大連海事大學(xué)航海學(xué)院 張樹凱 劉正江 張顯庫 劉 玉

無人船艇的發(fā)展及展望*

大連海事大學(xué)航海學(xué)院 張樹凱 劉正江 張顯庫 劉 玉

近年來，無人船艇受到越來越多的關(guān)注。對無人船艇的基本概念、發(fā)展歷程、研究中涉及的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢等問題進(jìn)行綜述。鑒于無人船艇在應(yīng)用方面的廣闊前景，特別是隨著通信技術(shù)、人工智能等新技術(shù)、新理念的迅速發(fā)展，無人船艇的研究有了科技支撐。在未來，無人船艇有可能帶來航運(yùn)業(yè)的革命，改變航運(yùn)業(yè)的面貌。誰站在技術(shù)的前沿，誰就有可能成為相關(guān)巨大市場的孕育者和占有者。

無人船艇；發(fā)展歷程；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用前景

近年來，無人駕駛汽車逐漸為大眾所熟悉。谷歌公司是無人駕駛汽車研發(fā)領(lǐng)域的先鋒。2014年5月，該公司宣布其無人駕駛汽車項目正在向排除人為干預(yù)的全自動方向發(fā)展，期望幾年內(nèi)能開展公路試駕。無人機(jī)也在試圖走進(jìn)人們的生活。除軍事用途外，亞馬遜創(chuàng)始人貝索斯在2013年12月宣布利用無人機(jī)開展遞送服務(wù)的計劃。在無人駕駛領(lǐng)域，相比于無人機(jī)、無人汽車，無人船艇的發(fā)展處于相對落后的狀態(tài)。

智能化一直是船舶發(fā)展的趨勢。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新理念、新技術(shù)的突飛猛進(jìn)，船舶自動化水平不斷提高，無人船艇的實現(xiàn)有了科技支撐，無人駕駛船舶航行于全球有了實現(xiàn)的可能性。

一、無人船艇的發(fā)展回顧

無人船艇包括具有自主規(guī)劃、自主航行、自主環(huán)境感知能力的全自主型無人船艇，以及非自主航行的遙控型無人船艇和按照內(nèi)置程序航行并執(zhí)行任務(wù)的半自主型無人船艇。它集船舶設(shè)計、人工智能、信息處理、運(yùn)動控制等專業(yè)技術(shù)為一體，研究內(nèi)容涉及自動駕駛、自主避障、規(guī)劃與導(dǎo)航、模式識別等多方面，可根據(jù)其作戰(zhàn)或使用功能的不同，采用不同的模塊，搭載不同的傳感器及設(shè)備，執(zhí)行情報收集、監(jiān)視偵察、掃雷、反潛、反恐、精確打擊、搜尋救助、水文地理勘察、中繼通信等任務(wù)。［1-5］

1. 早期的無人船艇

無人船艇的發(fā)展最早可追溯到1898年，當(dāng)時著名發(fā)明家尼古拉·特拉斯發(fā)明了名為“無線機(jī)器人”的遙控艇。無人艇在實戰(zhàn)中的首次亮相是在二戰(zhàn)時期，最初只作為一次性的制導(dǎo)武器使用。在諾曼底登陸戰(zhàn)役期間，盟軍曾設(shè)計出一種裝載煙幕劑的可按預(yù)定航向自動駛往目的海域的無人艇，以達(dá)到戰(zhàn)略欺騙和作戰(zhàn)掩護(hù)的作戰(zhàn)需要。二戰(zhàn)后期，美國海軍曾通過在小型登陸艇上加裝無線電控制的操舵裝置和掃雷裝置，用于淺海雷區(qū)掃雷作業(yè)。二戰(zhàn)結(jié)束后，無人艇主要用于掃雷和戰(zhàn)場損傷評估等任務(wù)。［6-8］這些早期的無人艇大多由電纜發(fā)送的導(dǎo)航信號或母艦通過無線電控制，自主活動能力非常有限。

