Anvendelsespraksis for fjernbetjente akustiske enheder på ubemandede skibe

Med den hurtige udvikling af ubemandede skibsteknologier inden for søfart, sikkerhedspatruljer, økologisk overvågning og andre områder er deres egenskaber vedrørende autonom navigation og langvarig driftstid blevet vigtige støtter til vandbaserede operationer. Traditionelle ubemandede skibe fokuserer dog hovedsageligt på dataindsamling såsom kvalitetstest af vand og billedovervågning og mangler effektive evner til lydinteraktion og afskrækkelse under vandet. Ved at udnytte de kernefordele, som rettet lydtransmission og modstand mod vandmiljøforstyrrelser giver, danner fjernlydanordninger en "mobil akustisk platform på vand" sammen med ubemandede skibe. Dette kompenserer effektivt for manglen på lydinteraktion i ubemandede skibe og udvider yderligere deres anvendelsesværdi i komplekse vandscener.

I. Anvendelsesscenarier for fjernlydanordninger tilpasset ubemandede skibe

Kombinationen af fjernbetjente akustiske enheder og ubemandede skibe matcher nøjagtigt de følgende fire kernevands-scenarier for at løse driftsproblemer på forskellige områder:

• Sikkerhedsscenarier til søfart og grænsepatrulje: I områder som kystgrænser og indre vandveje kan ubemandede skibe udstyret med fjernbetjente akustiske enheder udsende retningsbestemte advarsler til ulovlige smuglerskibe og skjulte passagerer (f.eks. "Deres skib har trådt ind i Kinas jurisdiktionsvande, stop venligst straks for kontrol"). I nøgleområder såsom havne og kajer kan de transmittere sikkerhedsmeddelelser i realtid (f.eks. "Det er forbudt at opholde sig i sejlrenden, bemærk venligst og undgå passende skibe") og synkronisere lokalitetens hændelser til jordbaseret kommandocenter for at assistere myndighedspersonale i håndteringen.
• Nøddrætsscenarier: Når personer er fanget i vand som følge af naturkatastrofer såsom oversvømmelser og tyfoner, kan ubemandede skibe hurtigt nå ud til katastrofeområdet. Gennem fjernstyrede lydanordninger kan de udsende redningsruter til de fastsiddende personer (f.eks. "Bevæg jer mod den orange livbåd, redningsskibet står på standby i nærheden") og formidle viden om svømning og risikominimering. Ved søredning kan de yde positionsanvisninger til personer, der er faldet over bord (f.eks. "Spar kræfterne, ubemandet skib vil nu sende redningsudstyr til dig"), og assistere redningsteamet med at lokalisere målpositionen via lydsignaler. I tilfælde af olieforurening kan de udsende information om det farlige område til skibe i området (f.eks. "Der er en olieudslip i XX-vands, undgå venligst området") for at undgå sekundære ulykker.
• Økologiske beskyttelses- og vandhåndteringscenarier: I vandområder i naturreservater (såsom vådområder og søer) kan ubemandede skibe udstyret med fjernbetjente akustiske enheder udsende advarselstoner til ulovlige fiskerfartøjer og skibe, der udleder spildevand, for at skabe en vandbaseret afskrækkelse. I områder som dæmninger og drikkevandskilder kan de udsende forbudsmeddelelser til personer, der bader eller fisker i strid med reglerne (f.eks. "Dette er et drikkevandskildebeskyttelsesområde, og det er forbudt at komme i vandet"). I akvakultur-områder kan de drive uønskede vandlevende organismer væk ved hjælp af lydbølger med specifikke frekvenser for at beskytte sikkerheden for akvakulturarternes liv.
• Offentlige tjenester og driftskoordineringsscenarier: Ved vandbygningssteder (såsom brobyggeri og udgravning af farvande) kan ubemandede skibe udsende oplysninger om byggeområdets omfang og omfartsrute til forbipasserende skibe via fjernstyrede lydanordninger (f.eks. "Benyt venligst omfartsruten 100 meter nord for byggepladsen, tak for Deres samarbejde"). Under vandsbegivenheder (såsom dragebådsregattaer og sejlads) kan de udsende konkurrenceregler og sikkerhedshenvisninger i realtid (f.eks. "Skibe, der ikke deltager i begivenheden, må ikke sejle ind på banen under løbet") for at opretholde ordenen på stedet.

