Práctica de aplicación de dispositivos acústicos remotos en barcos no tripulados

Con el rápido desarrollo de la tecnología de barcos no tripulados en operaciones marítimas, patrullas de seguridad, monitoreo ecológico y otros campos, sus características de navegación autónoma y resistencia a largo plazo se han convertido en apoyos importantes para las operaciones acuáticas. Sin embargo, las funciones tradicionales de los barcos no tripulados se centran principalmente en la recopilación de datos, como pruebas de la calidad del agua y monitoreo de imágenes, y carecen de capacidades eficientes de disuasión e interacción con el sonido del agua. Basándose en las ventajas principales de la transmisión de sonido direccional y la resistencia a la interferencia del entorno acuático, los dispositivos acústicos remotos forman una 'plataforma acústica móvil acuática' con barcos no tripulados, compensando eficazmente las deficiencias de la interacción del sonido de los barcos no tripulados y ampliando aún más su valor de aplicación en escenarios acuáticos complejos.

I. Escenarios de aplicación de dispositivos acústicos remotos adaptados a barcos no tripulados

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

• Escenarios de seguridad marítima y patrulla fronteriza: en áreas como fronteras costeras y vías navegables interiores, los barcos no tripulados equipados con dispositivos acústicos remotos pueden emitir advertencias direccionales a los barcos de contrabando ilegales y a los barcos polizones (como 'Su barco ha entrado en aguas jurisdiccionales de China, deténgase inmediatamente para inspección'). En áreas clave como puertos y muelles, pueden transmitir avisos de gestión de seguridad en tiempo real (como 'Está prohibido permanecer en la vía fluvial, preste atención para evitar el paso de los barcos') y sincronizar la dinámica en el sitio con el centro de comando en tierra para ayudar al personal encargado de hacer cumplir la ley en el manejo.
• Escenarios de rescate de emergencia: cuando las personas quedan atrapadas en el agua debido a desastres como inundaciones y tifones, los barcos no tripulados pueden llegar rápidamente a las aguas afectadas por el desastre. A través de dispositivos acústicos remotos, pueden transmitir rutas de rescate a las personas atrapadas (como 'Muévase en dirección a la balsa salvavidas naranja y el barco de rescate está a la espera cerca') y brindar conocimientos sobre flotación y prevención de riesgos. En búsqueda y rescate marítimo, pueden reproducir indicaciones de posicionamiento para las personas que caen al agua (como 'Guarde sus fuerzas y el barco no tripulado le arrojará equipo que le salvará la vida') y ayudar al equipo de rescate a bloquear la posición del objetivo mediante señales sonoras. En accidentes por derrames de petróleo, pueden transmitir el alcance del área peligrosa a los barcos circundantes (como 'Hay un derrame de petróleo en las aguas XX, no se acerque') para evitar accidentes secundarios.
• Escenarios de protección ecológica y gestión del agua: en las zonas acuáticas de las reservas naturales (como humedales y lagos), los barcos no tripulados equipados con dispositivos acústicos remotos pueden transmitir voces de advertencia a los barcos pesqueros ilegales y a las aguas residuales ilegales, descargando los barcos para formar una disuasión acuática. En áreas como embalses y fuentes de agua potable, pueden transmitir avisos de prohibición a las personas que nadan y pescan en violación de las regulaciones (como 'Esta es un área de protección de fuentes de agua potable y está prohibido ingresar al agua'). En áreas de acuicultura, pueden repeler organismos acuáticos dañinos a través de ondas sonoras de frecuencia específica para proteger la seguridad de las especies acuícolas.
• Escenarios de coordinación de operaciones y servicios públicos: en el sitio de construcción de agua (como la construcción de puentes y el dragado de vías fluviales), los barcos no tripulados pueden transmitir el alcance del área de construcción y la ruta de desvío a los barcos que pasan a través de dispositivos acústicos remotos (como 'Desvíe 100 metros al norte del área de construcción, gracias por su cooperación'). Durante los eventos acuáticos (como carreras de botes dragón y carreras de vela), pueden transmitir las reglas de la competencia y los consejos de seguridad en tiempo real (como 'Los barcos que no participan en el evento tienen prohibido ingresar a la pista de carreras durante la competencia') para mantener el orden en el lugar.

