Aplicación práctica de dispositivos acústicos remotos en buques no tripulados

Con el rápido desarrollo de la tecnología de embarcaciones no tripuladas en operaciones marítimas, patrullas de seguridad, monitoreo ecológico y otros campos, sus características de navegación autónoma y resistencia prolongada se han convertido en un soporte importante para operaciones acuáticas. Sin embargo, las funciones tradicionales de las embarcaciones no tripuladas se centran principalmente en la recopilación de datos, como pruebas de calidad del agua y monitoreo de imágenes, y carecen de capacidades eficientes de interacción y disuasión acústica subacuática. Aprovechando las ventajas clave de la transmisión direccional del sonido y la resistencia a las interferencias del entorno acuático, los dispositivos acústicos remotos forman una "plataforma acústica móvil acuática" junto con embarcaciones no tripuladas, compensando eficazmente la deficiencia de interacción acústica de estas embarcaciones y ampliando aún más su valor aplicado en escenarios acuáticos complejos.

- ¿ Qué? Escenarios de aplicación de dispositivos acústicos remotos adaptados a embarcaciones no tripuladas

La combinación de dispositivos acústicos remotos y barcos no tripulados coincide exactamente con los siguientes cuatro escenarios acuáticos principales para resolver los problemas operativos en diferentes campos:

• Escenarios de seguridad marítima y patrullaje fronterizo: En zonas como fronteras costeras y vías fluviales interiores, los barcos no tripulados equipados con dispositivos acústicos remotos pueden emitir advertencias direccionales a embarcaciones dedicadas al contrabando ilegal o al transporte de personas ocultas (por ejemplo, "Su embarcación ha entrado en aguas bajo jurisdicción china, deténgase inmediatamente para una inspección"). En áreas clave como puertos y muelles, pueden difundir avisos de gestión de seguridad en tiempo real (por ejemplo, "Quedan prohibidas las estancias en la vía navegable, tenga cuidado de evitar los barcos en tránsito") y sincronizar la situación del lugar con el centro de mando terrestre para ayudar al personal encargado de hacer cumplir la ley.
• Escenarios de rescate de emergencia: Cuando las personas están atrapadas en el agua debido a desastres como inundaciones y tifones, los barcos no tripulados pueden llegar rápidamente a las zonas afectadas. Mediante dispositivos acústicos remotos, pueden transmitir rutas de rescate a las personas atrapadas (por ejemplo, "Por favor, diríjase hacia el bote salvavidas naranja, la embarcación de rescate está en espera cerca") y entregar conocimientos sobre flotación y evitación de riesgos. En operaciones marítimas de búsqueda y rescate, pueden emitir indicaciones de posicionamiento a las personas caídas al agua (por ejemplo, "Ahorre sus fuerzas, la embarcación no tripulada lanzará equipo de salvamento para usted") y ayudar al equipo de rescate a localizar la posición del objetivo mediante señales sonoras. En accidentes por derrame de petróleo, pueden anunciar el alcance del área peligrosa a los barcos cercanos (por ejemplo, "Existe un derrame de petróleo en las aguas XX, por favor no se acerque") para evitar accidentes secundarios.
• Escenarios de protección ecológica y gestión del agua: En zonas acuáticas de reservas naturales (como humedales y lagos), embarcaciones no tripuladas equipadas con dispositivos acústicos remotos pueden emitir voces de advertencia hacia barcos que pesquen ilegalmente o descarguen aguas residuales de forma ilegal, ejerciendo así una disuasión en el agua. En áreas como embalses y fuentes de agua potable, pueden difundir avisos de prohibición a personas que naden o pesquen infringiendo las normas (por ejemplo, "Esta es una zona protegida de fuente de agua potable, está prohibido ingresar al agua"). En zonas de acuicultura, pueden repeler organismos acuáticos dañinos mediante ondas sonoras de frecuencias específicas para proteger la seguridad de las especies cultivadas.
• Escenarios de servicios públicos y coordinación operativa: En el sitio de obras marítimas (como la construcción de puentes y dragado de vías navegables), los barcos no tripulados pueden difundir mediante dispositivos acústicos remotos el alcance del área de construcción y la ruta de desvío a los barcos que pasan (por ejemplo, "Por favor, tome un desvío 100 metros al norte del área de construcción, gracias por su cooperación"). Durante eventos acuáticos (como carreras de botes dragón y regatas de vela), pueden emitir en tiempo real las reglas de la competición y consejos de seguridad (por ejemplo, "Se prohíbe a los barcos ajenos al evento ingresar a la pista durante la competición") para mantener el orden en el lugar.

