率，(iv)表面的弹性，以及(iv)表面的颜色(例如，表面的颜色有多深)。

如果一些参数被认为对确定表面吸引力更重要，则可以对每个参数应用权重。

本领域技术人员知道确定上述表面特性的技术。例如，孔隙度可以通过结合图像分析和显微镜(光或扫描电子)来绘制表面上的空隙来确定。也可以根据ASTM D6583来确定。表面能可以基于通过使用测角仪和不同溶剂确定的接触角来计算。表面粗糙度可以基于用共焦、轻量级或激光显微镜或触觉轮廓仪确定的x、y和z坐标来计算。弹性可以通过动态机械测试(DMA)或通用测试机来确定。深色是可见光反射率低的颜色。在RGB颜色模型中，颜色的暗度可以通过其红色、绿色和蓝色值的总和来近似表示。

表面吸引力(P_c)的值可以归一化，并且在0和1之间变化。

如何计算表面吸引力P_c的一个示例如下所示：

P_c＝[w_s*1/归一化表面能]+[w_r*1/归一化粗糙度]+[老化效应因子] (11)

其中归一化表面能是涂层表面能与参考表面能的比值，例如环氧涂层的表面能，并且归一化粗糙度是涂层表面粗糙度与参考粗糙度值的比值。

表面吸引力系数也被认为是时间相关的，因此会受到表面老化的影响。可以使用如上所示的老化效应因子来考虑表面的老化，老化效应因子可以在0和1之间变化。

w_s是归一化表面能的权重因子并且w_r是归一化表面粗糙度的权重因子。

本领域技术人员将会理解，存在不同种类的污损生物，并且可以考虑所有种类的污损生物或仅仅特定类型的污损生物来计算表面吸引力值P_c。

附加地或备选地，可以基于定义水在固定物体的表面上移动对该表面的影响的值来计算污损保护值。

防止污垢沉积/生长的策略是经由在表面流动的水(例如水流)产生的机械力去除这些生物。这种策略可以分为两种不同的方法。一种方法是使表面尽可能光滑，以便当水流过表面时，施加的剪切力去除附着在表面上的生物体。另一种方法是开发自我更新的表面，这有助于通过膜侵蚀和抛光去除污垢沉积。

定义水在表面上移动对该表面的影响的值(P_b)可以使用固定物体暴露于其中的水速，以及以下一个或多个来确定：(i)表面的表面能，(ii)表面的形貌(例如，表面的粗糙度和/或纹理)，以及(iii)表面的孔隙率。

定义水在表面上移动对该表面的影响的值(P_b)可以被归一化，并且在0和1之间变化。

在本发明的实施例用于监测施加到固定物体100的水下部分的涂层的表面清洁度的场景中，定义水在表面上移动对该表面的影响的值(P_b)将取决于涂层的特性。

如上所述，施加在固定物体上的涂层可以取决于涂层是抛光的还是非抛光的来分类。

对于抛光涂层，P_b值可以根据抛光速率和表面特性进行建模。

P_b(时间：x)＝抛光速率(时间：x)+表面特性因子 (12)

抛光速率定义了涂层厚度随时间减少的速率。抛光速率通常由涂层制造商指定，并且通常以年抛光速率表示。

抛光速率可以通过在世界上不同的地方将涂层板暴露在筏上来确定。抛光速率可以根据WO2019096926中描述的测试方法“测定海水中旋转盘上防污涂层膜的抛光速率”在实验室测试中测定。可以使用不同温度的海水进行实验室测试，以确定温度对抛光速率的影响。可以使用不同的转速进行实验室测试，以确定不同水速下的抛光速率。应当理解，以上仅作为如何计算涂层的抛光速率以及备选测试条件(在实验室或海上，可以使用不同的水速、不同的海水温度)的示例来提供。

抛光速率可以被归一化为参考抛光速率，该参考抛光速率可以是技术和/或涂层特定的。参考抛光速率将反映污损控制剂的扩散和沥滤层厚度之间的平衡保持在可接受水平的理论年抛光速率。沥滤层是朝向表面的区域，在该区域中，由于水溶性物质的损失，成分已经改变。沥滤层厚度可以用上述抛光速率的方法来确定。

