關于現有救助艇改裝遙控操縱的可行性探討

黃安康

摘? 要：21世紀，科技信息化高速發展，我國即將進入5G時代，AI、VR、AR、無人駕駛等技術不斷發展成熟。在此大背景下，救助裝備的科技信息化發展已成必然趨勢，海事系統已初步完成智能海上無人巡邏艇的研發，系統內單位已就海上無人救生艇展開研究。本文就如何對現有救助裝備（救助艇）進行信息化升級展開探討。關鍵詞：救助艇;遙控;救生;信息化

0 引 言

現有救助艇為有人操縱模式，在救助中發揮著關鍵作用，是目前救助中的重要裝備。但現有救助艇受氣象海況限制明顯，主要原因是在超過一定海況后，人員操縱和收、放艇作業中的安全風險較高，救助人員自身安全受到嚴重威脅。本文旨在不影響現有救助艇功能及結構的前提下，初步實現救助艇遠程可視遙控功能，以供緊急或特殊情況下使用。

1 實施方案

1.1 遙控系統組成單元

遙控系統是一個綜合性控制系統，主要由控制系統、定位系統、可視系統及語音系統組成，其中核心控制系統由油門控制單元、方向控制單元、正倒車控制單元及遠程無線數傳單元等組成，其他系統由相應子單元配合組成（見圖1），整套遙控系統的加裝，可初步實現現有救助艇的遠程可視遙控操縱功能（L1級無人駕駛）。本文主要涉及現有救助艇控制系統的改裝及定位系統、可視系統、語音系統的加裝，著重針對救助艇控制系統的改裝展開討論。

1.2 現有救助艇控制系統工作原理（以DHJ204開敞式救助艇為例）

DHJ204輪開敞式救助艇為單車單舵噴泵推進動力系統，噴泵型號為Alamarin Jet 230，如圖2、圖3所示。艇機型號為4LHA-HTP，其控制系統由舵輪及單控制手柄組成，其中控制手柄集成正倒車控制與油門控制功能。救助艇控制系統具體工作原理如下：

轉向控制原理：救助艇噴泵轉向控制單元通過軟軸與舵輪連接，舵輪端軟軸前端為螺旋狀蝸齒結構（彈簧形狀），軟軸與舵輪通過齒輪嚙合實現舵輪對方向的控制。正倒車及油門控制原理：DHJ204艇機油門及噴泵正倒車控制由單一控制手柄操作實現，具體原理如下：如圖4所示，上層結構為油門控制撥片，撥片通過軟軸與艇機油門連接，控制手柄的轉動帶動油門撥片的移動，從而控制艇機油門的收放;如圖5所示，為正倒車控制撥片，撥片通過特殊齒輪結構與控制手柄轉動輪連接，同時撥片通過軟軸與噴泵正倒車控制液壓閥連接。油門與正倒車的集成通過如圖所示結構實現，工作原理為：當控制手柄從零位開始轉動時，正倒車控制撥片通過齒輪嚙合同步移動，實現正倒車控制的轉換（此時油門控制撥片不隨控制手柄移動），當控制手柄移動到一定角度，控制手柄轉動輪與正倒車控制撥片齒輪脫開后，撥片不再隨控制手柄的繼續移動而移動，正倒車控制轉換完成;完成正倒車轉換后繼續推動控制手柄，此時手柄轉動輪帶動油門控制撥片移動，從而控制艇機油門的收放。

以上油門、方向及正倒車控制都是通過物理連接（軟軸）的方式與相應的操縱手柄連接，充分了解上述系統控制原理和結構是下階段加改裝工作的前提和基礎。

1.3 加裝方案

（1）控制系統改裝方案

控制系統的改裝是本方案的重點，在不改變現有救助艇操縱功能的前提下，如何實現遙控控制是本方案的關鍵，具體改裝方案如下：

結合上述救助艇控制系統的結構及原理，本方案擬在油門、方向及正倒車控制操作端各合適位置安裝一臺扭力舵機，扭力舵機通過連桿與各控制撥片、軟軸固定連接并提供移動力矩（不改變現有結構，遙控、手動都可實現操作），各舵機通過線纜及端口與遙控芯片連接。

