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本文来自 新南海（ID:nanhaifenju） 无人车、无人机逐渐进入大众视野，无人艇却依然保持神秘。无人艇搭载哪些设备，具备哪些功能，应用在哪些领域？今天的公开课中，我们走进南海调查技术中心，揭开“无人艇”的面纱。 1 // 无人艇指的是通过遥控模式或者自主模式在水面上航行，同步开展环境调查、人员搜救、巡逻侦察、军事对抗等活动的智能化水面机器人。无人艇按照自动驾驶的智能程度，分为0~5级，用L0~L5来表示（见图示）。 近年来，我国研究无人艇的企业、高校、研究所达到近百家，其中超过一半是高校及研究所。2016年起，南海调查技术中心积极布局新技术手段的创新应用，在无人艇调查平台的研发和测试方面，取得了新成果。 该中心依托南海无人艇调查技术联合实验室、南海维权技术与应用重点实验室、中国海洋学会海洋测绘专业委员会等平台，把海洋调查应用和智能设备制造整合在一起，利用自身调查经验和优势，全面推动“产、学、研、用”的深度结合，拓展了设备应用领域，同时也升级了海洋调查装备。 ▌按自主等级来分类：
▌无人艇的发展历史 二次世界大战后期： 诺曼底登陆作战欺骗和干扰 20世纪50年代： 美国比基尼岛，用于收集核爆后辐射水域样品 20世纪60年代： 首个改装遥控艇用于越南扫雷 20世纪70~80年代： ♟军事演习靶船 ♟炮火演习靶船 20世纪90年代： ♟先进猎扫雷系统开始形成 ♟出现可自主驾驶远程操控系统 ♟开始执行电子监控与侦查 现代： ♟控制/通信/传感成熟 ♟应用需求多样化 ♟民事应用广泛发展 ▌无人艇的标配： 与普通船只类似，无人艇包含船体、主机、推进器、油箱等部分，而作为一艘采集数据用的“无人艇”，还有许多自动驾驶及任务执行需要用到的设备，包括： 控制系统： 船的大脑，实现无人艇的自主航行控制 感知系统： 雷达、视觉、激光、AIS、海图、声呐 导航系统： GPS、陀螺仪、罗经等 通信系统： 窄带与宽带通信，保证信号传输 交互系统： 控制基站与遥控器，保证人可以远程控制及对无人艇作出任务指令 监控系统： 油量、电量、发动机转速、舱内温度、舱内进水等状态监控 应用系统： 采样、测绘等（根据任务需要搭载不同设备），如多波束主机 信号系统： 航行灯、警灯、警报器等
▌通信问题： 由于要自主航行，通信性能对无人艇至关重要。 无人艇可以走的最远距离，取决于两个条件，一是储备的能量（柴油或电力等能源储备情况），二是通信系统。根据具体执行的任务、平台大小的不同，搭载的通信设备也不同。 ▌技术难点： 无人艇的技术难点分为两个方面，一是与无人艇本身有关。无论是无人艇，还是无人车，所搭载的环境感知设备（例如激光雷达）造价都很高；同时受到地图精度的影响，在自主导航过程中难以精准“避障”。 而从环境来说，无人艇所处的海洋环境，比无人车所处的路面环境要复杂得多，海浪、涡流、礁石、浮冰等都存在非常大的不确定性。 ▌南海调查技术中心无人艇： 南海调查技术中心目前有3艘无人艇，分别是1.6米、2.5米的小艇，以及5.5米的中艇，明年，还会迎来一艘7米长、自动化级别达到L3级的艇。主要用于搜集各种各样的海洋数据。
▌M80 M80A曾在三级海况下，执行50公里多波束测线，对岛礁周边浅水区地形进行制图。多波束主要用于海底地形测量。 经过改装后的M80B，还曾经在南极极端环境中开展海洋调查，完成了60公里的多波速测线。
▌ME120 ME120安装了单波束测深仪和侧扫声呐，通过接收海底的声学回波信号，可获得水深和影像数据，这对于航行安全、海洋施工、填海造地等都具有重要意义。ME120曾经执行过70公里的单波束测线任务。
▌SE40 SE40平台小，搭载能力相对较弱，一般只能搭载一种测量设备。但因体积小、重量轻，其吃水浅，非常适合搭载单波束测深仪执行近岸浅水滩涂区域的地形测量任务。
2 闯荡南海，挺进南极 ▌形形色色的无人艇 南极。极寒，高纬度，磁场特异，无人艇几乎寸步难行。 冰山。看上去只有一角，海平面以下却是广阔的巨无霸，大船稍稍驶近就会搁浅，只有无人艇才能完成任务。 不少无人艇都曾“折戟”于南极，前年12月，有一艘却成功了。这艘红色的袖珍小艇就来自广州，来自南海调查技术中心。 我们先来看看国际上已经应用的形形色色的无人艇。 ▼军用以色列“骑士”配导弹 2017年3月，据以色列媒体报道，以色列海军成功测试了“保护者”的升级版——“海上骑士”无人驾驶导弹艇。这是全球首艘能发射导弹的无人艇。“海上骑士”有11米长，配备了1门水炮和多枚“长钉”导弹，最高时速可达75公里，可续航12小时，能驶离500公里远海。“海上骑士”主要用于海域巡逻，能执行侦察、辨别和拦截敌舰、反恐、水雷战、电子战和精确打击等任务。