可以使用以下一个或多个来确定表面特性因子：(i)表面的表面能，(ii)表面的形貌(例如，表面的粗糙度和/或纹理)，以及(iii)表面的孔隙率。

本领域技术人员将理解，表面特性因子将取决于涂层老化和表面暴露历史。关于表面暴露历史，我们指在一定时期内污垢可以有效地附着在表面上的累计时间量。此时，表面既没有通过以相对较高速度流过的水更新，也没有通过机械装置(例如刷子、喷水装置或类似装置)更新。

如何计算表面特性因子的一个示例如下所示：

表面特性因子＝V_f*[w₁*(1/归一化表面能)+w₂*(1/归一化粗糙度)+老化因子](13)

其中归一化表面能是涂层表面能与参考表面能的比值，例如环氧涂层的表面能，归一化粗糙度是涂层表面粗糙度与参考粗糙度值的比值。

v_f是水速的权重因子，w₁是归一化表面能的权重因子并且w₂是归一化表面粗糙度的权重因子。

可以使用如上所示的老化效应因子来考虑表面的老化。

对于非抛光涂层，P_b可以根据水速和表面特性(例如表面特性因子)进行建模。

可以使用以下一个或多个来确定表面特性因子：(i)表面的表面能，(ii)表面的形貌(例如，表面的粗糙度和/或纹理)，以及(iii)表面的孔隙率。

例如，定义水在表面上移动对该表面的影响的值(P_b)在速度高于某个阈值时可以被认为是最大的，而在速度为零时可以被认为是最小的。速度阈值可以通过实验确定为从表面清除所有类型污垢的速度。速度阈值取决于物种，可以使用不同的方法来确定，例如针对藤壶的ASTM D5618。当谈到P_b对表面特性的依赖性时，后者将对施加到表面上的净剪切力产生影响。

除了上述之外，在本发明的实施例用于监测施加到水下固定物体部件的涂层表面的清洁度，并且涂层包含污损控制剂的场景中，污损保护值可以基于定义表面上的污损控制剂(例如生物杀灭剂)对海洋生物污损的影响的值来计算。

污损控制剂可以是任何形式的有机物质或非有机物质，其影响、排斥或危害污损生物，使其难以或甚至不可能在表面上沉积或存活。

污损控制剂对海洋生物污损的影响效果通过后者从涂层向表面的扩散来描述。从广义上讲，污损控制剂(P_a)的效果根据(i)水速(ii)表面暴露历史，以及(iii)涂层的老化进行建模。

定义污损控制剂(P_a)效果的值(P_a)可以被归一化，并且在0和1之间变化。

当水速较慢时，污损控制剂扩散到表面并且形成保护层。通过例如水流、潮汐或波浪增加的水速将污损控制剂从表面带走，并且降低了对海洋生物的保护。

关于表面暴露历史，如果表面暴露没有通过表面更新来平衡，则这将对污损控制剂的效果产生影响(污损控制剂的扩散被抑制)。一个示例是生物杀灭自抛光表面，其需要将沥滤层厚度保持在可接受的水平内，以便生物杀灭剂能够有效地扩散到表面并且保护后者。如果表面暴露历史是不利的(水速一直很低)，则上述平衡被扰乱。某种技术可以更好地控制这种平衡，从而确保污损控制剂在涂层的整个寿命期间更稳定地扩散到表面。

一种对污损控制剂效果建模的可能方法由以下公式描述：

P_a(时间：x)＝P_a(时间：x-1)+[[1/沥滤层因子(时间：x)]*(平均释放速率)]-(去除剂因子) (14)

其中：

·P_a(时间：x)是时间x时污损控制剂的浓度；

·P_a(时间：x-1)是时间x-1时污损控制剂的浓度；

·沥滤层因子(时间：x)是考虑沥滤层厚度的因子，沥滤层因子可以取决于涂层的老化和涂层技术；

·平均释放速率是每单位时间污损控制剂浓度的平均变化，平均释放速率可以根据抛光速率和/或涂层的涂覆技术知识来估计，备选地，释放速率可以使用已知方法通过实验来确定(例如ISO10890：2010、ASTM D6442-99、ISO 15181-2、ISO 15181-3、ISO 15181-6)；以及