II. Kernekundens behov i Ubemandede skibsscener

I anvendelsen af ubemandede skibe drejer kundernes behov omkring fjernstyrede lydanordninger sig om "vandtæthed, stabilitet og effektivitet", hvilket specifikt viser sig således:

• Stærk vandresistens og miljømæssig tilpasningsevne kræves: Ubemandede skibe opererer i lang tid på vand, hvorfor enheden skal have et beskyttelsesniveau på IP65 eller højere, så den kan modstå korrosion fra saltvand, regn, oversvømmelse og bølgepåvirkning. Samtidig skal den kunne tilpasse sig ændringer i vand- og lufttemperatur i intervallet -20°C til 60°C for at undgå fejl i omgivelser med eksempelvis høj temperaturudsættelse og nedfrysning ved lav temperatur. Desuden skal den have evne til at modstå vind og bølger og kan overføre lyd stabilt ved vindstyrke under 5 uden at blive overdøvet af omgivende støj (såsom bølgestøj og motordriftsstøj).
• Behov for langtrækkende klar lydoverførsel: Driftsområdet for ubemandede skibe er typisk 1-5 kilometer over vandflade. Derfor kræves det, at enheden har en effektiv lydoverførselsdistance på mindst 800 meter i åbne vandområder uden forhindringer. Lydsignalet må ikke være forvrænget eller støjfyldt. Selv under blæsevejr og kraftigt søgang skal personer på vandet tydeligt kunne modtage informationen. For specifikke mål (såsom ét enkelt skib eller én enkelt person i nød) kræves evnen til retningsbestemt lydoverførsel for at undgå, at lyden spreder sig og forstyrrer områder, der ikke er relevante.
• Fjernstyret og koordineringsbehov: Understøtter fjernbetjening via ubemandet skibs kontrolesystem eller landbaseret kommandoplatform, herunder lydstyrkejustering, skift mellem arbejdstilstande (retningsbestemt/omnidirektionel), afspilning af forudindstillede stemmebeskeder og realtids stemmeinput. Der kræves ikke manuelt ombordstigning for indstilling. Samtidig skal det kobles til det ubemandede skibs GPS-positionering, højopløselige kamera og sonarsensor. Når sensoren registrerer et mål (f.eks. personer i nød eller ulovlige skibe), aktiveres den akustiske enhed automatisk.
• Lavt strømforbrug og holdbarhedsanpassning: Enkeltoperationens holdbarhed for ubemandede skibe er typisk 8-24 timer. Derfor skal enheden have egenskaber med lavt strømforbrug, med et driftsforbrug under 15 W. Den kan direkte tilsluttes det ubemandede skibs strømforsyningssystem for at undgå påvirkning af driften på grund af hyppig opladning. Samtidig bør den have en strømovervågningsfunktion. Når enhedens strømniveau er for lavt, sender den automatisk en påmindelse til kommandoplatformen for at sikre, at overførslen af nøgleoplysninger ikke afbrydes.

