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    作為水上最典型的無人智能平臺系統,近年來,無人船備受世界重視。而隨著“海洋強國”戰略的提出,我國無人船研發也邁入了新的階段,無人船應用漸成趨勢。


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    無人船在國內應用漸廣

     

      無人船技術:智能控制與多傳感器集成

      無人船的關鍵技術在于感知、導航和控制這三個方向。感知技術為無人船提供了眼睛和耳朵;導航技術用來接近或規避某些目標,相當于航跡規劃或者是綜合避障;控制技術就是無人船的運動姿態進行航線、航向的控制。

      其中,智能控制系統的性能,直接影響著無人船航行的操縱性、經濟性和安全性。該系統總結了人的操舵規律,在測量中,自動控制無人船的航速與航向,使無人船精準沿預定測線運行,可克服各種干擾,使無人船自動、穩定地運行,是實現無人船自動作業和自動回歸的核心技術。

      依靠智能控制技術,無人船能借助螺旋槳的推力和舵機來實時調節航速和航向,實現自動按照預先設定的航線進行精準的走線、換線及回歸等功能。

      除了智能控制,無人船的關鍵技術還有多傳感器集成與數據融合、遠距離無線局域網的數據通訊與實時多模控制技術。

      例如,在多傳感器集成方面,無人船通常會設計有一個可兼容多傳感器的船載控制系統。該系統可根據用戶需求靈活的搭載GNSS接收機、測深儀、ADCP(聲學多普勒流速剖面儀)、電子羅盤、水質采樣和在線監測儀等多種傳感器設備。

     

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    在測繪、水文、環保領域,無人船可提供多項應用服務

     

      無人船市場:主要用途與應用領域

      簡單來說,無人船按用途可分為軍用、民用兩類。軍事上,二戰時可用來掃雷、反恐、反潛、海上情報偵查等。民用上,則主要是用于測繪、水文、環保。目前,在國內民用無人船市場,市面上已開發出測繪型、水文型和水資源型三大系列無人船。

      早在上世紀60年代,遠程控制的無人艇船隊就廣泛用于軍事領域。近年來,隨著自動控制、物聯網、大數據等技術的快速發展,與船舶有關的環境感知技術、通信導航技術等也得到廣泛的應用,為無人船開發提供了廣闊的技術可行性。

      如今,無人船以無人化、集成化、自動化與智能化的信息獲取方式,一方面為相關職能部門提供水下地形地貌測量、大壩安全監測等多項應用服務功能。另一方面,可為相關部門科學決策提供詳盡、準確的基礎資料。

      眼下,國內無人船的主要用途與應用領域包括:高精度水下地形測繪、大壩堤防安全檢測、水文信息自動化監測、水環境自動監測、災害應急服務。

      從用途舉例的話,無人船可實現水質在線分布的測繪,通過這些數據比較和分析,可看出污染擴散的情況,并把污染源追蹤出來,配合探測設備,找出水底的“暗管”,最終查出污染企業。

      而從應用領域舉例的話,在傳統水文測量和水環境監測中,多是依靠燃油船進行,船體較大,復雜水域有些不能前往。有些河道較窄水流較急,人也到不了,作業起來比較危險。無人船就能大顯身手了。傳統方式是在較污濁的水里取一點水樣,拿回實驗室分析。這種取樣必須是人能去到的地方,不一定具備代表性。而無人智能船是選擇幾個關鍵點,在走航的過程中取回整條河的參數,是一個實時的過程。

     

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    無人船測繪

     

      無人船測繪:應用方式與我國的優勢

      在我國,無人船最重要的應用是在測繪領域。這個應用其實很早之前就有,大概十年之前,東海航海保障中心就曾利用遙控艇綁著測量水深的設備去危險水域探測,可以說是無人船測繪的開端。經過這么多年的發展,無人船測繪行業已十分成熟。

      無人船測繪有三種應用方式:第一,可遠程控制測繪,比如現在坐在房間里就可用控制臺加電臺的方式來控制它,有點像遙控船;第二,可定向測繪,即無人船沿著在地圖上軌跡點進行作業;第三,可自主測繪,即操作者在地圖上劃定區域,無人船可自主選擇最佳測繪方式,還可自主避障。

      另外,不得不提的是,目前國內無人船測繪,有一個得天獨厚的優勢。那就是,世界上80%的定線制航道在中國,而只有定線制航道,才有反復測繪的必要。


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    對于無人船產業的未來應充滿信心


      無人船產業:我國的發展優勢

      而對于無人船產業的未來,業界人士也應該充滿信心。這是因為,目前我國在無人船所需的關鍵技術方面的研究,已非常深入。

      例如,在無人船智能控制理論和技術方面,盡管我國的發展的歷史不長,在智能控制理論應用方面也才剛剛開始。但是,我國自控界在智能控制理論研究方面的成果已達國際水平。如上海交通大學的人機協同、華中科技大學的集群控制及中國船舶重工集團公司等,都在無人船方面提出了很多關鍵方法和策略,如中船重工704所就研制了能在橫搖過程中,保持探頭穩定性的穩定平臺,大大提高了監測精度。

      另外,目前我們國家有世界上最大的海上智能船測試場,也有最大的示范縣,如珠海的萬山和青島的即墨。我國在無人船的一些技術方面,比如全船數字孿生、航行數字孿生、視覺增強、全船智能測試系統、全船測試場等,都是世界領先。這些優勢一旦用好了,我國一定會世界上最大的無人船領域產業集群。





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