·去除剂因子是说明污损控制剂在海水中扩散的因子，去除剂因子可能取决于海水的温度、粘度和水速。

如前所述，理想地，在污损控制剂的释放与表面更新之间应该有平衡。这种平衡确保沥滤层厚度变化最小，因此污损控制剂更容易扩散到表面。为了说明沥滤层厚度的变化，可以使用以下公式：

沥滤层因子(时间：x)＝沥滤层因子(时间：x-1)+delta (15)

其中delta是表示抛光表面更新的校正因子。对于抛光表面，delta根据水速进行建模。希望尽可能靠近固定物体的表面来测量水速。当水速高于某一阈值时，delta预计为负值。相反，当水流速度低于同一阈值时，该校正因子为正值，这意味着在较长时间的低水流速度下，沥滤层厚度将随时间增加。所用的阈值将取决于涂层技术，并且将反映抛光开始的最小速度。对于非抛光涂层，delta为正值，并且在涂层的整个寿命期间保持不变。

当污损控制剂到达涂层表面时，它们会自然地进一步扩散到海水中。考虑到这一点，可以使用“去除剂”因子。去除剂是接近固定物体100表面的水速度的函数，因此当水速度低于某个阈值(例如3kn)时，去除剂因子很小，但决不为零。另一方面，当水速超过同一阈值时，去除剂因子更大。

污损控制剂的效果也取决于该试剂本身。并非所有扩散到涂层表面的污损控制剂都具有相同的保护效果。此外，涂层可以具有几种污损控制剂，并且这些污损控制剂可以有效对抗不同的污损生物。

为了校正由上述公式计算的污损控制剂参数，可以使用可以在0和1之间变化的试剂因子的有效性。因此，定义污损控制剂在任一时间点的效果的最终值(P_a)可以定义为：

P_a＝agent_effectiveness_factor*P_a(时间：x) (16)

用于计算污损保护值的示例方程如下所示：

污损保护值＝[w_a*P_a]+[w_b*P_b]+[w_c*P_c] (17)

其中P_a表示污损控制剂的效果，P_b表示施加在表面上的剪切力的效果，P_c表示表面吸引力的效果，并且w_a、w_b和w_c是权重因子。

应当理解，本发明的实施例不限于使用利用所有这些参数计算的污损保护值。

在使用一个以上的这些参数计算污损保护值的实施例中，如等式(17)中所示，可以使用权重因子。

权重因子可以根据水速和/或涂层技术进行建模，并且w_a、w_b和w_c之和建议为1。例如，在抛光涂层的情况下，并且对于固定的物体和低流速的水，w_a预期高于w_b；w_c也很重要。在没有污损控制剂的具有非抛光表面的固定物体的情况下，w_a为零，并且w_c大于w_b。

等式(17)的每个参数可以被归一化并且在0和1之间变化。

重要的是要注意，不同类型的海洋生物的污损保护值是不同的。P_a、P_b和P_c将会变化，因为例如不同的物种对不同的生物杀灭剂将会有不同的反应，将会更容易或更难从表面上去除和/或具有不同的附着于后者的趋势。

用于计算广义污损保护值的示例方程如下所示：

其中i是不同种类海洋生物的数量，P_i是特定种类的污损保护值，并且g_i是加权因子。

我们现在参考图8a至图8d，其示出了可以在本发明的实施例中响应于检测到的高风险污损状况而执行的示例控制动作。

图8a示出了可以在本发明的实施例中执行的示例控制动作，其中固定物体上的计算设备106或岸上计算设备108包括污损风险确定模块306。

具体地，图8a示出了可以响应于用户确认而执行的示例控制动作，该用户确认是响应于被监测的固定物体的表面的清洁度而采取动作。

如图所示，图8a包括对应于上述步骤S408的污损风险确定模块306输出存在高风险污损状况的控制信号的步骤。在图8a所示的实施例中，输出该控制信号以向用户警报高风险污损状况。具体地，控制信号控制输出设备以向用户警报高风险污损状况。