II. Necesidades centrales del cliente en Escenarios de barcos no tripulados

En la aplicación de barcos no tripulados, las necesidades de los clientes respecto a los dispositivos acústicos remotos giran en torno a la "resistencia al agua, estabilidad y eficiencia", lo que se manifiesta específicamente de la siguiente manera:

• Necesidades de alta resistencia al agua y adaptabilidad ambiental: Los barcos no tripulados operan sobre el agua durante largos periodos, por lo que se requiere que el dispositivo tenga un nivel de protección IP65 o superior, capaz de resistir la corrosión del agua salada, inmersión por lluvia e impacto de olas. Al mismo tiempo, debe adaptarse a los cambios de temperatura del agua y del aire en un rango de -20 °C a 60 °C, para evitar fallos en entornos con exposición a altas temperaturas o congelación a bajas temperaturas. Además, debe tener capacidad de resistencia al viento y a las olas, pudiendo transmitir sonido de forma estable con vientos inferiores a fuerza 5, sin que el ruido ambiental (como el sonido de las olas o el ruido del motor) lo enmascare.
• Necesidades de transmisión de sonido clara a larga distancia: El rango de operación de los barcos no tripulados es mayormente de 1 a 5 kilómetros de área acuática. Por lo tanto, se requiere que el dispositivo tenga una distancia efectiva de transmisión de sonido de no menos de 800 metros en un área de agua abierta sin obstáculos. La señal de voz no debe tener distorsión ni ruido. Incluso en un entorno con viento y oleaje, el personal en el agua debe poder recibir claramente la información. Para objetivos específicos (como una embarcación individual o una persona atrapada), se requiere la capacidad de transmisión direccional del sonido para evitar que la difusión acústica interfiera en áreas no relacionadas.
• Necesidades de control y coordinación remota: Permite el funcionamiento remoto a través del sistema de control de embarcaciones no tripuladas o la plataforma de comando terrestre, incluyendo el ajuste de volumen, cambio de modo de funcionamiento (direccional/omnidireccional), reproducción de mensajes de voz pregrabados e ingreso de voz en tiempo real. No se requiere embarque manual para la configuración. Al mismo tiempo, debe integrarse con el posicionamiento GPS de la embarcación no tripulada, la cámara de alta definición y el sensor sonar. Cuando el sensor detecta un objetivo (como personas atrapadas o embarcaciones ilegales), activa automáticamente el dispositivo acústico.
• Necesidades de bajo consumo de energía y adaptación a la resistencia: La resistencia por operación única de los barcos no tripulados es mayormente de 8 a 24 horas. Por lo tanto, se requiere que el dispositivo tenga características de bajo consumo de energía, con un consumo en funcionamiento inferior a 15 W. Puede conectarse directamente al sistema de alimentación del barco no tripulado para evitar afectar su operación debido a cargas frecuentes. Al mismo tiempo, debe contar con una función de monitoreo de energía. Cuando el nivel de energía del dispositivo sea demasiado bajo, enviará automáticamente un aviso a la plataforma de comando para garantizar que la transmisión de información clave no se interrumpa.

