无人机见多了,无人船见过吗?

无人机的概念已经烂大街,无人船又是个什么鬼!

相比于已经逐渐走入人们生活的无人机、无人车等新技术,无人船技术对于人们来说还是一个比较陌生的词汇。提起无人船,人们或多或少都会产生疑问——现有的船舶技术已经如此完善,为什么还要投入大量的人力和财力来研究无人船这项新技术呢?无人船的自主导航系统难道会比随机应变的船员更加安全、有保障吗?无人船技术可以应用到哪些方面,又取得了何种进展呢?

现在的智能化船舶除了配备传统的控制器外,还兼具决策支持、气象导航、能源优化、动态船舶地图、电子海图显示和信息系统,以及船队状态实时监控等功能。而海上作业对水面船舶在复杂环境中的自主航行技术提出了更高的要求——远程遥控、自主航行、自动靠泊等新功能使得水面无人船的发展逐步成为现实。作为无人驾驶运载工具,水面无人船可以在海洋科考探索、海洋油气勘探开采、海上安全防卫和事故救援海上环境中广泛应用。无人船可与其它水面平台、水下运载器、无人机联合使用或和作战用雷达以及光电传感器进行协同作业,在枯燥、肮脏、危险的环境中,替代有人船只全面对环境进行监控和探测。

为什么选择无人船

使用无人船能有效减小舱容和载重,降低人力成本,提高操作精度,降低人员操作失误的风险。人员在船舶上活动不仅需要设置起居室、驾驶室等舱室,还需要配备相应的管道系统、给排水系统等,采用无人船则可以减小船舶的舱容和载重,使船舶有能力搭载更多的货物或设备,并节省燃油。

无人机见多了,无人船见过吗? 第1张

欧洲MUNIN的报告显示,船员的工资支出占据全球货船运营成本的30%以上。然而提到人力成本,你是不是自然而然地认为人力成本就是工资支出和社保等福利费用的总和呢?事实上在大多数行业并非如此。除了上述工资成本之外,人力成本还包括获得成本、培训成本、离职成本等。长期漂泊海上的高危险性和枯燥感使得海员这一职业逐渐失去了吸引力,培养出一个能够独当一面的船员、工程师也往往需要大量的时间成本和资金成本,而他们有时会面临一些恶劣天气、海盗袭击、军事冲突等突发状况,沉船等海难事故也时有发生。采用无人船既可以避免前期投入的大量人力成本成为沉没成本以及人员伤亡带来的后续损失,又可以提高人员的工作效率——在未来,一个人在陆地上同时指挥、监控拥有多艘船的船队即将成为现实。

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韩国“岁月号”沉船救援现场

尽管船舶驾驶人员有着机器难以比拟的应变能力,但由于人员操作过失、资源(程序、规则)和设备使用不当、指挥人员错误决策、船员应激反应不当等原因而引起的船舶碰撞、触损、搁浅、风灾、火灾等事故时有发生。近年来得到越来越多广泛应用的电子海图显示与信息系统(ECDIS)作为一种新型的船舶导航系统和辅助决策系统,利用预埋在系统中的电子海图和船载传感器返回的实时数据让驾驶员对船位和航道信息作出清晰判断,降低了人为操作失误的可能性。在此基础上发展的无人船技术则可以通过自主决策和导航进一步提高操作的精度,降低人员操作失误的风险。

如何实现无人船

无人船技术涉及到水动力学、自主决策、自动控制、信号处理、网络通信、传感器技术等多方面问题,具有较高的技术难度。无人船想要在复杂、危险的海域内具有稳定的航行能力和应对突发状况的能力,就必须做到实时监控自身的设备运行状况、感知外界信息、作出正确的决策并严格执行,而这些操作就要依靠与外界环境交互的传感器系统、高级别的自主导航系统、精准的自动控制程序以及稳定快速的网络通讯技术。

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传感器系统就如同无人船的眼睛和耳朵,将看到的、听到的外界信息加工处理传输给无人船的大脑——自主导航系统,自主导航系统根据动态海图与气象预报,结合传感器反馈的实时信息给出路线、航速等决策指令,并将决策指令传输给自动控制程序,自动控制程序严格按照决策指令调整舵桨输出合适的推力,完成自主航行。同时,无人船还需具备自主选择的模式切换功能,能够在自主航行、远程遥控、失效保护等模式中进行自主地切换,以确保无人船的航行安全。