III. Kerneegenskaber for fjernlydudstyr tilpasset ubemandede skibe

For at opfylde behovene i scenarier med ubemandede skibe, skal fjernlydudstyr have følgende målrettede tekniske egenskaber for at sikre effektiv samarbejde med ubemandede skibe:

• Høj beskyttelse og anti-korrosionsdesign: Kabinetten er fremstillet af aluminiumslegering eller teknisk plast + anti-korrosionsbelægningsmateriale, hvilket kan modstå korrosion fra saltvand og ferskvand og undgå rustdannelse og revner på grund af langvarig nedsænkning. Udstyrets interface anvender en vandtæt tætningskonstruktion, og datakabler samt strømkabler er udstyret med vandtætte stik for at forhindre vand i at trænge ind i den interne kredsløb. Samtidig er der indbygget en fugtbestandig og åndbar ventil i enheden for at udjævne trykket inde og ude og undgå dannelse af kondensvand.
• Højt lydtrykniveau og udgang med støjimmunitet: Lydtrykniveauet kan nå op til 130 dB – 150 dB og dække det for menneskeøret følsomme frekvensområde på 200 Hz – 20000 Hz, så lydsignalet stadig kan trænge igennem forstyrrelser i miljøer med bølger og motorstøj. En professionel akustisk algoritme anvendes til at optimere lydbølgernes transmissionssti og reducere lyddæmpning forårsaget af refleksioner på vandoverfladen. Selv i et miljø med 1 meters høje bølger kan taleinformationer stadig tydeligt modtages på 800 meters afstand. Samtidig understøtter den mere end 10 niveauer for justering af lydstyrke for at tilpasse sig behovene i forskellige scenarier.
• Lavt strømforbrug og multi-strømtilpasning: Der anvendes en lavenergichip og en energibesparende kredsløbsdesign. Standby-forbruget er under 3 W, og driftsforbruget holdes på 10-15 W. Det kan direkte tilsluttes ubemandede skibs lithiumbatteri eller solcelleforsyningssystem uden ekstra reservestrømforsyning. Nogle enheder har et indbygget reserve-lithiumbatteri, der kan opretholde enhedens kontinuerlige drift i over 3 timer, når strømforsyningen til det ubemandede skib afbrydes, og derved sikre informationsoverførslen i nødssituationer.
• Letvægts og nem installationsdesign: Den samlede vægt af enheden er begrænset til under 5 kilogram, og volumenet overstiger ikke 20 cm × 20 cm × 20 cm. Den kan fastgøres på dækket eller toppen af kabinen på det ubemandede skib via en beslagkonstruktion, uden at påvirke navigationens stabilitet og lasteevne. Installationsinterface har en standardiseret design, der understøtter hurtig adskillelse og udskiftning for at lette senere vedligeholdelse og reparation.

IV. Integrationsløsninger for fjernbetjente akustiske enheder med andet udstyr

I det ubemandede skibs system skal fjernbetjente akustiske enheder integreres med forskellige typer udstyr for at danne et samarbejdende "opfattelse – beslutning – udførelse"-system. De specifikke integrationsløsninger er som følger:

• Integration med perceptionsudstyr: Det er forbundet til det ubemandede skibs højopløselige kamera, sonar-sensor og infrarødt varmebilledeapparat. Når kameraet identificerer unormale situationer såsom "ulovlig skibsintrusion" og "person faldet i vandet", eller sonaren registrerer undervandsforhindringer og ulovlige fiskeredskaber, aktiveres den fjernstyrede akustiske enhed automatisk for at afspille den relevante lyd (f.eks. "Deres skib har ulovligt trængt ind i et ikke-navigation-område, forlad området øjeblikkeligt" og "En person, der er faldet i vandet, er blevet fundet, det ubemandede skib vil udføre redningsaktionen"). Det infrarøde varmebilledeapparat kan hjælpe med at fastlåse målet i miljøer med mørke eller nedsat sigtbarhed for at sikre, at enheden transmitterer lyden præcist.
• Integration med kommunikationsudstyr: Det er forbundet til ubemandede skibs 4G/5G-kommunikationsmodul eller satellitkommunikationsmodul for at realisere ekstremt langtrækkende kontrol. Når det ubemandede skib opererer i farvande langt fra kysten og uden offentlige netværkssignaler (som på havet), kan personale på land sende kommandoer (såsom skift af arbejdsmode og opdatering af forhåndsindspillede lyde) til det akustiske udstyr via satellitforbindelsen. Udstyret kan transmittere arbejdsstatus (såsom strøm, lydstyrke og fejlinformation) tilbage til kommandocentret på land i realtid for at lette fjernovervågning og fejlfinding.
• Integration med positionerings- og navigationsudstyr: Kombineret med ubådens GPS/Beidou-positioneringssystem, sender den fjernstyrede lydenhed en advarsellyd til skibe, der træder ind i et forudindstillet følsomt område (såsom drikkevandskildebeskyttelsesområder og militære navigationforbudte områder). Når ubåden afviger fra køreplanen (f.eks. på grund af vind og bølger under søgning og redning), sender enheden øjeblikkeligt en positionsafvigelsesalarm til det landbaserede platform og afspiller beskeden "Ubåden har afviget fra ruten, bemærk venligst undvigelse" til de omkringliggende skibe.
• Integration med advarsellysudstyr: Det er forbundet med det ubemandede skibs LED-advarsellys og blitzlys for at skabe en "lyd-og-lys-koordinering". Når fjernstyret lydanordning aktiveres i advarselsmodus, tændes advarsellyset samtidigt (f.eks. et blåt blitzlys). Gennem dobbelt stimulation af syn og hørelse forbedres advarselseffekten over for målet. For eksempel kan "lyd-og-lys-koordinering" under natredning hjælpe personer, der er faldet i vandet, med hurtigt at lokalisere det ubemandede skibs position og derved øge redningseffektiviteten.

V. Kernefordele ved kombinationen af fjernstyrede lydanordninger og ubemandede skibe

I forhold til traditionelle vandbårne lydanordninger eller ubemandede skibe, der opererer alene, kan kombinationen af fjernstyrede lydanordninger og ubemandede skibe udvise betydelige fordele på mange områder:

• Udvid rækkevidde og effektivitet: Ubemandede skibe kan selvstændigt navigere og dække et stort vandområde (én enkelt operation kan dække mere end 20 kvadratkilometer). Kombineret med fjernstyrede akustiske enheder er effektiviteten af informationsformidling 4–6 gange højere end ved manuelt styrede skibe. For eksempel kan ubemandede skibe i kombination med enheder fuldføre udsendelsen af forbud mod svømning i hele vandområdet inden for 2 timer i et 10 kvadratkilometer stort reservoir, mens det tager 6–8 timer med manuelt styret skib.
• Forbedr operationssikkerheden: I farlige situationer (såsom oversvømmelsesramte områder og olieudslip i vand) kan ubemandede skibe erstatte personale ved at udføre opgaver i højrisikoområder. Fjernstyrede lydanordninger giver personale på land mulighed for at fuldføre informationsoverførsel og udvise advarsler uden at komme tæt på farlige miljøer, hvilket markant reducerer risikoen for personskade. For eksempel kan ubemandede skibe under vandsøgning efter en tyfon transportere udstyr ind i områder med kraftige vinde og bølger for at sende redningsinstruktioner via højttaler, og derved undgå, at redningsmandskab løber risiko ved at sejle derind.
• Realiser præcis og økologisk drift: Gennem den rettede lydtransmissionsteknologi og ubemandede skibers præcise positionsevne kan lyd nøjagtigt transmitteres til det ønskede område, hvilket undgår miljømæssig forurening forårsaget af lyddiffusion i det omgivende økosystem. For eksempel kan advarsler i et naturreservat sendes rettet mod ulovlige fiskeskibe uden at påvirke habitaterne for de omkringliggende vandlevende organismer. Samtidig kan enheden simulere lyden af naturlige fjender for at opnå økologisk afskrækkelse og derved undgå vandforurening forårsaget af brugen af kemikalier.
• Reducerer driftsomkostninger: Én ubemandet skib kombineret med en fjernstyret lydenhed kan erstatte arbejdsbyrden for 2-3 personer ved vandoperationer. Desuden er de enkelte driftsomkostninger (elafgift, vedligeholdelsesomkostninger) for det ubemandede skib lavere end omkostningerne ved manuelt skibsdrift. Langvarig drift kan markant reducere investeringerne i arbejdskraft og tid. For eksempel kan ét ubemandet skib dække patruljebehovet for en 5 km lang vandvej ved daglige sikkerhedspatruljer i havnen, og omkostningerne reduceres med over 50 % i forhold til manuelle patruljer med båd.