20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)曾利用小型遙控式無人水面艇，用于向敵艦發(fā)動自殺式攻擊；［9］在60年代后期，美國將V-8汽油機(jī)驅(qū)動的7 m長玻璃鋼小艇改裝為“拖鏈?zhǔn)健边b控掃雷艇，以執(zhí)行越南境內(nèi)的掃雷作業(yè)。［8］20世紀(jì)七八十年代，由于技術(shù)的限制，無人船艇的發(fā)展并未獲得很大突破，主要用于軍事演習(xí)和火炮射擊的海上靶標(biāo)。［10］

20世紀(jì)90年代，隨著人們對無人船艇認(rèn)識的深入，無人水面艇在反潛、反水雷、海上偵察監(jiān)視、目標(biāo)搜索等方面的潛能漸漸顯露出來。美國研制的“遙控獵雷作戰(zhàn)原型艇”（Remote Mine-hunting Operational Prototype，RMOP）在1997年1月成功以“庫欣”號驅(qū)逐艦作為母船進(jìn)行了海上獵雷行動演習(xí)。［8］在這期間，美國NavTec公司研發(fā)的噴水動力的“Owl MK II”號無人艇在隱蔽性和配重能力上有顯著提高，并具有側(cè)掃聲吶和攝像功能。［11］

2. 現(xiàn)代無人船艇

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著通信、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，制約無人船艇發(fā)展的諸多技術(shù)瓶頸得以部分解決，各國加大了無人船艇的研發(fā)力度，無人船艇迎來了一段高速發(fā)展期。

美國海軍水下作戰(zhàn)中心聯(lián)合Radix Marine公司、Northrop Grumman公司和Raytheon公司于2002年起合作開發(fā)“斯巴達(dá)偵察兵”（Spartan Scout）號無人艇，如圖1所示。其目標(biāo)是研發(fā)具有模塊化、可重構(gòu)、多任務(wù)、高速、半自主航行的無人船艇。［12］“斯巴達(dá)偵察兵”是一艘可充氣的硬質(zhì)船艇，船長11 m，航速可達(dá)50 kn。目前能夠完成情報收集、監(jiān)視和偵察、反潛、精確打擊等任務(wù)。

圖1　“Spartan Scout”號無人艇

以色列擁有豐富的無人船艇研制技術(shù)。由以色列研發(fā)的“保護(hù)者”（Protector）號無人艇于2003年向以色列國防軍交付，見圖2?！氨Ｗo(hù)者”是一艘硬殼充氣艇，船長11 m，船速可達(dá)40 kn，加載了前視紅外傳感器、照相機(jī)/攝像機(jī)、激光測距儀、搜索雷達(dá)、關(guān)聯(lián)跟蹤器等。在武器方面搭載了機(jī)槍、自動榴彈發(fā)射器、計算機(jī)火控系統(tǒng)等一套綜合無人作戰(zhàn)系統(tǒng)。“保護(hù)者”采用模塊化設(shè)計，并考慮了隱身性，在建造時大量使用碳纖維及輕質(zhì)復(fù)合材料取代傳統(tǒng)的鋼材料以減輕艇體重量。該艇性能優(yōu)越，可滿足多種任務(wù)需求，擁有廣闊的應(yīng)用前景。［13］