无人船的今天和未来

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Sea Hunter

提起无人船研发的最新进展,Sea Hunter作为美国国防高等研究计划署(DARPA)提出的反潜作战连续追踪无人艇(ACTUV)项目的第一艘无人船,无疑是最引人注目的。Sea Hunter为一艘总长为40米的三体船,造价2千万美金,运行成本每天1.5万-2万美金,配备两个柴油引擎,最高航速27节,在12节航速时具备1.9万千米的超长续航力。该船于4月7日完成命名仪式,并开始了为期18个月的试航测试。Sea Hunter在未来很有可能具备扫雷、侦查和补给等功能。ACTUV项目的提出也反映了无人驾驶水面舰艇的飞速发展。

在军事领域,除了美国致力于水面无人舰艇的研发和使用,以色列武装部队、瑞典海军、德国海军、丹麦海军、日本等也纷纷应用无人水面艇进行扫雷、排雷、护卫等工作。许多国外的私营防务公司也研发并推出自己的无人艇型号,以便在日益星期的军用无人艇市场中占据有利的位置。在未来,无人水面舰艇在水雷侦查、战场环境评估、港口护卫、监视侦察、反潜、后勤支援等方面都具有巨大的发展潜力。

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英国的Rolls-Royce公司(罗-罗公司)作为全球最大的引擎制造商和造船供应商之一,规划了无人船的发展蓝图,并提出了一个采用无人驾驶货船取代传统货船的大胆计划。罗-罗公司表示,对在世界贸易中占据90%的份额的价值3750亿美元的航运业来说,无人船更加安全、运费更低廉,而且更少污染。海洋革新工程负责人奥斯卡•莱万德说:“在不久的将来,无人船将与正在使用的无人机、潜水艇以及谷歌正在试验的无人汽车并驾齐驱。”

罗-罗公司在2016年初发布了关于无人船未来的岸上指挥中心的视频(本文开头的视频)。视频指出,我们生活在一个日新月异的世界,自主航行船舶和遥控船舶正在逐步实现。控制室将会是罗-罗无人船遥控网络的神经中枢,操作员在控制室内通过远程连接实时监控并指挥无人船。

euRathlon 2015 Challenge (video resume)

提起无人机、无人车、无人船以及水下运载器的合作应用,不得不谈到EuRathlon Grand Challenge海陆空的搜救比赛。受到2011年福岛地震海啸与核泄漏事故的触动,欧盟于2013年出资策划了该项赛事,至今已在德国与意大利举办了三次。比赛不仅对单个机器人的硬件装配和程序设置都有很高的要求,还着重考察了不同机器人间的通讯和协同作业。上面的这个视频介绍了比赛中场地以及一些参赛队伍的情况。

无独有偶,在马航MH370的事故中,无人船和装载了声呐无人水下运载器就被包括Phoenix International Holdings, Inc.在内的一些公司用于搜救工作。

近年来,欧盟执行委员会正在开发一个名为MUNIN的基于智能网络的海上无人导航项目。另外一个名为WiMUST的项目也在有条不紊地推进中,该项目旨在在海底铺设一系列的声呐系统从而方便大批AUV在海底进行一些商用和民用的联合运作,包括水下结构物建造、设施检测、自然灾害预报、环境制图等工作。参与的组织和机构包括意大利、法国、英国、葡萄牙、德国、挪威的一些高校和公司。

尽管无人船技术日臻完善,但其最终实现仍绕不开日益凸显的伦理问题。如同人们面临无人车技术时提出的一系列问题——无人驾驶汽车在面临“电车问题”时选择救五个人还是一个人?在事故中应该优先保护车内乘客还是路上行人、车辆呢?谁应该为即将出现的无人驾驶汽车事故负法律责任呢,是车主、制造商还是程序员?在什么情况下允许无人驾驶汽车违反交通法规呢?水面无人船同样需要面临类似的问题,除了满足海上避碰公约之外,操作员的培训、事故发生后的责任划分仍是困扰着研究人员、法规制定者的一个难题。相信就在不久的将来,无人船将载着人类的智慧和希望驶向远方。

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发布日期:2016年09月01日  所属分类:资讯