在固定物体上的计算设备106包括污损风险确定模块306的实施例中，在步骤S408处，污损风险确定模块306可以将向远程计算设备，诸如岸上计算设备108输出警报，用于输出给用户。这使得用户能够确定是否应该采取控制动作。附加地或备选地，在步骤S408处，污损风险确定模块306可以经由计算设备106的输出设备312输出警报，以供固定物体上的用户响应。

在岸上计算设备108包括污损风险确定模块306的实施例中，在步骤S408处，污损风险确定模块306可以经由计算设备108的输出设备312输出警报。

响应于污损风险确定模块306在步骤S407处输出污损风险值，或者在步骤S408处输出控制信号，在步骤S802处，污损风险确定模块306等待接收要采取动作的用户确认。

污损风险确定模块306可以响应于用户经由计算设备的输入设备(图3中未示出)提供输入而接收要采取动作的用户确认。如果控制信号被输出到远程计算设备，则污损风险确定模块306可以响应于接收经由接口316接收的确认消息而接收要采取动作的用户确认。

如果用户没有确认要采取动作，则过程400循环回到开始，在此处等待下一个采样时间(即，等待采样周期过去)。

如果用户确认要采取动作，污损风险确定模块306输出另一控制信号，以便适时采取适当的动作。这可以通过多种方式实现。

在一个示例中，在步骤S804处，污损风险确定模块306输出控制信号以启动对浸没在水中的固定物体部件的检查。

污损风险确定模块306可以将该控制信号输出到固定物体上的机器人102或固定物体上的遥控水下航行器，以启动对固定物体浸没在水中的部件的检查。可以理解，固定物体上的机器人102或遥控水下航行器可以通过穿过固定物体并且使用检查设备(例如，相机)来检查浸没在水中的部件，从而对浸没在水中的固定物体部件进行检查。备选地，污损风险确定模块306可以将该控制信号输出到固定物体上的远程计算设备，以提醒用户手动启动机器人102或遥控水下航行器(例如，游泳的遥控水下航行器)来检查浸没在水中的固定物体部件。在岸上计算设备108包括污损风险确定模块306的实施例中，远程计算设备可以对应于计算设备106。在计算设备106包括污损风险确定模块306的实施例中，远程计算设备可以对应于固定物体上的另外的计算设备(例如，固定物体工作者的移动计算设备)。

在另一个示例中，在步骤S808处，污损风险确定模块306向机器人102输出控制信号，以启动对浸没在水中的固定物体的表面的清洁。在岸上计算设备108包括污损风险确定模块306的实施例中，该控制信号可以经由固定物体上的计算设备106发送。可以理解，固定物体上的机器人102通过穿过固定物体同时使用清洁设备208来执行对浸没在水中的固定物体部件的清洁。

返回参考步骤S804，如果基于对浸没在水中的固定物体部件的检查，在步骤S806处确认浸没在水中的固定物体部件的表面被污损，则过程可以进行到上述步骤S808。在步骤S806处执行的浸没在水中的固定物体部件的表面被污损的确认可以由检查航行器(例如，机器人102或遥控水下航行器)通过处理由检查航行器的检查设备捕获的数据来自动执行。例如，在相机用于检查浸没在水中的固定物体部件的情况下，捕获的图像数据可以被处理以检测海洋污损。备选地，在步骤S806处执行的浸没在水中的固定物体部件的表面被污损的确认可以包括检查航行器将由检查航行器的检查设备捕获的数据传输到计算设备106、108。然后，用户可以查看接收到的数据，以确认浸没在水中的固定物体部件的表面是否被污损。如果用户没有确认浸没在水中的固定物体部件的表面被污损，则过程400循环回到开始，在此处等待下一个采样时间(即，等待采样周期过去)。

图8b示出了可以在本发明的实施例中执行的示例控制动作，其中固定物体上的计算设备106或岸上计算设备108包括污损风险确定模块306。

具体地，图8b示出了响应于被监测的浸没在水中的固定物体部件的清洁度而自动执行的示例控制动作(无需用户参与)。

如图8b中所示，响应于污损风险确定模块306在步骤S406处确定存在高风险污损状况，污损风险确定模块306在步骤S408处输出控制信号，以便适时采取适当的动作。

这些控制动作对应于参考图8a描述的那些。因此，在步骤S408处，污损风险确定模块306可以输出控制信号，以启动对浸没在水中的固定物体部件的检查，这在图8b中被示为步骤S408a。备选地，在步骤S408处，污损风险确定模块306可以向机器人102输出控制信号，以启动对浸没在水中的固定物体部件的清洁，这在图8b中被示为步骤S408b。

