中国水下机器人行业分析

水下机器人行业专题研究报告

青岛云潮未来科技有限公司

二〇二三年七月

核心观点：未来中国水下机器人行业市场规模以及中国海洋经济将呈现稳定增长的趋势；中国水下机器人智能化和水下机器人硬件国产化将进一步发展。

一、水下机器人综述

水下机器人是可潜入水中代替或辅助人类进行水下极限作业的机器人。通过水下目标探测识别、水下定位、实时视频传输、声呐图像绘制等高新科学技术，水下机器人可实现石油开发、地貌勘察、科研、水产养殖、水下船体检修清洁、潜水娱乐、城市管道检测等功能，水下机器人已经成为开发海洋的重要工具。2014至2021年，我国水下机器人行业市场规模由12.4亿元增长至87.4亿元。2022年我国水下机器人行业市场规模超百亿，达110.2亿元，较上年同比增长26.1%。未来五年，预计中国水下机器人行业将不断增长，同时，水下机器人的核心硬件国产化也将促进水下机器人行业进一步发展。

（一）应用场景及分类

1.应用场景

一是工业军事领域，水下机器人已广泛应用于包括海洋工程、港口建设、海洋石油、海事执法取证、科学研究和海军防务等诸多领域，用以完成水下搜救、探测打捞、深海资源调查、海底线管敷设与检查维修、水下考古、电站及水坝大坝检测等各项工作。目前市场对水下机器人的需求分观察探测型和作业型两种。观察型配备有水下电视和照相设备，针对水下特定目标进行定期观察和检查;作业型可针对不同的要求，还配备前视声呐、侧扫声呐、海底绘图、海底剖面等设备和各种机械手等，进行简单的水下作业。二是娱乐探索领域，水下机器人还有一个巨大的市场，那就是被从业者和资本普遍看好的个人娱乐消费C端。在国内的商用级市场，海洋馆、游乐场、科技馆等娱乐场所对水下机器人也有着强烈的需求，它们需要水下机器人监控水域环境，实时进行信息反馈，避免人员溺水和伤亡事件的发生。而随着消费结构的升级和政府对海洋资源开发力度的增加，越来越多的人对深水运动感兴趣，渴望探索到精彩的水下世界。

2.水下机器人分类

从种类上看，一是根据是否载人可以将潜水器分为载人潜水器和无人潜水器两类。无人潜水器按照与水面支持系统间联系方式的不同可以分为有缆遥控水下机器人(remotely operated vehicle，简称ROV)、无缆水下机器人（autonomous underwater vehicle，简称AUV)）两种。有缆水下机器人都是遥控式的，根据运动方式不同可分为拖曳式、(海底)移动式和浮游(自航)式三种。

二是根据产品市场定位分类，目前主流水下机器人大制可分为消费级、工业级、军工级三大类。三是根据产品外形分类，目前也有仿生水下机器人和普通水下机器人

消费型水下机器人又可分为娱乐与教育两类。娱乐类主要产品形态为水下推进器与水下拍摄机器人。推进器结构较为简单，包括推进器壳体、电池、控制装置、驱动电机、传动装置、螺旋桨及浮力装置7部分；工业级水下机器人由于各行业的需求不同导致工业级水下机器人产品种类众多，总体上看是在推进系统与拍摄系统的基础之上加装机械臂、声、光、电等各类检测、维修的专业设备，根据行业的不同，设备加装的整合方案都会存在差异，技术实现要求高。现阶段最直观判断性能要求的方式是看本体体积大小，本体越大，说明其性能越高，对技术的要求也会更高，多为定制机器人；军工级水下机器人因国家战略技术储备需求而发展，与娱乐和工业的显著差别在于成本高、技术难度大、研发周期长等。军工级水下机器人对自身的极限在做出各种挑战与突破，重点对侦察、监听、探测与摧毁水雷、反潜作战等方面进行研究，并且对仿生能力做出要求，我国部分项目已经可以做到雷达无法探索到的能力。

（二）水下机器人的关键技术

海底工作环境复杂恶劣，深海水压高，能见度低，因此为实现相关海底作业要求，对ROV有多项技术要求，包括设备密封技术、运动控制技术、导航定位技术、视觉传感技术、仿真技术及特殊功能扩展技术等，均是技术难题。

1、总体技术

水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，涉及到的专业学科多达几十种，各学科之间彼此互相牵制，单纯地追求单项技术指标，就会顾此失彼。解决这些矛盾除有很强的系统概念外，还需加强协调。在满足总体技术要求的前提下，各单项技术指标的确定要相互兼顾。

2、设计技术

一是仿真技术，多用于军事。水下机器人工作在复杂的海洋环境中，由智能控制完成任务。由于工作区域的不可接近性，使得对真实硬件与软件体系的研究和测试比较困难。为此在水下机器人的方案设计阶段，要进行仿真技术研究，内容主要分为平台运动仿真和控制硬软件仿真两部分。二是外形设计，为适应较大范围的航行，从流体动力学角度来看，水下机器人的外形采用低阻的流线型体。结构尽可能采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料。

