鄭銳聰

廣州海工船舶設備有限公司多年來一直專注于無人艇的研發(fā)和制造，對無人艇的主要組成系統(tǒng)包括自扶正船體、電力推進系統(tǒng)、無線傳輸和通訊、智能航行控制、信息和位置感知、無軸推進器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、全自動作業(yè)裝備等方面技術，都進行了深入研究和大量試驗，研發(fā)出適合于各種用途和各種場合的無人艇，包括廣泛應用于不同的海洋漁業(yè)作業(yè)的燈光誘魚無人艇、穿浪型探魚無人艇、拖網(wǎng)作業(yè)無人艇，以及廣州市第一條5G無人艇5G水質(zhì)監(jiān)測無人艇、海洋科研使用的太陽能無人艇和執(zhí)法無人艇等。除了提供整艇和后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)外，廣州海工還研發(fā)和銷售無人艇專用設備，如全自動卷揚機、無軸式電力推進器等。

無人艇作為一種新型的海洋或水上作業(yè)工具，是一種水上機器人，其用途廣泛、技術復雜、集成度高，研發(fā)需要具備多個專業(yè)和學科甚至新興技術領域的知識，比如人工智能、5G通訊，不僅技術新，且很少有先例可以參考，這就給研發(fā)帶來了較大難度。同時，無人艇又有別于有人艇，比如可靠性、智能化程度等要求高，需要采用先進技術如電力推進，以提高動力系統(tǒng)的可靠性和安全冗余度，需要更新的無線傳輸和通訊技術以確?？煽啃畔⒑椭噶顐鬏?。此外，智能航行駕駛需采用靈敏的多傳感器信息融合和決策技術，對周圍環(huán)境做出充分感知和及時判斷，使無人艇以一定規(guī)則和動作行駛。無人艇針對不同的用途搭載不同的設備，而很多設備都是高度自動化和智能化，需要重新研發(fā)。雖然有部分共性技術或通用設備可以在有人船艇上的類似設備上得到參考，但應用在無人環(huán)境下會產(chǎn)生新的問題，而這些問題并非可以完全預測，需要通過大量試驗甚至試用和發(fā)現(xiàn)才能解決。上述這些都給無人艇的研發(fā)和制造帶來了難度。

無人艇研發(fā)的重點是安全可靠的船體和設備，以及智能完善的控制系統(tǒng)。以廣州海工的漁業(yè)無人艇為例：首先，船體研發(fā)是重點。在風高浪急的海域進行誘魚作業(yè)，船體要做得穩(wěn)定、堅固和耐撞擊，無人艇的回收和下放需要特殊的吊裝，船艙內(nèi)柴油機要有進氣、排煙、散熱通道設計，誘魚燈要有燈筒。無人艇要求船體能承受日曬雨淋，耐高溫、耐波浪、耐腐蝕，且無人艇被打翻后要防止進水、可自動扶正。這就對無人艇的船體設計提出了更高要求。

其次，船載設備也是研發(fā)的重點。船艙內(nèi)設備要經(jīng)受不同海況下長期顛簸、振動，設備固定螺絲需要防松設計、防腐蝕設計，柴油機供電系統(tǒng)需要遠程啟停，燈光系統(tǒng)需要自動收放，動力系統(tǒng)需要新型環(huán)形推進動力，轉舵系統(tǒng)需要自主轉舵功能，控制系統(tǒng)需要冗余設計，通信系統(tǒng)需要穩(wěn)定可靠，幾乎所有設備都需要經(jīng)過特殊改造或者二次開發(fā)。

第三，無人艇關鍵的性能要求是可靠性，尤其是動力系統(tǒng)的可靠性。相比系統(tǒng)復雜、故障率高的柴油機驅(qū)動系統(tǒng)，采用電力推進系統(tǒng)及高可靠性的無軸推進器是良好的選擇。在無人艇設計中，要根據(jù)工況和作業(yè)要求，采用混合動力系統(tǒng)、純電池系統(tǒng)，以及裝備結構簡單、原理可靠的無軸式電力推進器。這就需要解決系統(tǒng)之間的匹配，以及無軸推進器的材料、控制、工藝、水動力等諸多技術問題。純電池系統(tǒng)+無軸推進器是無人艇的最佳選擇，在續(xù)航要求較高的情況下，柴電推進或混合動力推進也是一個不錯的選擇，適合無人艇的高可靠性要求。

最后，無人艇的控制系統(tǒng)更是重中之重?？刂葡到y(tǒng)是無人艇的靈魂核心，有了智能的控制系統(tǒng)，無人艇才真正具備智能化、無人化自主作業(yè)的能力。無人艇的自動巡航、自動返航、自動避障、自動跟隨、計劃任務等功能，都需要系統(tǒng)具有強大的運算能力。無人艇的控制系統(tǒng)龐大而復雜，甚至可以單獨拆分成幾十個單獨的專業(yè)化信息處理系統(tǒng)，所以無人艇智能控制系統(tǒng)要做的不單單是整合，更要使這些系統(tǒng)融合，只有這些系統(tǒng)相互之間配合無間，才會帶來無人艇的靈動與智慧。

5G通訊、新能源、推進器等技術的發(fā)展，大大促進了無人艇技術進步。譬如，5G通訊技術因為通信帶寬的大幅增加、數(shù)據(jù)延時大幅減少，給無人艇帶來了新的發(fā)展機遇。以廣州海工的5G水質(zhì)監(jiān)測無人船為例，這款應用智慧河涌管理的智能化無人艇可用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工取樣監(jiān)測。

5G水質(zhì)監(jiān)測無人船分為船體、手機客戶端和管理系統(tǒng)三大部分。5G無人船可以自主航行、自動充電、自動檢測水質(zhì)和自動將數(shù)據(jù)上傳到服務器，船上還配置了攝像頭等傳感器。用戶可以通過手機客戶端、管理系統(tǒng)操控平臺遠程控制無人船，客戶端、操控平臺可實時顯示船上攝像頭的圖像、水質(zhì)數(shù)據(jù)、電量參數(shù)、定位參數(shù)等。5G技術的強大通訊功能使得無人船遠程實時駕駛成為可能，視頻和數(shù)據(jù)的延遲少于0.1秒，操作流暢無卡頓，操作體驗性非常好，有網(wǎng)絡的地方都可以進行，不受地域和距離的限制。通過管理系統(tǒng)，用戶還可以規(guī)劃任務，讓無人船按時定點巡航，自動將數(shù)據(jù)上傳到服務器上，全程不受人工干預，杜絕了人工操作可能產(chǎn)生的差錯。

此款水質(zhì)監(jiān)測船還配備了最新無軸電力推進器，成為了全球第一款使用無軸推進器的水質(zhì)監(jiān)測無人艇。值得一提的是，該推進器無需傳動軸，避免了無人艇受水草纏繞、異物卡塞的意外，從而適應更廣泛的作業(yè)環(huán)境。

無人艇已經(jīng)廣泛應用于水質(zhì)監(jiān)測、科學考察、地形測繪、軍事掃/排雷等領域，隨著技術不斷發(fā)展、成熟，無人艇的應用領域必將越來越廣泛，包括漁業(yè)、航運、海上平臺等高危險、大強度的人工作業(yè)將逐步由無人艇取代。