图8c示出了可以在本发明实施例中执行的示例控制动作，其中机器人102包括污损风险确定模块206。

具体地，图8c示出了可以响应于用户确认而执行的示例控制动作，该用户确认是响应于被监测的浸没在水中的固定物体部件的清洁度而采取动作。

如图所示，图8c包括对应于上述步骤S408的污损风险确定模块206输出存在高风险污损状况的控制信号的步骤。在图8c所示的实施例中，该控制信号可以输出到固定物体上的计算设备106或岸上计算设备108，以向用户警报高风险污损状况。具体地，控制信号控制远程设备来向用户警报高风险污损状况。这使得用户能够确定是否应该采取控制动作。

响应于污损风险确定模块206在步骤S407处输出污损风险值，或者在步骤S408处输出控制信号，在步骤S802处，污损风险确定模块206等待接收要采取动作的用户确认，例如通过接收经由接口216接收的确认消息。

如果用户没有确认要采取动作，则过程400循环回到开始，在此处等待下一个采样时间(即，等待采样周期过去)。

如果用户确认要采取动作，则污损风险确定模块206输出另一控制信号，以便适时采取适当的动作。这可以通过多种方式实现。

在一个示例中，在步骤S804处，污损风险确定模块206输出控制信号，以启动对浸没在水中的固定物体部件的检查。例如，污损风险确定模块206输出控制信号以启动机器人102的检查设备，并且控制机器人102行进以检查浸没在水中的固定物体部件的表面。

在另一个示例中，在步骤S808处，污损风险确定模块206输出控制信号，以启动对浸没在水中的固定物体部件的清洁。例如，污损风险确定模块206输出控制信号以启动机器人102的清洁设备208，并且控制机器人102行进以清洁浸没在水中的固定物体部件的表面。

返回参考步骤S804，如果基于浸没在水中的固定物体部件的检查，在步骤S806处确认浸没在水中的固定物体部件的表面被污损，则过程可以进行到上述步骤S808。在步骤S806处执行的浸没在水中的固定物体部件的表面被污损的确认可以由机器人102通过处理由检查航行器的检查设备捕获的数据来自动执行。例如，在相机用于检查浸没在水中的固定物体部件的情况下，捕获的图像数据可以被处理以检测海洋污损。备选地，在步骤S806处执行的浸没在水中的固定物体部件的表面被污损的确认可以包括机器人102将由机器人的检查设备捕获的数据传输到计算设备106、108。然后，用户可以查看接收到的数据，以确认浸没在水中的固定物体部件的表面是否被污损。如果用户没有确认浸没在水中的固定物体部件的表面被污损，则过程400循环回到开始，在此处等待下一个采样时间(即，等待采样周期过去)。

图8d示出了可以在本发明实施例中执行的示例控制动作，其中机器人102包括污损风险确定模块206。

具体地，图8d示出了可以响应于浸没在被监测的水中的固定物体部件的清洁度而自动执行的示例控制动作。

如图8d中所示，响应于污损风险确定模块206在步骤S406处确定存在高风险污损状况，污损风险确定模块206在步骤S408处输出控制信号，以便适时采取适当的动作。

这些控制动作对应于参考图8c描述的那些动作。因此，在步骤S408处，污损风险确定模块206可以输出控制信号，以启动对浸没在水中的固定物体部件的检查，这在图8d中被示为步骤S408a。备选地，在步骤S408处，污损风险确定模块206可以输出控制信号以启动对浸没在水中的固定物体部件的清洁，这在图8d中被示为步骤S408b。