圖2　“Protector”號無人艇

2005年以色列Elbit公司研制的“Stingary”號無人艇，具有船型小、隱蔽性好等特點(diǎn)，可完成海岸物標(biāo)識別、智能巡邏、電子戰(zhàn)爭等多項任務(wù)。［14］法國2006年交付海軍測試的“Inspector”號無人船艇配備滅雷器、聲吶、聲吶規(guī)避器等；［15］2007年以色列國防部研發(fā)的中型“Silver Marlin”號無人艇，可通過岸上監(jiān)控系統(tǒng)和衛(wèi)星通信控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制，同時具備自動避碰、自動航行和超視距操作的功能。［16］2007年7月美國海軍發(fā)布了《海軍無人水面艇主計劃》，明確了無人艇發(fā)展的4個級別：X Class、Harbor Class、Snorkeler Class、Fleet Class，如圖3所示。4個級別在長度上依次從小到大，續(xù)航力從小到大，模塊從非標(biāo)準(zhǔn)級到標(biāo)準(zhǔn)級，任務(wù)從低層次到高層次，另外對布放方式和艇型的要求也不相同。［8］2010年，新加坡航展上展出的“Venus”號無人艇可搭載水雷戰(zhàn)、電子戰(zhàn)模塊、海上監(jiān)視模塊和精確火力等模塊。［15］2011年9月美國海軍研制的模塊化三體無人快速偵察艇“X-2”號，既可利用風(fēng)能也配備電動引擎，通過無線電和GPS來控制，反應(yīng)靈敏，行動精確。［17］

圖3　無人艇的4個級別［8］

除國防軍事上的應(yīng)用外，無人艇在民用領(lǐng)域發(fā)揮的作用也越來越大。2000年美國MIT的無人艇研究小組針對自主海岸勘探系統(tǒng)設(shè)計出“Auto Cat”號雙體無人艇，可方便地部署并進(jìn)行勘測作業(yè)。［18］2003年，雅馬哈公司研制的“Kan-Chan”號無人艇可用于監(jiān)控海洋和大氣的化學(xué)和物理參數(shù)，具有很長的續(xù)航能力；［19］2004年英國普利茅斯大學(xué)MIDAS科研小組研發(fā)的“Springer”號無人艇可用于內(nèi)河、水庫和沿海等淺水水域污染物追蹤、環(huán)境和航道信息測量等；［20］2005年意大利研發(fā)的雙體“Charlie”號無人艇可對南極洲海洋表層進(jìn)行取樣，收集大氣海洋界面數(shù)據(jù)；［21，22］2008年，國內(nèi)新光公司研發(fā)的“天象1號”無人艇在奧帆賽期間作為氣象應(yīng)急裝備提供氣象保障服務(wù)；［23］云洲智能公司將無人船運(yùn)用到環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，進(jìn)行在線水質(zhì)污染和核污染監(jiān)測。［24］2013年我國研發(fā)的“海巡166號”無人艇（見圖4）采用玻璃鋼全封閉結(jié)構(gòu)，選用柴油機(jī)為動力噴水推進(jìn)，具有良好的機(jī)動性、抗沉性和抗風(fēng)浪能力。［25］2014年上海大學(xué)研制的“精海”系列無人艇（見圖5）配備北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，可實現(xiàn)自主定位、航跡自主跟蹤、航跡線遠(yuǎn)程動態(tài)設(shè)定、障礙物自主避碰等技術(shù)。［26］

這一時期的無人艇在技術(shù)上有了很大的提高，在軍事和民用及科研中大放異彩，凸顯出半自主和全自主性的發(fā)展趨勢；大多采用模塊化設(shè)計，注重功能多樣性，從單一的掃雷和靶船到反潛、港口警戒、后勤保障等綜合功能。同時，其動力系統(tǒng)從傳統(tǒng)的汽油或者柴油發(fā)動機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向電力推進(jìn)、利用太陽能、風(fēng)能等新能源動力系統(tǒng)，極大提高了續(xù)航能力。