VI. Anvendelseseksempler på fjernstyrede lydenheder på ubemandede skibe

Eksempel 1: Fælles anvendelse af ubemandede skibe til kystgrænsepatruljer og fjernstyrede lydenheder

En kystgrænsekontrolafdeling introducerede 8 ubemandede patruljeskibe, hver udstyret med en fjernstyret akustisk enhed samt en højopløselig kamera, et Beidou-positioneringssystem og en satellitkommunikationsmodul. Under daglige patruljer sejler de ubemandede skibe i grænsevandene efter forudindstillede ruter. Når kameraet identificerer et mistænkeligt skib, der nærmer sig grænselinjen, skifter den fjernstyrede akustiske enhed automatisk til rettet tilstand og afspiller advarsellyden: "Deres skib har nærmet sig Kinas grænselinje, vend venligst om og forlad straks området, ellers vil yderligere foranstaltninger blive truffet" til det mistænkelige skib. Hvis det mistænkelige skib nægter at forlade området, sender enheden skibets position og kursoplysninger til det landbaserede kommandocenter via satellitforbindelsen. Kommandocentret kan fjernstyret justere lydstyrken for at øge advarselens intensitet kontinuerligt. Desuden kan de ubemandede skibe stadig fungere normalt, når manuelle patruljer ikke kan udføres på grund af dårligt vejr (såsom stærk regn og tåge), og udsende grænsekontrolreglerne til forbipasserende skibe gennem enheden for at forhindre ulovlige grænseovertrædelsesepisoder. Efter gennemførelsen af dette system er antallet af ulovlige grænseovertrædelsesepisoder i grænsevandene faldet med 75 %, og patruljeomkostningerne er reduceret med 60 % i forhold til manuelt drevne skibe.

Sag 2: Praktisk anvendelse af ubemandede skibe til nødredning ved oversvømmelser i byer og fjernstyrede lydenheder

Da en by blev ramt af oversvømmelser forårsaget af kraftig regn, satte redningsholdet 5 nødredningsubemandede skibe i brug. Hvert ubemandet skib var udstyret med en fjernstyret lydenhed, et infrarødt varmebilledeapparat og en enhed til udbringning af redningsudstyr. De ubemandede skibe sejlede hurtigt ind på oversvømmede gader og vandområder i beboelsesområder. Når det infrarøde varmebilledeapparat registrerede personer i nød på tag og altan, aktiverede man straks den fjernstyrede lydenhed og sendte beskeden: "Hold jer oppe på højde for redning. Det ubemandede skib vil nu slippe livvest og fødevarer af til jer. Gå ikke i vandet uden tilladelse" til de omkommede. Samtidig transmitterede enheden lokationen af de omkommede tilbage til redningscentralen via 4G-kommunikationsmodulet for at hjælpe med at organisere redningsteamet. I farlige områder, hvor vanddybden oversteg 1,5 meter, udsendte de ubemandede skibe advarslen: "Vandstrømmen her er stærk, kom ikke nærmere", til omkringstående gennem enheden for at forhindre, at personer ved et uheld kom ind i de farlige vandområder. I denne redningsaktion hjalp kombinationen af den fjernstyrede lydenhed og de ubemandede skibe redningsteamet med at evakuere mere end 230 personer i nød inden for 4 timer. Effektiviteten af informationsformidlingen var 10 gange højere end ved anvendelse af traditionelle højttalere, og ingen redningspersonale kom til skade.