上述过程400可以在固定物体的寿命期间执行多次。也就是说，过程400可以周期性地执行，例如以定义采样周期的固定时间间隔或以变化的时间间隔执行。

可以将固定物体分成不同的区域，并且可以使用上述过程400对每个区域进行不同的评估。

上面提到的对浸没在水中的固定物体部件的检查结果可以用于开发在过程400中的步骤S402、S404和S406中的一个或多个中使用的表达式和系数。

此外，如果确实进行清洁(例如，在上面提到的步骤S808或S408b)，则上面提到的一些参数可以被重置。例如，如果进行清洁，则基于污损保护值(在步骤S404处确定)和污损值(在步骤S402处确定)的污损风险评估可以改变，例如通过涂层的暴露历史突然改变的事实。就污损风险而言，清洗重置了表面条件，并且还可能通过去除沥滤层的部分、洗掉生物杀灭剂等来改变涂层表面本身。因此，可以通过增加污损保护值(其最大值为1)并且通过减少污损值(其最小值为0)来改变模型以适应该影响。污损风险值(在步骤S405处确定)也可以从进行清洁那天开始初始化，“忘记”历史，从而建立从清洁那天开始的瞬时风险值的新的移动平均值。

图9示出了用于清洁浸没在水中的固定物体表面的示例机器人102。机器人的轮子4是磁性的，以便附着在铁质结构上。机器人102由车轮4驱动，并且车轮4由电动机(未示出)驱动。在图9中，机器人102在透视图中示出为完全组装好。机器人1的底盘2是保持密封容器3的周边框架，该密封容器封装电源(例如电池)，并且可以包括图2中所示的一个或多个电气部件。容器3是防水和密封的，以防止水进入。两个梁“轴”5固定在底盘2上，这些梁5支撑车轮4以及车轮4的悬挂布置和转向机构的相关元件。机器人102包括清洁设备208，该清洁设备可以采取旋转圆柱刷的形式，并且也固定到底盘2。应当理解，图9仅示出了机器人102可以采取的一种示例形式，而其他示例也是可能的。

通常，本文描述的任何功能可以使用软件、固件、硬件(例如，固定逻辑电路)或这些实现方式的组合来实现。本文使用的术语“功能”和“模块”通常表示软件、固件、硬件或其组合。在软件实现方式的情况下，功能或模块代表当在处理器(例如，一个或多个CPU)上执行时执行指定任务的程序代码。程序代码可以存储在一个或多个计算机可读存储设备(例如，存储器210或存储器310)中。下面描述的技术的特征是独立于平台的，这意味着这些技术可以在具有各种处理器的各种商业计算平台上实现。

虽然已经参考优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (27)

1.一种监测固定物体的水下表面的清洁度的计算机实现的方法，所述方法在计算设备上执行，并且包括：

从所述计算设备的存储器中检索环境数据，所述环境数据与所述固定物体的环境条件相关联；

至少基于所述环境数据，确定指示所述表面暴露于的污损水平的污损值；

确定污损保护值，所述污损保护值定义了对与所述固定物体的表面相关联的污损的耐受性；以及

通过使用所述污损保护值和所述污损值确定污损风险值来标识所述固定物体的所述表面上的污损风险水平。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境数据包括与一个或多个环境参数中的每一个相关联的值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述环境数据与所述固定物体的地理位置相关。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述环境数据通过以下中的至少一个来感测：

所述固定物体上的一个或多个传感器；

清洁机器人上的一个或多个传感器，所述清洁机器人被配置成清洁所述固定物体的所述表面；

遥控水下航行器上的一个或多个传感器，所述遥控水下航行器被配置成检查所述固定物体的所述表面。

5.根据权利要求3所述的方法，其中与多个地理位置相关的环境数据存储在所述存储器中，并且与所述固定物体的所述地理位置相关的所述环境数据是使用所述固定物体的所述地理位置来检索的。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述污损值是指示在采样时间所述表面暴露于的污损水平的瞬时污损值，所述瞬时污损值通过计算多个风险参数的值的加权平均值来确定，所述多个风险参数包括在所述环境数据中定义的至少一个环境参数。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述污损风险值是基于以下因素确定的：(i)多个瞬时污损风险值，所述多个瞬时污损风险值中的每一个标识在一个时间段中的相应采样时间在所述固定物体的所述表面上的污损风险水平，以及(ii)与所述时间段相关的时间因子。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括通过确定所述污损风险值超过预定阈值来标识高风险污损状况，并且作为响应输出控制信号。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括输出所述污损风险值。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述污损风险值输出到所述计算设备的输出设备，或将所述污损风险值输出到远程计算设备。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括取决于接收到要执行控制动作的用户确认来输出控制信号。

