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對無人艇技術(shù)發(fā)展的一點冷思考

2019-03-19 12:22:34馬寧
船舶經(jīng)濟貿(mào)易 2019年10期
關(guān)鍵詞:水聲無人載荷

近年來,無人艇成為了國際海事界新熱點。但實際上海上無人艇的發(fā)展滯后于空中、陸地?zé)o人器,這個問題究竟出在什么地方?

一般而言,人們將無人系統(tǒng)技術(shù)分為三個部分:智能控制、載荷、平臺。智能控制相當(dāng)于人的大腦,處于中心地位;載荷,包括感知和執(zhí)行設(shè)備,是與外界交互的紐帶;平臺是承載智能控制和載荷的物理平臺。

要厘清無人艇發(fā)展滯后的問題,首先就要了解無人艇智能控制及其現(xiàn)實狀況。想在海上順利完成自主航行,無人艇必須具備導(dǎo)航、識別等功能,導(dǎo)航包含了定位、路徑規(guī)劃、避碰、路徑跟隨、位置保持等;識別則包含了目標(biāo)探測、跟蹤、海洋環(huán)境感知等。此外,還有資源管理等功能。如果是無人艇群,還包括蜂群管理,如聚集和同步、隊形控制,以及協(xié)同管理等等。我們看到,真實的海況是復(fù)雜多樣的,無人艇需要高智商才能從容應(yīng)對現(xiàn)實航行需要。依賴于計算機技術(shù)發(fā)展和數(shù)據(jù)中心強大的計算能力,智能控制目前已經(jīng)取得了很大進步,但還缺乏對海上真實環(huán)境下的算法研究。基于控制論的方法,雖有深厚的理論基礎(chǔ),但其模型還不能完全反映海上瞬息萬變的真實世界。無人艇模型試驗同樣表明還難以解決海上的復(fù)雜問題,其智能控制仍然存在風(fēng)險,可擴展性也有限,這可能是無人艇技術(shù)發(fā)展緩慢的最重要因素。

其次,無人艇上搭載的載荷還存在很大的局限性。這些載荷包括導(dǎo)航設(shè)備、傳感器、通信設(shè)備等。導(dǎo)航設(shè)備包括慣性導(dǎo)航、GPS、水聲、導(dǎo)航雷達、測深儀、光學(xué)設(shè)備等。這些設(shè)備在導(dǎo)航定位上都各有優(yōu)劣,通常都是聯(lián)合使用,以提高精度,降低誤差。無人艇使用GPS導(dǎo)航,但在衛(wèi)星信號不可用的地方,也使用慣性導(dǎo)航和雷達。無人潛器無法使用GPS信號,而是依靠聲學(xué)系統(tǒng)、攝像機、慣導(dǎo)等進行導(dǎo)航。綜合而言,目前的導(dǎo)航設(shè)備精度仍然達不到長航程無人航行的要求,是亟待解決的問題。采用多傳感器數(shù)據(jù)融合的方法有助于導(dǎo)航,但需要提供更多的電力,這對于有能源限制的平臺而言,是一個挑戰(zhàn)。

無人艇搭載的探測傳感器包括單波束和多波束聲吶,S波段、X波段雷達,溫鹽深等海洋環(huán)境測量、光學(xué)探測和激光線掃等設(shè)備。同樣,多傳感器數(shù)據(jù)融合,是提高效率的最佳方式,因為要快速提升單項傳感器技術(shù)比較難。另一個受制約的領(lǐng)域,就是對大量海洋環(huán)境、海底地理數(shù)據(jù)的收集處理工作還不完善,這些數(shù)據(jù)恰恰是無人艇遠航的重要保障。海上通信系統(tǒng)相對成熟,衛(wèi)星和無線電通信是目前最可靠的高速率數(shù)據(jù)傳播方式,但容易被干擾和截獲,而光纖通信則受限于線纜的長度。水聲通信速率較低,難以滿足復(fù)雜、大數(shù)據(jù)量的通信需求。

最后,涉及到無人艇平臺設(shè)計。目前世界上無人艇長度大多數(shù)小于6米。由于尺寸較小,受限于艇上空間、載重量、以及動力,因此執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)所需的大量數(shù)據(jù)的處理能力受到限制。15米以上的大型平臺主要用于水聲研究、海洋地理調(diào)查,這些船對續(xù)航力和傳感器配置要求非常高。無人艇的動力形式直接關(guān)系到續(xù)航力,在目前的技術(shù)條件下,無人艇電力最常用的是鋰電池,其功率密度高,雖然存在著火的安全風(fēng)險,但相比有人船而言,安全系數(shù)較高。采用柴油或汽油動力的無人艇,有著更高的功率輸出,能夠保障船舶有較高航速,但采用這樣的動力,增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。

目前國內(nèi)外無人艇技術(shù)發(fā)展方興未艾,但在短期內(nèi),還不可能指望無人艇在動態(tài)變換的海上環(huán)境中,獨立作出分毫無誤的判斷和決策。畢竟沒有信息化與機械化的高度發(fā)展,談無人艇的實際使用是沒有意義的。

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