3、智能控制技术

智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务，因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。

智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成，相当于人的大脑和神经系统。软件体系是水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据（信息）与控制流、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的，也是提高智能水平（自主性和适应性）的关键技术之一。不断改进和完善体系结构，加强对未来的预报预测能力，使系统更具有前瞻性和自主学习能力。

水下目标探测与识别技术

目前，水下机器人用于水下目标探测与识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。

5、水下导航(定位)技术

用于自主式水下机器人的导航系统有多种，如惯性导航系统、重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统、引力导航系统、长基线、短基线和光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统等，由于价格和技术等原因，目前被普遍看好的是光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统，该系统无论从价格上、尺度上和精度上都能满足水下机器人的使用要求，国内外都在加大力度研制。

6、通讯技术

水下机器人对摄像头、推进器和无线通信等设备也有较高的要求。因为水下机器人潜入水中工作时需要摄像头、推进器以及通信设备的配合，才能顺利将拍摄到的水下情况传回。为了有效的监测、传输数据﹑协调和回收等，水下机器人需要通讯。目前的通讯方式主要有光纤通讯、水声通讯。

7、能源系统技术

水下机器人、特别是续航力大的自主航行水下机器人，需要具有体积小、重量轻、能量密度高、多次反复使用、安全和低成本的能源系统。

8、密封技术

水下无人机首先要面对的是设备的密封性。水下机器人内部有电路、电机等众多电子元器件，行业内为了解决设备防水问题，会采取两种做法：一是加固设备外壳的密封性；二是内部设置密封舱，以起到保护内部元器件的作用。

中国水下机器人行业市场分析

（一）发展历程

中国的水下机器人行业起步晚，发展至今可分为早期探索阶段和初步发展阶段，目前行业处在起步阶段，市场格局未定，未来发展空间广阔。

表1 全球部分国家水下机器人行业发展现状

1.早期探索阶段（1985-2010年）

中国水下机器人行业起步晚，1985年中国科学院沈阳自动化研究所和上海交通大学合作研制出中国第一台有缆遥控水下机器人“海人一号”。1988年，无人遥控潜水器又得到长足发展，猛增到958艘，比1981年增加了110%。2009年10月，中国水下机器人首次在北冰洋海域水下调查作业中投入使用。中国科研院校及企业对水下机器人的研究力度不断增大，水下机器人技术日益发展。

2.初步发展阶段（2011年至今）

对海域的探索研究及海洋经济的兴起推动中国水下机器人行业不断发展。2015年3月19日，中国自主建造的首艘深水多功能工程船——海洋石油286进行深水设备测试，首次用水下机器人将五星红旗插入近3000米水深海底，这是国内首次用水下机器人将五星红旗插入近3000米水深的南海。2019年1月7日，我国极地科学考察再度完成了无人自主水下机器人探测南极海洋环境的试验。同时2021年10月7日，我国“探索4500”自主水下机器人也成功完成第12次北极科考。可以说，经过多年的“走南闯北”，如今水下机器人已成为各种军事科研活动的必备。

（二）市场现状

水下机器人属于技术密集型行业，行业准入门槛较高，目前国内相关企业数量较少，市场格局较为分散，集中度低，尚未形成集聚效应，技术水平仍存在提升空间。水下机器人行业处于发展阶段，未来在国家政策大力支持海洋资源开发和推动水下机器人发展背景下，国内水下机器人企业将不断增加，行业发展潜力巨大。预计2027年我国水下机器人市场规模将超400亿元。

表1 全球部分国家水下机器人行业发展现状

1.市场规模

水下机器人应用领域广泛，随着海洋经济不断发展以及海洋资源成为国际社会中国家之间竞争的重要资源，我国水下机器人行业加速发展。2014-2021年我国水下机器人行业市场规模由12.4亿元增长至87.4亿元。2022年我国水下机器人行业市场规模超百亿，达110.2亿元，较上年同比增长26.1%。

2.市场结构

从应用领域看，水下机器人分为资源勘查类、安全检测类、搜索救援类、商业及个人娱乐类、调查研究类、水产养殖类、铺设线缆类。其中资源勘查类、安全检测类、搜索救援类、商业及个人娱乐类水下机器人需求较高，2020年市场占比分别为41.59%、33.45%、11.75%、10.85%，其余类型水下机器人需求占比不足1%。

从类型看，水下机器人分为载人潜水器和无人潜水器。无人潜水器又可分为有缆水下机器人（ROV）和无缆水下机器人（AUV）两类。其中有缆水下机器人（ROV）为国内水下机器人市场主流产品，应用最为广泛。据数据，2021年我国有缆水下机器人（ROV）占比达78.98%，无缆水下机器人（AUV）占比21.02%。