圖4　“海巡166”號無人艇

圖5　“精?！碧枱o人艇

3. 在研無人船艇

無人船艇技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域已具備相當(dāng)高的水平。隨著無人駕駛技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，無人駕駛船舶正朝著商業(yè)化、大型化發(fā)展，規(guī)模更大、復(fù)雜度和安全要求更高的無人駕駛遠(yuǎn)洋貨船的研制越來越成為可能。［27］作為全球最大的發(fā)動機(jī)制造商和船舶設(shè)備供應(yīng)商之一，英國羅爾斯·羅伊斯公司確信，無人駕駛船舶是未來船舶的發(fā)展目標(biāo)和方向，終有一天會取代人工駕駛船舶。2014年3月，一艘2 200 m3的無人駕駛液化天然氣駁船獲得美國船級社批準(zhǔn)建造，將用于美國沿海水域船對船的LNG轉(zhuǎn)運(yùn)或LNG散裝運(yùn)輸。

2012年9月，由Fraunhofer CML公司、MARINTEK公司、Chalmers大學(xué)等8家研究機(jī)構(gòu)共同合作的“MUNIN”（Maritime Unmanned Navigatio through Intelligence in Networks）項目首次以無人散貨輪為對象開展大型無人船的研究。［28］擬設(shè)計的船舶（見圖6）通過雷達(dá)、AIS和紅外傳感器等監(jiān)測周圍環(huán)境，與此同時，所有的監(jiān)控參數(shù)都會被實時地傳輸?shù)疥懙乜刂浦行?。MUNIN項目實現(xiàn)效果如圖6所示。

圖6　“MUNIN”無人船示意圖

二、無人船艇中的關(guān)鍵技術(shù)

無人駕駛船舶涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，除了傳統(tǒng)船舶技術(shù)，還涉及多傳感器智能監(jiān)控系統(tǒng)、自動避碰系統(tǒng)、高可靠高冗余數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)自動故障檢測系統(tǒng)、自動導(dǎo)航系統(tǒng)、電子海圖系統(tǒng)、智能機(jī)器人系統(tǒng)等，甚至還涉及現(xiàn)在最熱門的物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)。無人船艇必須能夠自主進(jìn)行環(huán)境探測、目標(biāo)識別、自主避障、路徑自主規(guī)劃等。［27］

2013年12月美國軍方發(fā)布的《無人系統(tǒng)路線圖》對無人艇近期（未來5年）、中期（未來10年）、遠(yuǎn)期（未來25年）的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)作了細(xì)致的說明：無人水面艇近期的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)將圍繞增強(qiáng)型動力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)等方面，近期的能力需求是提高在本地受控區(qū)域執(zhí)行特定任務(wù)的自主性并提高聯(lián)網(wǎng)能力；中期將擴(kuò)展行動范圍并增加任務(wù)類型；中遠(yuǎn)期則將重點(diǎn)開發(fā)高效自主系統(tǒng)、障礙規(guī)避算法以及安全架構(gòu)等；遠(yuǎn)期則可在全球自主執(zhí)行任務(wù)。同時還指出，為將無人系統(tǒng)潛能最大化，未來各類無人系統(tǒng)必須實現(xiàn)無縫互操作能力。［29］

綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，目前無人船艇研究涉及關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個方面：

1. 航線自動生成與路徑規(guī)劃技術(shù)

靜態(tài)的航線自動生成與路徑規(guī)劃技術(shù)大致可分為兩類：一類是基于電子海圖的航線自動生成與路徑規(guī)劃技術(shù)，通過從電子海圖中提取水深、障礙物等信息劃分可航區(qū)域和不可航區(qū)域，然后在可航區(qū)域中采用智能搜索算法，如Dijkstra算法、A*算法等尋求最短路徑，該類算法已有較多研究，如文獻(xiàn)［30-34］；但可航區(qū)域的最短路徑并不一定是實際可行的航線，例如，規(guī)劃的最短路徑可能在IMO推薦航道中逆向行駛。為了解決這一問題，催生了另一類方法——基于軌跡分析的航線自動生成與路徑規(guī)劃技術(shù)，該類方法以船舶歷史軌跡為基礎(chǔ)，通過軌跡壓縮、軌跡聚類等提取實際可航路徑。［35，36］除靜態(tài)航線自動生成與路徑規(guī)劃技術(shù)外，還需解決基于動態(tài)環(huán)境感知的局部航線自動規(guī)劃問題。

