水下機器人市場現狀及趨勢分析
1.水下機器人簡介
1.1水下機器人定義
水下機器人是可潛入水中代替或輔助人類進行水下極限作業(yè)的機器人。通過水下目標探測和識別、水下導航定位、水下通信等高新科學技術，水下機器人可實現水下打撈救援、水下探測、水下資源開采、水下娛樂等功能。根據支持系統聯系方式不同，水下機器人可分為載人潛水器（HOV）、有纜水下機器人（ROV）和無纜水下機器人（AUV）。其中ROV為國內水下機器人市場主流產品，應用最為廣泛，根據移動方式不同，ROV可分為拖曳式、移動式、浮游式水下機器人。水下機器人是一種技術密集性高、系統性強的工程，涉及到的專業(yè)學科多達幾十種，主要包括仿真、智能控制、水下目標探測與識別、水下導航(定位)、通訊、能源系統等六大技術。
1.2水下機器人類型
從種類上看，根據是否載人可以將潛水器分為載人潛水器和無人潛水器。
載人潛水器由人工輸入信號操控各種動作，由潛水員和科學家通過觀察窗直接觀察外部環(huán)境。 其優(yōu)點是由人工親自做出各種核心決策，便于處理各種復 雜問題，但是人生命安全的危險性增大，由于載人需要足夠的耐壓空間、可靠的生命安全保障和生命維持系統，這將為潛水器帶來體積龐大、系統復雜、造價高昂、工作環(huán)境受限等不利因素。
狹義上的水下機器人是指無人潛水器。無人潛水器按照與水面支持系統間聯系方式的不同可以分為有纜遙控水下機器人(remotely operated vehicle，簡稱 ROV)、無纜水下機器人 (autonomous underwater vehicle，簡稱 AUV))兩種。
1.2.1 有纜水下機器人
有纜水下機器人都是遙控式的，根據運動方式不同可分為拖曳式、(海底)移動式和浮游(自航)式三種。
有纜水下機器人(ROV)需要由電纜從母船接受動力，并且 ROV 不是完全自主的，它需要人為的干預。主要由水面設備(包括操縱控制臺、電纜絞車、吊 放設備 、供電系統等)和水下設備(包括中繼器和潛水器本體)組成。潛水器本 體在水下靠推進器運動，本體上裝有觀測設備(攝像機、照相機、照明燈等)和作業(yè)設備(機械手、切割器、清洗器等)。潛水器的水下運動和作業(yè)，是由操作員在水面母艦上控制和監(jiān)視，電纜向本體提供動力和交換信息，中繼器可減少電纜對本體運動的干擾。由于人們通過電纜對ROV進行遙控操作，電纜對ROV像“臍帶”對于胎兒一樣至關重要，但是由于細長的電纜懸在海中成為 ROV最脆弱的部分，大大限制了機器人的活動范圍和工作效率。
1.2.2 無纜水下機器人
無纜水下機器人一般是自治式機器人，它能夠依靠本身的自主決策和控制能力高效率地完成預定任務，在一定程度上代表了目前水下機器人的發(fā)展趨勢。
無纜水下機器人(AUV)又稱智能水下機器人，是將人工智能、探測識別、信息融合、智能控制、系統集成等多方面的技術集中應用于同一水下載體上，在沒有人工實時控制的情況下，自主決策、控制完成復雜海洋環(huán)境中的預定任務使命的機器人。它能對觀測信息進行加工，建立環(huán)境和內部狀態(tài)模型。操作人員通過人機交互系統以面向過程的抽象符號或語言下達命令，并接受經計算機加工處理的信息，對潛水器的運行和動作過程進行監(jiān)視并排除故障。操作人員僅下達總任務，機器人就能根據識別和分析環(huán)境，自動規(guī)劃行動、回避障礙、自主地完成指定任務。
圖 1 水下機器人類型
2.水下機器人市場分析
2.1水下機器人應用場景
水下機器人為服務類機器人，具有60多年的發(fā)展歷程。水下機器人的研究方向以無人化為主，使其可在高危險、被污染以及零可見度的水域環(huán)境下工作，配備聲吶系統、攝像機、照明燈和機械臂等裝置，可以完成實時視頻傳輸、聲吶圖像繪制，抓起重物等各種專業(yè)操作。目前，水下機器人已經在海洋探索、漁業(yè)養(yǎng)殖、水下檢測維修、搜救、消費娛樂、軍事、教育等領域廣泛應用。
