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我国无人船技术应用现状及产业发展优势

感知、导航和控制, 是无人船的关键技术。其中,除智能控制技术外,在多传感器集成方面,船载控制系统可灵活搭载GNSS接收机、电子罗盘、测深仪、仪等多种传感器设备。

  作为水上最典型的无人智能平台系统,近年来,无人船备受世界重视。而随着“海洋强国”战略的提出,我国无人船研发也迈入了新的阶段,无人船应用渐成趋势。


无人船在国内应用渐广


  无人船技术:智能控制与多传感器集成

  无人船的关键技术在于感知、导航和控制这三个方向。感知技术为无人船提供了眼睛和耳朵;导航技术用来接近或规避某些目标,相当于航迹规划或者是综合避障;控制技术就是无人船的运动姿态进行航线、航向的控制。

  其中,智能控制系统的性能,直接影响着无人船航行的操纵性、经济性和安全性。该系统总结了人的操舵规律,在测量中,自动控制无人船的航速与航向,使无人船精准沿预定测线运行,可克服各种干扰,使无人船自动、稳定地运行,是实现无人船自动作业和自动回归的核心技术。

  依靠智能控制技术,无人船能借助螺旋桨的推力和舵机来实时调节航速和航向,实现自动按照预先设定的航线进行精准的走线、换线及回归等功能。

  除了智能控制,无人船的关键技术还有多传感器集成与数据融合、远距离无线局域网的数据通讯与实时多模控制技术。

  例如,在多传感器集成方面,无人船通常会设计有一个可兼容多传感器的船载控制系统。该系统可根据用户需求灵活的搭载GNSS接收机、测深仪、ADCP(声学多普勒流速剖面仪)、电子罗盘、水质采样和在线监测仪等多种传感器设备。


在测绘、水文、环保领域,无人船可提供多项应用服务


  无人船市场:主要用途与应用领域

  简单来说,无人船按用途可分为军用、民用两类。军事上,二战时可用来扫雷、反恐、反潜、海上情报侦查等。民用上,则主要是用于测绘、水文、环保。目前,在国内民用无人船市场,市面上已开发出测绘型、水文型和水资源型三大系列无人船。

  早在上世纪60年代,远程控制的无人艇船队就广泛用于军事领域。近年来,随着自动控制、物联网大数据等技术的快速发展,与船舶有关的环境感知技术、通信导航技术等也得到广泛的应用,为无人船开发提供了广阔的技术可行性。

  如今,无人船以无人化、集成化、自动化与智能化的信息获取方式,一方面为相关职能部门提供水下地形地貌测量、大坝安全监测等多项应用服务功能。另一方面,可为相关部门科学决策提供详尽、准确的基础资料。

  眼下,国内无人船的主要用途与应用领域包括:高精度水下地形测绘、大坝堤防安全检测、水文信息自动化监测、水环境自动监测、灾害应急服务。

  从用途举例的话,无人船可实现水质在线分布的测绘,通过这些数据比较和分析,可看出污染扩散的情况,并把污染源追踪出来,配合探测设备,找出水底的“暗管”,最终查出污染企业。

  而从应用领域举例的话,在传统水文测量和水环境监测中,多是依靠燃油船进行,船体较大,复杂水域有些不能前往。有些河道较窄水流较急,人也到不了,作业起来比较危险。无人船就能大显身手了。传统方式是在较污浊的水里取一点水样,拿回实验室分析。这种取样必须是人能去到的地方,不一定具备代表性。而无人智能船是选择几个关键点,在走航的过程中取回整条河的参数,是一个实时的过程。


无人船测绘


  无人船测绘:应用方式与我国的优势

  在我国,无人船最重要的应用是在测绘领域。这个应用其实很早之前就有,大概十年之前,东海航海保障中心就曾利用遥控艇绑着测量水深的设备去危险水域探测,可以说是无人船测绘的开端。经过这么多年的发展,无人船测绘行业已十分成熟。

  无人船测绘有三种应用方式:第一,可远程控制测绘,比如现在坐在房间里就可用控制台加电台的方式来控制它,有点像遥控船;第二,可定向测绘,即无人船沿着在地图上轨迹点进行作业;第三,可自主测绘,即操作者在地图上划定区域,无人船可自主选择最佳测绘方式,还可自主避障。

  另外,不得不提的是,目前国内无人船测绘,有一个得天独厚的优势。那就是,世界上80%的定线制航道在中国,而只有定线制航道,才有反复测绘的必要。



对于无人船产业的未来应充满信心


  无人船产业:我国的发展优势

  而对于无人船产业的未来,业界人士也应该充满信心。这是因为,目前我国在无人船所需的关键技术方面的研究,已非常深入。

  例如,在无人船智能控制理论和技术方面,尽管我国的发展的历史不长,在智能控制理论应用方面也才刚刚开始。但是,我国自控界在智能控制理论研究方面的成果已达国际水平。如上海交通大学的人机协同、华中科技大学的集群控制及中国船舶重工集团公司等,都在无人船方面提出了很多关键方法和策略,如中船重工704所就研制了能在横摇过程中,保持探头稳定性的稳定平台,大大提高了监测精度。

  另外,目前我们国家有世界上最大的海上智能船测试场,也有最大的示范县,如珠海的万山和青岛的即墨。我国在无人船的一些技术方面,比如全船数字孪生、航行数字孪生、视觉增强、全船智能测试系统、全船测试场等,都是世界领先。这些优势一旦用好了,我国一定会世界上最大的无人船领域产业集群。

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