III. Características principales de dispositivos acústicos remotos adaptados a barcos no tripulados

Para satisfacer las necesidades de los escenarios de barcos no tripulados, los dispositivos acústicos remotos deben poseer las siguientes características técnicas específicas para garantizar una colaboración eficiente con los barcos no tripulados:

• Diseño de alta protección y anti-corrosión: La carcasa está hecha de aleación de aluminio o plástico técnico + material con recubrimiento anti-corrosión, lo que permite resistir la corrosión del agua salada y del agua dulce y evitar el óxido y las grietas debido a la inmersión prolongada. La interfaz del equipo adopta una estructura hermética impermeable, y los cables de datos y los cables de alimentación están equipados con conectores impermeables para impedir que el agua penetre en el circuito interno. Al mismo tiempo, el dispositivo incorpora una válvula anti-humedad y transpirable para equilibrar la presión del aire interna y externa y evitar la formación de condensación.
• Alto nivel de presión sonora y salida antiperturbaciones: El nivel de presión sonora puede alcanzar entre 130 dB y 150 dB, cubriendo la banda de frecuencia sensible al oído humano de 200 Hz a 20000 Hz, lo que garantiza que la señal acústica pueda atravesar interferencias en entornos con ruido de olas y motores. Se utiliza un algoritmo acústico profesional para optimizar la trayectoria de transmisión de la onda sonora y reducir la atenuación del sonido causada por la reflexión en la superficie del agua. Incluso en condiciones con olas de 1 metro de altura, la información vocal sigue siendo claramente recibida a 800 metros. Al mismo tiempo, admite más de 10 niveles de ajuste de intensidad sonora para adaptarse a las necesidades de diferentes escenarios.
• Bajo consumo de energía y adaptación múltiple a la fuente de alimentación: Se utiliza un chip de bajo consumo y un diseño de circuito ahorrador de energía. El consumo en modo de espera es inferior a 3 W, y el consumo durante el funcionamiento se mantiene entre 10 y 15 W. Puede conectarse directamente al sistema de batería de litio o de alimentación solar del barco no tripulado, sin necesidad de una fuente de alimentación de respaldo adicional. Algunos dispositivos incluyen una batería de litio de respaldo integrada, que puede mantener el funcionamiento continuo del dispositivo durante más de 3 horas en caso de interrupción de la alimentación del barco no tripulado, garantizando así la transmisión de información en situaciones de emergencia.
• Diseño ligero y fácil de instalar: El peso total del dispositivo se controla dentro de los 5 kilogramos, y su volumen no supera los 20 cm × 20 cm × 20 cm. Puede fijarse en la cubierta o en la parte superior de la cabina del barco no tripulado mediante un soporte, sin afectar la estabilidad de navegación ni la capacidad de carga del mismo. La interfaz de instalación adopta un diseño estandarizado, que permite el desmontaje rápido y el reemplazo, facilitando así el mantenimiento y revisión posteriores.

IV. Soluciones de integración de dispositivos acústicos remotos con otros equipos

En el sistema de barco no tripulado, los dispositivos acústicos remotos deben integrarse con una variedad de equipos para formar un sistema colaborativo de "percepción - decisión - ejecución". Las soluciones específicas de integración son las siguientes:

• Integración con equipos de percepción: Se conecta con la cámara de alta definición, el sensor sónico y el termógrafo infrarrojo del barco no tripulado. Cuando la cámara identifica situaciones anormales como "intrusión ilegal de embarcación" y "persona cayendo al agua", o cuando el sonar detecta obstáculos submarinos y equipos para pesca ilegal, activa automáticamente el dispositivo acústico remoto para reproducir el mensaje vocal correspondiente (por ejemplo, "Su embarcación ha entrado ilegalmente en una zona de navegación restringida, por favor abandone inmediatamente" y "Se ha detectado una persona caída al agua, el barco no tripulado procederá al rescate"). El termógrafo infrarrojo puede ayudar a localizar el objetivo en condiciones de oscuridad o baja visibilidad, garantizando que el dispositivo emita el sonido con precisión.
• Integración con equipos de comunicación: Se conecta al módulo de comunicación 4G/5G del barco no tripulado o al módulo de comunicación por satélite para permitir el control a ultra larga distancia. Cuando el barco no tripulado opera en aguas alejadas de la costa y sin señales de red pública (como en alta mar), el personal en tierra puede enviar órdenes (como cambiar el modo de funcionamiento o actualizar el mensaje de voz pregrabado) al dispositivo acústico mediante el enlace por satélite. El dispositivo puede transmitir el estado de funcionamiento (como nivel de batería, volumen e información de fallos) en tiempo real a la plataforma de comando terrestre, facilitando así el monitoreo remoto y la resolución de averías.
• Integración con equipos de posicionamiento y navegación: Combinado con el sistema de posicionamiento GPS/Beidou del barco no tripulado, cuando este entra en una zona sensible preestablecida (como una zona protegida de fuentes de agua potable o una zona militar de prohibición de navegación), el dispositivo acústico remoto emite un mensaje de advertencia de voz hacia las embarcaciones que ingresan a esta área. Cuando el barco no tripulado se desvía de la ruta de operación (por ejemplo, debido a viento y olas que lo apartan de la zona de búsqueda y rescate), el dispositivo envía inmediatamente una alarma de anomalía de posición a la plataforma terrestre y reproduce el mensaje "El barco no tripulado se ha desviado de la ruta, por favor, tenga cuidado y evite colisiones" hacia las embarcaciones cercanas.
• Integración con equipos de luces de advertencia: Se conecta con la luz LED de advertencia y la luz estroboscópica del barco no tripulado para crear un efecto de "coordinación sonora y luminosa". Cuando el dispositivo acústico remoto activa el modo de advertencia, la luz de advertencia se enciende de forma sincronizada (por ejemplo, una luz estroboscópica azul). A través de la doble estimulación visual y auditiva, se potencia el efecto de advertencia sobre el objetivo. Por ejemplo, en rescates nocturnos, la "coordinación sonora y luminosa" puede ayudar a las personas caídas al agua a localizar rápidamente la posición del barco no tripulado y mejorar la eficiencia del rescate.

V. Ventajas principales de la combinación de dispositivos acústicos remotos y barcos no tripulados

En comparación con los dispositivos acústicos tradicionales para uso acuático o los barcos no tripulados que operan de forma independiente, la combinación de dispositivos acústicos remotos y barcos no tripulados puede ofrecer ventajas significativas en muchos aspectos:

• Amplíe el rango de operación y la eficiencia: los barcos no tripulados pueden navegar de forma autónoma y cubrir una gran área acuática (una sola operación puede abarcar más de 20 kilómetros cuadrados). Combinado con dispositivos acústicos remotos, la eficiencia de transmisión de información es 4 a 6 veces mayor que la de la emisión mediante barco con conductor. Por ejemplo, en la gestión de un embalse de 10 kilómetros cuadrados, los barcos no tripulados combinados con dispositivos pueden completar la difusión del aviso de prohibición de natación en toda el área acuática en menos de 2 horas, mientras que con barco tripulado se tarda entre 6 y 8 horas.
• Mejore la seguridad operativa: En escenarios peligrosos (como zonas afectadas por inundaciones y derrames de petróleo), los barcos no tripulados pueden reemplazar al personal para acceder a áreas de alto riesgo. Los dispositivos acústicos remotos permiten al personal en tierra completar la transmisión de información y ejercer disuasión sin tener que acercarse a entornos peligrosos, reduciendo considerablemente el riesgo de bajas entre el personal. Por ejemplo, en rescates acuáticos tras un tifón, los barcos no tripulados transportan dispositivos para ingresar a aguas con fuertes vientos y olas y transmitir instrucciones de rescate, evitando que el personal de rescate corra riesgos al navegar en embarcaciones.
• Realice una operación precisa y ecológica: A través de la tecnología de transmisión direccional del sonido y la capacidad de posicionamiento preciso de los barcos no tripulados, el sonido puede transmitirse con exactitud al área objetivo, evitando la interferencia ambiental causada por la difusión del sonido en el entorno ecológico circundante. Por ejemplo, en la zona acuática de una reserva natural, se pueden emitir advertencias de forma direccional hacia embarcaciones que pesquen ilegalmente sin afectar el hábitat de los organismos acuáticos circundantes. Al mismo tiempo, el dispositivo puede simular el sonido de depredadores naturales para lograr un rechazo ecológico, evitando así la contaminación del agua provocada por el uso de agentes químicos.
• Reduzca los costos operativos: Una embarcación no tripulada combinada con un dispositivo acústico remoto puede reemplazar la carga de trabajo de 2 a 3 personal operativo en el agua. Además, el costo individual de operación (tarifa eléctrica, mantenimiento) de la embarcación no tripulada es inferior al costo de operar una embarcación manualmente. A largo plazo, esto puede reducir significativamente la inversión en mano de obra y tiempo. Por ejemplo, en las patrullas diarias de seguridad del puerto, una embarcación no tripulada puede cubrir las necesidades de vigilancia de una vía fluvial de 5 kilómetros, reduciendo el costo en más del 50 % en comparación con las patrullas manuales.