根據產品市場定位分類，目前主流水下機器人大制可分為消費級、工業(yè)級、軍工級三大類。
2.1.1 消費級水下機器人
消費型水下機器人又可分為娛樂與教育兩類。娛樂類主要產品形態(tài)為水下推進器與水下拍攝機器人。推進器結構較為簡單，包括推進器殼體、電池、控制裝置、驅動電機、傳動裝置、螺旋槳及浮力裝置7部分。通過手持推進器的方式提控制在水中的活動，調節(jié)推進器的轉速獲得不同程度的助力提高游行速度，推進器不僅可以在水面使用協助游泳初學者學習游泳，而且可以將游泳者帶入水下30m深的世界協助潛水愛好者進行觀光、探險等活動。
2.1.2工業(yè)級水下機器人
由于各行業(yè)的需求不同導致工業(yè)級水下機器人產品種類眾多，總體上看是在推進系統與拍攝系統的基礎之上加裝機械臂、聲、光、電等各類檢測、維修的專業(yè)設備，根據行業(yè)的不同，設備加裝的整合方案都會存在差異，技術實現要求高?，F階段最直觀判斷性能要求的方式是看本體體積大小，本體越大，說明其性能越高，對技術的要求也會更高。
2.1.3軍工級水下機器人
軍工級水下機器人因國家戰(zhàn)略技術儲備需求而發(fā)展，與娛樂和工業(yè)的顯著差別在于成本高、技術難度大、研發(fā)周期長等。軍工級水下機器人對自身的極限在做出各種挑戰(zhàn)與突破，重點對偵察、監(jiān)聽、探測與摧毀水雷、反潛作戰(zhàn)等方面進行研究，并且對仿生能力做出要求，我國部分項目已經可以做到雷達無法探索到的能力。
圖 2 水下機器人的應用范圍
2.2水下機器人市場規(guī)模
2014年全球水下機器人行業(yè)市場規(guī)模大約15.91億美元，到2019年達到31.75億美元，預測2025年有望達到91.20億美元。
圖 3 全球水下機器人市場規(guī)模
隨著海洋經濟的發(fā)展及海洋生產總值的不斷增加，開發(fā)利用海洋資源逐漸成為國家間競相發(fā)展的戰(zhàn)略，水下機器人作為深入水下進行作業(yè)的重要工具，市場需求量大幅上升。同時，中國國務院在《中國制造2025》及“十三五”規(guī)劃綱要等國家政策中提出要重點發(fā)展機器人等高性能設備，積極鼓勵中國企業(yè)進行技術及產業(yè)創(chuàng)新，中國政策扶持促進水下機器人行業(yè)發(fā)展。2014年至2018年，中國水下機器人行業(yè)市場規(guī)模由12.4億元上升至40.7億元，年復合增長率為34.6%。
圖 4 中國水下機器人行業(yè)市場規(guī)模
目前，水下機器人主要的應用場景在消費、工業(yè)及軍工方向，以下我們將從這三個領域來梳理整個水下機器人的市場規(guī)模。
（1）消費領域
2016年11月，體育總局出臺《水上運動產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，對水上運動的運動設施建設、賽事活動供給、培養(yǎng)多元主體、引導水上消費等角度提出了眾多發(fā)展規(guī)劃和指導，并提出到2020年，水上運動產業(yè)總規(guī)模達到3000億元，水上運動俱樂部達到1000個，全國水上（海上）國民休閑運動中心達到10個等發(fā)展目標。除政策推動，民眾需求、旅游發(fā)展等因素均在推動潛水產業(yè)快速發(fā)展。據公開數據顯示，我國潛水產業(yè)近十年的旅客人數參與度維持在30%以上的增速，截至2017年，我國潛水服務市場規(guī)模超30億人民幣。
（2）工業(yè)領域
據公開數據顯示，到2020年我國民用水下機器人市場規(guī)模將達到580.65億元，其中資源勘查類水下機器人市場規(guī)模為241.5億元，市場占比41.59%；安全監(jiān)測類水下機器人市場規(guī)模分為194.3億元，市場占比為33.45%；搜索救援類機器人市場規(guī)模將達到68.3億元，市場份額為11.75%。
（3）軍工領域