2. 通信技術(shù)

無人船艇的通信技術(shù)主要涉及無線電通信、光學(xué)通信、水聲通信3個方面，［37］通信對象主要有無人船艇與母船之間、無人船艇之間，通信的內(nèi)容主要有母船對無人船艇的指令信息、無人船艇實時回傳的運(yùn)動狀態(tài)信息以及視頻信息等，通信媒介在近距離可依靠甚高頻通信，遠(yuǎn)距離可依靠衛(wèi)星通信。在無人船艇的通信中重點(diǎn)解決超高頻擴(kuò)頻通信與衛(wèi)星通信信號的海上傳輸抗衰耗技術(shù)、抗多普勒頻移技術(shù)和抗多種干擾技術(shù)問題。［7］

3. 自主決策與避障技術(shù)

為降低無人船艇對遠(yuǎn)程操控人員的依賴，同時擴(kuò)展多無人船艇協(xié)同作戰(zhàn)，需要無人船艇具有較高的自主決策和智能避障能力，以確保無人船艇可以獨(dú)立地執(zhí)行中長期遠(yuǎn)程探測、信息搜集等任務(wù)。自主決策與避障技術(shù)是無人船艇實現(xiàn)高智能化和全自主型的關(guān)鍵一步，目前已有較多科研機(jī)構(gòu)對船舶智能避碰技術(shù)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，文獻(xiàn)［38］提出一種基于“擬人”策略的船舶智能避碰決策與控制系統(tǒng)，如圖7所示。

4. 水面物標(biāo)探測與目標(biāo)自動識別技術(shù)

水面物標(biāo)探測與目標(biāo)自動識別技術(shù)是實現(xiàn)船舶自主決策與自動避障技術(shù)的重要基礎(chǔ)。由于無人船艇形體較小，受波浪等因素影響較大，六自由度運(yùn)動較為劇烈，因此水面物標(biāo)探測與目標(biāo)自動識別技術(shù)首先要解決視頻穩(wěn)像問題和圖像質(zhì)量增強(qiáng)與平滑問題，其次要解決適應(yīng)水天線和水岸線條件的水界線檢測技術(shù)、低信噪比和動態(tài)背景條件下的目標(biāo)檢測技術(shù)以及基于多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和融合的水面目標(biāo)跟蹤技術(shù)。文獻(xiàn)［39］提出了一種基于光視覺的水面圖像處理技術(shù)，并將經(jīng)典的跟蹤方法Mean-Shift搜索模型和Kalman濾波預(yù)測模型用于水面圖像中目標(biāo)位置信息跟蹤，融合兩者自身的優(yōu)勢，改善了跟蹤速度，降低了目標(biāo)尺度變化的影響。

圖7　船舶智能避碰決策與控制系統(tǒng)［38］

5. 其他

2007年美國海軍發(fā)布的《無人艇主計劃》為未來無人船艇的發(fā)展規(guī)劃了相關(guān)的技術(shù)、投資及進(jìn)程?！稛o人艇主計劃》把無人艇涉及的技術(shù)分為兩類：技術(shù)不成熟類，如自主性技術(shù)、避碰技術(shù)、避免威脅技術(shù)、目標(biāo)自動識別技術(shù)、子任務(wù)自動部署和恢復(fù)技術(shù)；技術(shù)成熟但應(yīng)用不成熟類，如常規(guī)控制技術(shù)、武器配置技術(shù)、艇體的釋放和回收技術(shù)。文獻(xiàn)［29］對無人艇的武器發(fā)射控制技術(shù)、布放回收技術(shù)進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)［5，18］對無人艇的操縱性和運(yùn)動控制進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)［40，41］對無人艇的穩(wěn)性與浮態(tài)性能進(jìn)行了研究。