资料图片：“保护者”： 以色列“海上骑士”无人艇的前身，后者是全球首艘能发射导弹的无人艇。 ▼美国“猎人”最大只 2017年3月，据以色列媒体报道，以色列海军成功测试了“保护者”的升级版——“海上骑士”无人驾驶导弹艇。这是全球首艘能发射导弹的无人艇。“海上骑士”有11米长，配备了1门水炮和多枚“长钉”导弹，最高时速可达75公里，可续航12小时，能驶离500公里远海。“海上骑士”主要用于海域巡逻，能执行侦察、辨别和拦截敌舰、反恐、水雷战、电子战和精确打击等任务。
资料图片：“海上猎人”，目前全球最大无人驾驶舰艇,续航能力很强，能够自主航行10000海里。 ▼民用“精海”测量三亚湾 2017年10月，广州海洋地质调查局与上海大学合作，首次利用无人艇在海南三亚湾海岸带进行综合地质调查。“精海3号”和“精海虹号”无人艇，携带了多波束测深系统、侧扫声呐、浅地层剖面仪、单波束测深仪、水下摄像机等调查设备，在三亚湾东瑁洲岛的东部和北部复杂浅水区，共进行了60多条测线调查，获得大量地质调查数据和影像资料，调查效率显著提升。
“精海3号”： 该艇在三亚湾东瑁洲岛的东部和北部复杂浅水区，共进行了60多条测线调查。（图片来自新华视界） ▼“瞭望者”抓捕“走私犯” 在今年9月举办的全球首次无人艇反走私演练中，来自珠海的安防无人艇担纲主力，协助警察成功抓捕“走私犯”，受到来自32个国家与组织安全官员的关注与肯定。此次展演中，挑大梁唱主角的是云洲L30“瞭望者”号、M75“守护者”号等安防警戒无人艇，最高航速分别为46节、30节，具备自主航行、感知避障、实时监控、跟踪侦察、图像识别、信息采集等先进功能，自动化程度高，机动性能强，适航性能高，是一种替代警务人员水上执行安防警戒巡逻任务的“小型水面机器人”。
“瞭望者”： 可以对上级指挥系统下达的指令进行实时响应，并在2分钟内完成备航出动，替代警务人员深入一线并自主完成相应的任务，特别是高危性、重复性任务。（图片来自中新网） ▌南海调查技术中心无人艇执行的任务 南海调查技术中心是一个专门“生产”海洋数据的机构，利用各种不同的工具，通过数据采集，描绘出海底地形地貌、海洋生态环境、海洋动力特征等。南海调查技术中心的无人艇，主要用于搜集各种各样的海洋数据。 海洋调查设备，对搭载平台的耐波性、航行稳定性都有要求，需满足设备在工作航行过程中一直保持在水面以下，且摇晃幅度控制在一定范围内。因此，使用无人艇采集数据的主要技术难点就在于要选择合适船型，并通过科学的设备搭载方式，满足调查设备的工作条件要求。研究人员是如何选择无人艇，又是如何改造它们，使它们能圆满完成任务的呢？ 1、南海测绘：岛礁周边浅区测绘 选择理由：单波束测深仪通过将声波打入水底并采集反射信号的方式，进行岛礁周边的水深测量。ME120采用了双体船型设计，是通过三级海况海洋环境实测，能满足单波束测深仪稳定工作条件的优选小型平台。 完成任务：经过系统论证和试验，科学搭载单波束测深仪的ME120无人艇最终在三级海况下，执行了70公里的单波束测线任务，完成南海特殊海域岛礁周边制图，海图的编制对于大船挑选适航航线、填海造地工程等多方面的应用具有重要意义。 2、南海测绘：海底地形全覆盖 选择理由：多波束测深仪可用于海底地形测量。装在测量船上的多波束测深系统，每发射一个声脉冲，可以获得船下方的垂直深度，同时获得与船的航迹相垂直的面内的上百个水深值，从而实时绘出海底地形图。与单波束测深仪相比，多波束测深仪对无人艇平台的搭载能力要求高许多。M80B无人艇采用三体船型设计，能满足多波束测深仪稳定工作条件的优选中型平台。 完成任务：搭载了多波束测深系统的M80B无人艇在三级海况下，执行50公里多波束测线，实现了该区域海底地形地貌的全覆盖扫测，完成了南海岛礁周边海底地形的制图任务。 3、挺进南极：企鹅围观“怪家伙” 难题：在极端气候环境下，设备因低温难以正常工作；在两极，受高纬度和两极磁场影响，传统定位和导航设备无法使用。曾有不少无人艇在南极遭遇滑铁卢。 解决：一、为保证在低温环境下仪器设备的正常运行，安装了暖风空调等设备保证舱内温度。二、 专门为无人艇配置了惯导运动传感器，保证它沿着设定方向航行。 完成任务：2017年12月，由南海调查技术中心参与研制的针对南极恶劣环境、搭载浅水多波束系统的特种无人艇在中国第34次南极科学考察活动中获得成功应用。此事也标志着，中国现阶段智能无人艇的技术成熟度已可以满足海洋测绘大部分应用场景需求。 这艘成功执行任务的M80B，在南极极端环境中，通宵作业24小时，完成了60公里的多波速测线。技术团队使用M80B无人艇贴近冰缘进行作业，在极端环境条件下完成了南极罗斯海西岸5平方公里海域全覆盖式的海底地形测量。 这次作业最大限度地获取了该区域近岸海底水深地形数据，填补了南极水深数据空白，为船舶航行和海洋站建设提供了基础空间地理信息数据支撑。 若发现侵犯您版权的内容，请第一时间与我们联系，我们将立即删除。谢谢！ |
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