12.根据权利要求8或11所述的方法，其中所述方法包括将所述控制信号输出到遥控水下航行器或被配置成清洁所述固定物体的所述表面的清洁机器人，以启动对所述固定物体的所述表面的检查。

13.根据权利要求8或11所述的方法，其中所述方法包括将所述控制信号输出到所述计算设备的输出设备或所述固定物体上的远程设备，以提醒用户启动对所述固定物体的所述表面的检查。

14.根据权利要求8或11所述的方法，其中所述方法包括将所述控制信号输出到被配置成清洁所述固定物体的所述表面的清洁机器人，以启动对所述固定物体的所述表面的清洁。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述固定物体或岸上监测站包括所述计算设备。

16.根据权利要求8或11所述的方法，其中所述计算设备是被配置成清洁所述固定物体的所述表面的清洁机器人，并且所述方法包括：

将所述控制信号输出到所述清洁机器人的检查设备，以启动对所述固定物体的所述表面的检查；或者

将所述控制信号输出到所述清洁机器人的清洁设备，以启动对所述固定物体的所述表面的清洁。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中对所述控制信号的输出还基于接收到要执行控制动作的用户确认。

18.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述污损保护值是基于定义所述表面对污损的吸引力的值来确定的。

19.根据权利要求18所述的方法，其中定义所述表面对污损的吸引力的所述值是基于以下一个或多个来确定的：(i)所述表面的表面能，(ii)所述表面的形貌，(iii)所述表面的孔隙率，(iv)所述表面的弹性，以及(v)所述表面的颜色。

20.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述污损保护值是基于定义水在所述表面上移动对所述表面的影响的值来确定的。

21.根据权利要求20所述的方法，其中定义水在所述表面上移动对所述表面的影响的所述值是使用水速以及以下一个或多个来确定的：(i)所述表面的表面能，(ii)所述表面的形貌，以及(iii)所述表面的孔隙率。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中提供所述表面的涂层是抛光涂层，并且定义水在所述表面上移动对所述表面的影响的所述值是使用与所述涂层相关联的抛光率来确定的。

23.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中提供所述表面的涂层包括污损控制剂，并且所述污损保护值是基于定义所述污损控制剂的效果的值来确定的。

24.根据权利要求2或任何从属于权利要求2的权利要求所述的方法，其中所述一个或多个环境参数包括以下一个或多个：(i)与所述固定物体的水生环境的温度相关的参数；(ii)与所述固定物体的所述水生环境的水深相关的参数；(iii)与所述固定物体和海岸线之间的距离相关的参数；(iv)与一天的长度相关的参数；(v)与所述水生环境中的光强度相关的参数；(vi)与所述水生环境中叶绿素的量相关的参数；(vii)与所述水生环境的盐度水平相关的参数；(viii)与所述水生环境的pH水平相关的参数；(ix)与所述水生环境中的营养水平相关的参数；(x)与所述水生环境中二氧化碳的量相关的参数；(xi)与所述水生环境中溶解在水中的气态氧的量相关的参数；以及(xii)与所述水生环境中的水速相关的参数。

25.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法周期性地执行。

26.一种包括指令的计算机可读存储介质，当由计算设备的处理器执行时，所述指令使得所述处理器执行根据任一前述权利要求所述的方法。

27.一种用于监测固定物体的水下表面的清洁度的计算设备，所述计算设备包括处理器，所述处理器被配置成：

从所述计算设备的存储器中检索环境数据，所述环境数据与所述固定物体的环境条件相关联；

至少基于所述环境数据，确定指示所述表面暴露于的污损水平的污损值；

确定污损保护值，所述污损保护值定义对与所述固定物体的表面相关联的污损的耐受性；以及

通过使用所述污损保护值和所述污损值确定污损风险值来标识所述固定物体的所述表面上的污损风险水平。