三、無人船艇的應(yīng)用前景

無論在軍事上還是民用領(lǐng)域，無人船艇都已有嘗試性應(yīng)用并取得了一定成功。未來，無人船艇的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛，逐步扮演更加重要的角色。

1. 軍事領(lǐng)域

隨著無人機(jī)、無人船、無人潛艇逐漸在戰(zhàn)場上顯示出越來越大的威力，無人化戰(zhàn)爭的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出相對清晰的藍(lán)圖，它們在未來海洋國土安全、海洋開發(fā)方面將發(fā)揮越來越大的作用。［7］近年來，無人船艇廣泛用于執(zhí)行多種戰(zhàn)爭和非戰(zhàn)爭軍事任務(wù)，替代人員執(zhí)行危險或耗時耗力的任務(wù)，在港口防護(hù)及艦船兵力保護(hù)、海上偵察監(jiān)視、反潛作戰(zhàn)、反水雷戰(zhàn)、后勤補(bǔ)給等方面發(fā)揮著重要作用，提高作戰(zhàn)效能的同時也降低了作戰(zhàn)人員的傷亡。目前，世界多國海軍的無人艇已不斷編入作戰(zhàn)序列。［37］隨著技術(shù)的進(jìn)步和無人船艇智能化水平的提高，無人船艇在未來作戰(zhàn)中將發(fā)揮越來越重要的作用，成為戰(zhàn)斗力的“倍增器”。［15］

2. 海事巡航監(jiān)管

2011年通過的《國際防止船舶造成污染公約附則VI——防止船舶造成空氣污染規(guī)則》（《MARPOL附則VI》）規(guī)定了全球范圍內(nèi)污染物最大排放量標(biāo)準(zhǔn)，同時對指定海域?qū)嵭懈鼮閲?yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。丹麥最新研制的無人機(jī)可通過觀測船舶的煙柱監(jiān)測污染物的含量。基于無人機(jī)的監(jiān)測優(yōu)勢，2012年天津海事局投資300萬元租用無人機(jī)，定時定點(diǎn)對所轄海域進(jìn)行監(jiān)視監(jiān)控，達(dá)到對某些船舶非法排放殘油污染海域的震懾作用。

鑒于無人機(jī)在海事巡航監(jiān)管方面應(yīng)用的巨大成功，無人艇同樣可以通過搭載攝像機(jī)、雷達(dá)、污染物探測儀等設(shè)備進(jìn)行海事巡航和監(jiān)管，這將改變以往主要依靠船舶巡航和直升機(jī)航空監(jiān)測的局面，不僅成本低、反饋信息及時，而且能在夜間和惡劣天氣下長時間執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)。

3. 海事搜尋與救助

以馬航MH370空難為例，海難搜救目標(biāo)往往范圍廣、距離遠(yuǎn)，單獨(dú)依靠大型救援船完成大面積區(qū)域的搜尋任務(wù)需要花費(fèi)較長的時間且成本較高，幾乎很難在事發(fā)2 h黃金救援時間內(nèi)找到現(xiàn)場。無人船艇可以快速、高效、低成本地以集群方式完成大范圍的搜尋與救助任務(wù)。若用飛機(jī)空投一批裝載攝像機(jī)等搜救探測器和救援物資的無人船進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，則可立即實現(xiàn)大面積拉網(wǎng)式搜索，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，其他船可以迅速靠近救援。［42］

4. 海洋數(shù)據(jù)測量與監(jiān)測

業(yè)內(nèi)預(yù)測，無人船艇在水質(zhì)監(jiān)測、水下測繪等十幾個方面將有數(shù)百億美元市場。［43］我國至今未能全面普查南海海域地形地貌，其中一個重要的原因就是工作量太大。掃海通常以間隔5 m為一個測量點(diǎn)，探明這些水域的測量點(diǎn)將是一個天文數(shù)字。無人測繪船可通過搭載自主測繪儀和GPS自動作業(yè)，目前，我國這種無人測繪船精度可達(dá)到幾十厘米，航行的里程達(dá)到1 000 km。

