無人艇研發(fā)需要重點抓住什么？

鄭銳聰

廣州海工船舶設(shè)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(jìn)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(jìn)器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、全自動作業(yè)裝備等方面技術(shù)，都進(jìn)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(yīng)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(shè)備，如全自動卷揚機、無軸式電力推進(jìn)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(shù)復(fù)雜、集成度高，研發(fā)需要具備多個專業(yè)和學(xué)科甚至新興技術(shù)領(lǐng)域的知識，比如人工智能、5G通訊，不僅技術(shù)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(jìn)技術(shù)如電力推進(jìn)，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(shù)以確保可靠信息和指令傳輸。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(shù)，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(shè)備，而很多設(shè)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(shù)或通用設(shè)備可以在有人船艇上的類似設(shè)備上得到參考，但應(yīng)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(yù)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(shè)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(fēng)高浪急的海域進(jìn)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(jìn)氣、排煙、散熱通道設(shè)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(jìn)水、可自動扶正。這就對無人艇的船體設(shè)計提出了更高要求。

其次，船載設(shè)備也是研發(fā)的重點。船艙內(nèi)設(shè)備要經(jīng)受不同海況下長期顛簸、振動，設(shè)備固定螺絲需要防松設(shè)計、防腐蝕設(shè)計，柴油機供電系統(tǒng)需要遠(yuǎn)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(jìn)動力，轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)需要自主轉(zhuǎn)舵功能，控制系統(tǒng)需要冗余設(shè)計，通信系統(tǒng)需要穩(wěn)定可靠，幾乎所有設(shè)備都需要經(jīng)過特殊改造或者二次開發(fā)。

第三，無人艇關(guān)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(fù)雜、故障率高的柴油機驅(qū)動系統(tǒng)，采用電力推進(jìn)系統(tǒng)及高可靠性的無軸推進(jìn)器是良好的選擇。在無人艇設(shè)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(jié)構(gòu)簡單、原理可靠的無軸式電力推進(jìn)器。這就需要解決系統(tǒng)之間的匹配，以及無軸推進(jìn)器的材料、控制、工藝、水動力等諸多技術(shù)問題。純電池系統(tǒng)+無軸推進(jìn)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(jìn)或混合動力推進(jìn)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。控制系統(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(wù)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(fù)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(jìn)器等技術(shù)的發(fā)展，大大促進(jìn)了無人艇技術(shù)進(jìn)步。譬如，5G通訊技術(shù)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(yīng)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(wù)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(yuǎn)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(shù)的強大通訊功能使得無人船遠(yuǎn)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(luò)的地方都可以進(jìn)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(wù)，讓無人船按時定點巡航，自動將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器上，全程不受人工干預(yù)，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(jìn)器，成為了全球第一款使用無軸推進(jìn)器的水質(zhì)監(jiān)測無人艇。值得一提的是，該推進(jìn)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(yīng)更廣泛的作業(yè)環(huán)境。

無人艇已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測、科學(xué)考察、地形測繪、軍事掃/排雷等領(lǐng)域，隨著技術(shù)不斷發(fā)展、成熟，無人艇的應(yīng)用領(lǐng)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。