3.产业链

中国水下机器人行业产业链上游参与主体为核心硬件供应企业和核心技术系统研发企业，中游参与主体为水下机器人产品生产制造企业，下游涉及水下机器人产品的各个应用领域。

中国水下机器人行业产业链上游参与主体为核心硬件供应企业与核心技术系统研发企业。一是核心硬件供应企业，水下机器人核心硬件包括单片机、推进器、声呐、传感器等。水下机器人核心硬件成本在其生产制造成本中所占比重约为30%，因此核心硬件的价格及供应量的波动是决定水下机器人价格的关键因素，核心硬件供应企业议价能力高。二是核心技术系统研发企业，水下机器人技术密集性高、系统性强，其核心技术系统成本占比约为10%。

中国水下机器人行业产业链中游参与主体为水下机器人生产制造企业。水下机器人生产制造企业通过向上游硬件供应企业采购单片机、芯片、推进器、声纳、传感器等核心硬件，融入核心技术系统，实现水下机器人的生产制造。水下机器人需深入复杂的海底环境中进行作业，各应用场景对水下机器人运动控制功能、设备密封功能、耐腐蚀功能等要求极高。为生产制造出符合上诉条件的水下机器人，企业需不断进行更新改良，因此水下机器人中游生产及人工成本高，对下游议价能力强。

中国水下机器人产业链下游涉及水下机器人各应用领域，包括海洋工程、水产养殖、科学研究、水下娱乐、城市管道检查清洁等领域。

4.市场前景

一是海洋资源开发促进水下机器人行业发展。目前，全球有71%的水域面积，中国拥有的海域面积近 300 万平方公里，以及长达3.2 万公里的海岸线，覆盖包括台湾在内的10个省份，上海、天津两个直辖市以及香港、澳门，这些均为水下机器人产业的发展提供了广阔的空间。《2022年中国自然资源统计公报》显示，2022年中国海洋生产总值为94628亿元，比上年增长1.9%，占国内生产总值的比重为7.8%。近年来，中国海洋经济稳步发展。2021年中国海洋经济总量首次突破9万亿元，达90385亿元，比上年增长8.3%，对国民经济增长的贡献率为8.0%，海洋经济发展逐渐成为拉动中国国民经济发展的有利引擎。我国水下机器人相关企业数量较少，市场格局较为分散。预计随着我国大力开发海洋资源，国内水下机器人企业数量不断增加，我国已成为全球最大水下机器人生产国。未来在国家政策大力支持海洋资源开发背景下，国内水下机器人企业将不断增加，行业发展潜力巨大。

二是水下娱乐行业迅速发展促进水下机器人行业发展。随着水下机器人技术不断发展、居民经济水平逐渐提高，中国居民对水下领域的探索及娱乐需求日益增长，水下机器人市场正逐渐从军工领域向民用领域扩张。近年来，我国水上运动产业得到了快速发展，体育总局、国家发展改革委、水利部等9部门联合印发《水上运动产业发展规划》提出基本形成组织机构完善、管理制度健全、俱乐部布局合理、产业带动明显、赛事活动成熟和群众基础坚实的水上运动健身休闲环境，以及到2020年推动水上运动产业总规模达到3000亿元，水上运动俱乐部达到1000个等发展目标。西方发达国家每年将近三分之一的时间都在水上休闲时光度过，所以水上运动娱乐产业在北美，西欧等国际市场均已达到了饱和状态，而在亚洲地区的水上运动产业市场则呈现出持续增长的态势，随着社会公众运动意识的增强及消费理念的转变，预计未来的亚洲水上休闲运动市场经济的发展将会达到近万亿的数值。水下机器人拥有自动平衡、人工智能、视觉等技术，可以满足消费者对水域的探索及娱乐需求，推动水下机器人行业的发展。

中国水下机器人行业机遇

（一）制约因素

1.缺乏成熟的综合性技术

中国水下机器人行业起步晚，相关高新科学技术与欧美发达国家差距大。水下机器人涉及密封性技术、抗压技术、能源技术、控制系统等高难度学科领域，是多项高新科学技术的集成，中国水下机器人技术系统仍存在缺陷

2.人才问题

目前，我国水下机器人发展过程中，既懂软件、通信、又懂电路、设计以及加工的复合型人才十分缺乏。而且受限于体制的原因，即便水下机器人行业有了这类复合型人才，他们也无法享受更高的待遇，以至于人才的流失也较为严重。另外据调查显示，现阶段已有的水下机器人项目案例中，真正被有效利用的仅为50%左右，其中的原因之一，就是因为这些机构缺乏这类复合型人才。

3.价格问题

水下机器人自身结构复杂，在研制时需多次进行水下试验，资金耗费巨大，研制时间阵线长，且产品生产未能真正实现产业化，致使水下机器人价格昂贵，在中国市场普及率低。应用于海洋工程等领域的水下机器人价格在几十万到上千万元之间，高昂的价格限制了水下机器人在民用领域的普及。而应用于水中摄影等娱乐领域的水下机器人技术功能简单，无法真正满足消费者对水下娱乐的需求，限制了水下机器人市场规模的扩大。

（二）国家政策分析

中国政府相继出台了《中国制造2025》、《机器人产业发展规划 (2016-2020年)》等多项政策，从水下机器人行业标准、国家扶持政策环境等多方面进行部署，中国水下机器人行业未来发展空间广扩。