VI. Casos de aplicación de dispositivos acústicos remotos en embarcaciones no tripuladas

Caso 1: Aplicación colaborativa de patrullas marítimas fronterizas con embarcaciones no tripuladas y dispositivos acústicos remotos

Un departamento de gestión fronteriza costero introdujo 8 embarcaciones no tripuladas de patrulla, cada una equipada con un dispositivo acústico remoto, así como con una cámara de alta definición, un sistema de posicionamiento Beidou y un módulo de comunicación por satélite. Durante los patrullajes diarios, las embarcaciones no tripuladas navegan por las aguas fronterizas siguiendo rutas preestablecidas. Cuando la cámara identifica un barco sospechoso que se aproxima a la línea fronteriza, el dispositivo acústico remoto cambia automáticamente al modo direccional y reproduce el mensaje de advertencia: "Su embarcación se ha acercado a la línea fronteriza de China, por favor dé la vuelta y abandone inmediatamente; de lo contrario, se tomarán medidas adicionales" hacia el barco sospechoso. Si el barco sospechoso se niega a retirarse, el dispositivo sincroniza la posición y el rumbo del barco con el centro de mando terrestre mediante el enlace por satélite. El centro de mando puede ajustar remotamente el volumen del dispositivo para aumentar continuamente la intensidad de la advertencia. Además, cuando los patrullajes manuales no pueden realizarse debido al mal tiempo (como lluvias intensas o niebla densa), las embarcaciones no tripuladas pueden seguir operando normalmente y difundir las regulaciones de gestión fronteriza a los barcos que pasan mediante el dispositivo, previniendo así incidentes de cruce ilegal de fronteras. Tras la implementación de este sistema, el número de incidentes de cruce ilegal de fronteras en las aguas fronterizas disminuyó en un 75 %, y el costo de patrullaje se redujo en un 60 % en comparación con el patrullaje manual con embarcaciones.

Caso 2: Aplicación Práctica de Barcos No Tripulados para Rescate de Emergencias por Inundaciones Urbanas y Dispositivos Acústicos Remotos

Cuando una ciudad sufrió desastres por inundaciones causadas por fuertes lluvias, el equipo de rescate puso en funcionamiento 5 embarcaciones no tripuladas de emergencia. Cada embarcación no tripulada estaba equipada con un dispositivo acústico remoto, un termógrafo infrarrojo y un dispositivo para lanzar equipos de salvamento. Las embarcaciones no tripuladas entraron rápidamente en las calles inundadas y las zonas acuáticas de las comunidades. Cuando el termógrafo infrarrojo detectaba personas atrapadas en techos y balcones, se activaba inmediatamente el dispositivo acústico remoto y transmitía el mensaje: "Por favor, permanezcan en un lugar elevado para ser rescatados; la embarcación no tripulada les lanzará chalecos salvavidas y alimentos, no entren al agua sin autorización", dirigido a las personas atrapadas. Al mismo tiempo, el dispositivo transmitía la información de ubicación de las personas atrapadas al centro de mando de rescate mediante un módulo de comunicación 4G, para ayudar a coordinar al equipo de rescate. En las zonas peligrosas donde la profundidad del agua supera 1,5 metros, las embarcaciones no tripuladas emitían la advertencia: "La corriente aquí es rápida, por favor no se acerquen", hacia las personas cercanas, para evitar que ingresaran accidentalmente a zonas de riesgo. En este rescate, la combinación del dispositivo acústico remoto y la embarcación no tripulada permitió al equipo de rescate trasladar a más de 230 personas atrapadas en 4 horas. La eficiencia en la transmisión de información fue 10 veces mayor que la de los altavoces tradicionales, y ningún personal de rescate resultó herido.