我國近十多年一直在發(fā)展在線監(jiān)測技術(shù)，在水面放置浮標(biāo)，或者在湖邊安裝設(shè)備，通過管道抽取水樣。但這種技術(shù)的建設(shè)成本比較高，而且監(jiān)測位置是固定的。用無人船艇進(jìn)行在線監(jiān)測就容易得多?；谶@種移動在線監(jiān)測，可以實現(xiàn)很多過去實現(xiàn)不了的功能，比如把一個湖面地毯式監(jiān)測一遍之后就可以拿到水質(zhì)參數(shù)分布圖，對于污染的分布、擴(kuò)散情況一目了然，特別是對現(xiàn)在我國各大湖水藻爆發(fā)的預(yù)警和防治提出了新的辦法和思路。［24］

5. 氣象保障服務(wù)

新光集團(tuán)研制的無人駕駛海上探測船“天象一號”曾為北京奧運(yùn)會的青島奧帆賽場提供氣象保障服務(wù)。“天象一號”無人艇總長6.70 m，寬度2.45 m，總高3.50 m，重2.30 t，船體由玻璃鋼和碳纖維制成，搭載了智能駕駛、雷達(dá)搜索、衛(wèi)星應(yīng)用、圖像處理與傳輸?shù)认到y(tǒng)。在奧帆賽期間，無人船不僅進(jìn)行了風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、水溫、浪高、海水鹽度等測量，而且還能完成浮標(biāo)無法做到的能見度的測量。［44］“天象一號”探測船有人工遙控和自動駕駛兩種駕駛方式，如途中遇到障礙物，可通過目標(biāo)搜索識別系統(tǒng)和處理系統(tǒng)進(jìn)行避讓航行，且具有自穩(wěn)定功能，可滿足在高海況下工作。該船配備可靠的動力系統(tǒng)，航程可達(dá)數(shù)百千米，一次航行可在海面作業(yè)20天左右，填補(bǔ)了我國海洋氣象動態(tài)探測空白，在應(yīng)對海洋突發(fā)事件和監(jiān)測海洋、大型湖泊等的環(huán)境及災(zāi)害預(yù)警等方面具有重要意義。［16］

四、無人船艇的發(fā)展趨勢

綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，認(rèn)為無人船艇的發(fā)展將呈現(xiàn)以下5個趨勢：

1. 結(jié)構(gòu)模塊化

無人船艇采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可在基本型無人船艇的基礎(chǔ)上裝配多種“即插即用”型任務(wù)模塊。同時，通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的平臺、技術(shù)、組件、接口可有效降低無人水面艇的研制、使用風(fēng)險和成本，簡化后勤維修的難度，同時增強(qiáng)其與其他平臺之間相互協(xié)調(diào)的能力。模塊化設(shè)計和開放式體系結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了功能的多樣性，同時加快了研發(fā)進(jìn)度并且有效降低研發(fā)成本。無人水面艇的這個設(shè)計開發(fā)特點(diǎn)在未來也將一直保持。［15］結(jié)構(gòu)模塊化時要特別注意保證系統(tǒng)性能的高可靠性，使無人船艇在完成要求的任務(wù)下能安全回收。

2. 功能智能化

目前各國正在服役的無人船艇大都屬于半自主型，要實現(xiàn)全自主型的無人船艇，必須提升無人船艇的自適應(yīng)水平和自主決策能力，應(yīng)對惡劣海況的防搖晃能力也要強(qiáng)，提高各功能模塊的智能化水平。高度智能化的無人船艇可減少對遠(yuǎn)程操控人員的依賴，降低對通信帶寬的要求，同時提升超視距離的執(zhí)行任務(wù)能力。無人船艇必將朝著全自主型的方向發(fā)展。