據財政部公開數據顯示，2018年我國國防支出費用達到11070億人民幣，相比2017年的10173億人民幣同比增加8.1%，相比之前有了大幅增長，且未來在科技研發(fā)上的投入支出力度將持續(xù)加大。
2.3水下機器人服務商
水下機器人行業(yè)產業(yè)鏈上游參與主體為核心硬件供應企業(yè)和核心技術系統研發(fā)企業(yè)，中游參與主體為水下機器人產品生產制造企業(yè)，下游涉及水下機器人產品的各個應用領域。
圖 5 中國水下機器人行業(yè)產業(yè)鏈
全球水下機器人行業(yè)三巨頭分別為3M、宣偉涂料、Swarco AG，三家企業(yè)的水下機器人2018年總銷售額約4億美金，占全球總銷售額的20%。中國水下機器人行業(yè)起步晚，行業(yè)集中度低，尚未形成集聚效應，技術水平仍存在提升空間。
消費級水下機器人以消費級水下娛樂拍攝機器人和水下助推板為切入點，消費級產品體系初步建立后開始向工業(yè)級產品發(fā)展，逐步擴展應用情景和行業(yè)，不斷完善產品生態(tài)，該類公司典型代表為吉影科技、微孚智能等。
工業(yè)級水下機器人深扎垂直行業(yè)，錨定某個工業(yè)級應用場景，解決痛點問題。該類公司中的三家典型代表分別是大力金剛科技、海之星OStar和山東未來機器人。
軍工級水下機器人依托高校和科研院所的深厚技術積淀和成果積累，早期主打軍工、大B市場，后期將技術成果民用化，進入消費級市場，典型代表為國內水下機器人行業(yè)兩個巨頭——深之藍、博雅工道。
圖 6 中國水下機器人行業(yè)龍頭企業(yè)簡介
3.水下機器人未來發(fā)展分析
3.1未來市場趨勢
中國水下機器人行業(yè)政策及監(jiān)管分析為保障水下機器人行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展．中國政府相繼出臺了《中國制造2025》、《機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016一2020）》、《“智能機器人”重點專項2017年度項目申報指南》及《交通強國建設綱要》等多項政策。從水下機器人行業(yè)標準、國家扶持政策環(huán)境等多方面進行部署。中國水下機器人行業(yè)未來發(fā)展空間廣闊。
表 1 中國水下機器人行業(yè)相關政策政策
3.2行業(yè)發(fā)展建議
3.2.1 水下作業(yè)環(huán)境額復雜性促進水下機器人智能化趨勢
隨著人工智能等高新技術高速發(fā)展，中國水下機器人逐漸呈現智能化發(fā)展趨勢，不僅可通過遠程控制，還可根據作業(yè)現場情況，在無人操控的情況下自主進行水下勘探、監(jiān)測、采集樣本等作業(yè)。水下機器人工作環(huán)境具有復雜性與未知性，研究人員需不斷完善水下機器人現有智能體系結構，采用多種探測與識別技術相結合的方式以提升水下機器人環(huán)境感知與目標識別能力，使水下機器人與外界環(huán)境產生交互作用以適應作業(yè)環(huán)境，并通過處理所收集信息的處理進行水下機器人運動控制與規(guī)劃決策。
3.2.2 產業(yè)升級推動水下機器人核心硬件國產化發(fā)展趨勢
從宏觀角度看，國務院在《中國制造2025》及“十三五”規(guī)劃綱要等國家政策中提出中國將大力推進智能機器人等高性能設備發(fā)展，積極鼓勵中國企業(yè)進行技術及產業(yè)創(chuàng)新，重點培育頭部企業(yè)，帶動行業(yè)整體發(fā)展。中國水下機器人核心硬件技術與國際先進技術間差距大，核心硬件設備進口價格高昂，是制約中國水下機器人市場化發(fā)展的主要因素之一，實現核心硬件國產化將促進中國水下機器人行業(yè)高速發(fā)展。中國水下機器人核心硬件在其生產制造成本中占比約為30％，核心硬件國產化可大幅降低水下機器人生產制造成本、提高企業(yè)利潤率，加速水下機器人市場化進程。