（2）可視及語音系統加裝方案

遙控操作距離超出視距范圍時，需要加裝視覺及語音設備提供輔助，具體方案為：在救助艇制高點（扶正浮箱位置）安裝一部云臺及前后攝像頭、語音設備，攝像頭與無線圖傳設備連接;云臺可確保攝像頭在救助艇搖擺時畫面的穩定性和視角的移動控制，整個裝置通過適當材質的半圓形透明罩進行水密保護，并存放適量干燥劑，確保設備環境干燥。

（3）整體遠程可視遙控功能的實現

經過上述的加改裝，救助艇已基本具備遠程可視遙控操縱功能，只需將相應的設備（包括GPS模塊）通過線纜及端口與遙控芯片連接，并通過遠程無線圖傳、數傳設備與遙控器保持實時的數據交換，從而實現遠程可視遙控操縱功能。

本方案中所涉及的電子元件的加改裝在安裝后都要進行水密保護處理并保持設備環境干燥，確保各設備穩定運行。

1.4 現有技術條件

要實現上述功能，需要無線數、圖傳送設備，扭力舵機，無線云臺、攝像頭，以及遙控芯片等設備的支持，根據前期的摸底查詢，目前上述設備現有技術已比較成熟，具體性能如下：

（1）無線數、圖傳送設備

現有性能較好的設備基本采用雙路冗余、雙天線雙模塊設計，具備超遠鏈路擴頻技術及全角度增益天線。在無大型物體遮擋環境下，理論通信距離可達30～50 km，實測性能可達在10 km左右傳輸，5 km左右穩定傳輸，且不需要互聯網支持，滿足遠海環境條件使用。

（2）扭力舵機

以現有產品為例，尺寸：9.5*6*10（cm），工作電壓：12～24 V間都能運行，最大扭矩：180 kg/cm（24V），響應速率：0.12S/60°（24V）?，F有扭力舵機產品大小適中，力矩大，響應速度高，適合在救助艇內較小空間安裝及快速反應操縱。

（3）無線云臺及攝像頭

目前，現有相關產品已非常成熟，攝像頭圖像回傳分辨率可達高清以上，云臺方向角度可通過遠程調整控制，符合在遠程遙控時視角的轉換需求。

（4）遙控芯片

遙控芯片是整個遙控系統的核心部件，需將所有附加設備全部整合到一起，實現多通道的聯合控制。目前，現有的遙控芯片可實現24通道以上的設備連接整合（本方案只需8通道），且可通過手機APP或電腦軟件連接對設備進行調試和控制，滿足現有改裝方案的需求。

結合上述加改裝方案及現有設備技術條件，本人認為對現有救助艇在不改變現有功能及結構的條件下，改裝遙控操縱的難度適中，成本不高，技術條件滿足，改裝方案可行性較高。

2 應用前景

2.1 提升應急能力

具備遠程可視遙控功能的救助艇可作為應急手段，在惡劣天氣下無法有人操作或不適合人員上艇作業等特殊情況或緊急情況下使用，作為自身應急處置能力儲備。

2.2 鍛煉隊伍，儲備技術

救助裝備科技信息化升級發展是必然趨勢，經過信息化升級后的救助艇可作為日常訓練裝備，提前培養和訓練一批初步具備操控信息化救助裝備的人員，為建設國際現代化救助隊伍儲備人才和技術。

2.3 補充救助手段，提升救助能力

現有救助艇雖受氣象海況限制明顯，但機動性能良好，抗風浪能力較強且具有自扶正功能，經過信息化升級后的救助艇可在較惡劣海況下遙控作業，規避人員安全風險，作為現有救助手段的補充，提升現在救助能力。

2.4 探索道路，提升信息化水平

我國現代化航運發展起步較晚，在航海技術和航運裝備方面較西方發達國家還存在一定距離，尤其是海上信息化救助裝備的研發和投入較航運發達國家還存在較大差距，面對部分西方國家對我國的技術封鎖，唯有自身摸索，不斷研究，才能自立自強。本方案對現有救助艇的信息化改裝亦基于上述觀點，通過自身的探索和積累，逐步發展強大，不斷提升救助裝備科技信息化水平。

3 結 語

以上是本人在實際工作中的一點想法和感悟，僅供各位同行參考，希望能為國家救助事業的發展貢獻自己的一點力量，如有不足之處，請批評指正。