3. 體系網(wǎng)絡(luò)化

無人船艇的體系網(wǎng)絡(luò)化一方面要實現(xiàn)無人船艇與母船、無人船艇之間的集成網(wǎng)絡(luò)控制，提升無人船艇的協(xié)同作戰(zhàn)、執(zhí)行任務(wù)的能力；另一方面，要實現(xiàn)無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成網(wǎng)絡(luò)化。作為未來戰(zhàn)爭中完成信息對抗、特殊作戰(zhàn)使命的重要手段，早在2001年，美國海軍在瀕海戰(zhàn)斗艦作戰(zhàn)系統(tǒng)中就提出了利用無人艇、無人潛艇和無人機(jī)共同構(gòu)成海軍無人作戰(zhàn)體系，完成諸如情報收集、反潛、反水雷、偵查與探測、精確打擊等作戰(zhàn)任務(wù)。［4］

4. 應(yīng)用廣泛化

無人船艇在軍事領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，并且在轉(zhuǎn)變軍事結(jié)構(gòu)的過程中發(fā)揮了重要作用。在軍事上，無人船艇已可以執(zhí)行掃雷、反潛作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)爭、支持特種作戰(zhàn)等軍事任務(wù)。近年來，無人船艇在民事上也有一些嘗試性應(yīng)用，例如，應(yīng)用無人船艇進(jìn)行氣象監(jiān)測。不久的將來，無人船艇可應(yīng)用到大面積的海洋測繪和水質(zhì)監(jiān)測、大范圍搜尋與救助中，在提升覆蓋能力的同時降低勞動強(qiáng)度、減少作業(yè)時間，應(yīng)用也逐漸由小型無人船艇向大型無人船艇過渡。

5. 裝備國產(chǎn)化

在無人船艇的研究方面，美國和以色列走在了世界前列。如美國的“斯巴達(dá)偵察兵”已經(jīng)部署到“葛底斯堡”號巡洋艦上，并參加了阿拉伯灣地區(qū)的“持久自由行動”和“伊拉克自由行動”等作戰(zhàn)任務(wù)。以色列的“保護(hù)者”在2003年就已經(jīng)向以色列國防軍交付，已在本國海軍和新加坡海軍中服役。歐盟自2012年9月1日起投資670萬歐元開展為期3年的名為“MUNIN”的無人貨船駕駛系統(tǒng)研究，探索基于自主航行加岸基監(jiān)控模式的無人船舶駕駛。相比于世界先進(jìn)水平，我國無人船艇的研究尚處在落后狀態(tài)，建議我國加強(qiáng)無人船艇的研究，在未來無人駕駛領(lǐng)域掌握主動地位。

五、結(jié)語

本文對無人船艇的基本概念、發(fā)展歷程、系統(tǒng)構(gòu)成及基本特點(diǎn)、研究中涉及的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢等問題進(jìn)行了綜述。鑒于無人船艇在應(yīng)用方面的廣闊前景以及在輕量化、能源消耗等方面展現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢，各國都致力于無人船艇的研究，目前正處于飛速發(fā)展的關(guān)鍵階段。特別是隨著通信技術(shù)、人工智能等新技術(shù)、新理念的迅速發(fā)展，無人船艇的研究有了科技支撐，在未來，無人船艇有可能帶來航運(yùn)業(yè)的革命，改變航運(yùn)業(yè)的面貌。誰站在技術(shù)的前沿，誰就能成為人類夢想的實現(xiàn)者，成為相關(guān)巨大市場的孕育者和占有者。在無人船艇的研究方面，我國與世界先進(jìn)水平還存在較大差距，應(yīng)該借鑒美國、以色列等國家的經(jīng)驗，制訂專門的無人船艇發(fā)展規(guī)劃，積極開展無人船艇各項關(guān)鍵技術(shù)的研究，推進(jìn)無人船艇的實用化進(jìn)程。

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