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

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

• Fuerte resistencia al agua y necesidades de adaptabilidad ambiental: los barcos no tripulados operan en el agua durante mucho tiempo, por lo que se requiere que el dispositivo tenga un nivel de protección de IP65 o superior, que pueda resistir la corrosión del agua de mar, la inmersión en lluvia y el impacto de las olas. Al mismo tiempo, debe adaptarse a los cambios en la temperatura del agua y la temperatura del aire en el rango de -20 °C a 60 °C para evitar fallas en entornos como exposición a altas temperaturas y congelación a bajas temperaturas. Además, debe tener capacidades de resistencia al viento y a las olas y puede transmitir sonido de manera estable bajo una fuerza del viento inferior al nivel 5 sin estar cubierto por el ruido ambiental (como el sonido de las olas y el ruido del motor).
• Necesidades de transmisión de sonido claro a larga distancia: el rango de operación de los barcos no tripulados es principalmente de 1 a 5 kilómetros de área de agua. 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 aguas abiertas y sin obstáculos. La señal de voz no tiene distorsión ni ruido. Incluso en un entorno ventoso y agitado, el personal en el agua puede recibir la información claramente. Para objetivos específicos (como un solo barco y una sola persona atrapada), se requiere tener la capacidad de transmisión de sonido direccional para evitar que la difusión del sonido interfiera con áreas no relacionadas.
• Necesidades de coordinación y control remoto: admite la operación remota a través del sistema de control del barco no tripulado o la plataforma de comando en tierra, incluido el ajuste de volumen, el cambio de modo de trabajo (direccional/omnidireccional), la reproducción de voz prefabricada y la entrada de voz en tiempo real. No es necesario abordar manualmente para configurarlo. Al mismo tiempo, debe vincularse con el posicionamiento GPS, la cámara de alta definición y el sensor de sonar del barco no tripulado. Cuando el sensor detecta un objetivo (como personas atrapadas y barcos ilegales), automáticamente activa el dispositivo acústico.
• Necesidades de adaptación de resistencia y bajo consumo de energía: la resistencia de operación única de los barcos no tripulados es en su mayoría de 8 a 24 horas. Por lo tanto, se requiere que el dispositivo tenga características de bajo consumo de energía, con un consumo de energía en funcionamiento inferior a 15W. Se puede conectar directamente al sistema de suministro de energía del barco no tripulado para evitar afectar el funcionamiento debido a la carga frecuente. Al mismo tiempo, debería tener una función de control de energía. Cuando la energía del dispositivo es demasiado baja, envía automáticamente un recordatorio a la plataforma de comando para garantizar que la transmisión de información clave no se interrumpa.

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

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

• Diseño de alta protección y anticorrosión: la carcasa está hecha de aleación de aluminio o plástico de ingeniería + material de revestimiento anticorrosión, que puede resistir la corrosión del agua de mar y agua dulce y evitar la oxidación y el agrietamiento debido a la inmersión prolongada. La interfaz del equipo adopta una estructura de sellado impermeable y los cables de datos y de alimentación están equipados con conectores impermeables para evitar que el agua se filtre en el circuito interno. Al mismo tiempo, una válvula transpirable y a prueba de humedad está instalada dentro del dispositivo para equilibrar la presión del aire interna y externa y evitar la generación de agua condensada.
• Alto nivel de presión sonora y salida antiinterferencias: la salida del nivel de presión sonora puede alcanzar 130 dB - 150 dB, cubriendo el oído humano - banda de frecuencia sensible de 200 Hz - 20000 Hz para garantizar que la señal de sonido aún pueda penetrar la interferencia en entornos como el sonido de las ondas y el ruido del motor. Se utiliza un algoritmo acústico profesional para optimizar la ruta de transmisión de las ondas sonoras y reducir la atenuación del sonido causada por el reflejo de la superficie del agua. Incluso en un entorno con ondas de 1 metro de altura, la información de voz aún se puede recibir claramente a 800 metros. Al mismo tiempo, admite más de 10 niveles de ajuste de intensidad del sonido para adaptarse a las necesidades de diferentes escenarios.
• Bajo consumo de energía y adaptación de múltiples potencias: se adopta un chip de baja potencia y un diseño de circuito de ahorro de energía. El consumo de energía en espera es inferior a 3 W y el consumo de energía en funcionamiento se controla entre 10 y 15 W. Se puede conectar directamente a la batería de litio del barco no tripulado o al sistema de suministro de energía solar sin una fuente de alimentación de respaldo adicional. Algunos dispositivos tienen una batería de litio de respaldo incorporada, que puede mantener el funcionamiento continuo del dispositivo durante más de 3 horas cuando se interrumpe el suministro de energía del barco no tripulado, asegurando la transmisión de información en situaciones de emergencia.
• Diseño liviano y fácil de instalar: el peso total del dispositivo se controla dentro de los 5 kilogramos y el volumen no supera los 20 cm × 20 cm × 20 cm. Se puede fijar en la cubierta o en la parte superior de la cabina del barco no tripulado a través de un soporte sin afectar la estabilidad de navegación y la capacidad de carga del barco no tripulado. La interfaz de instalación adopta un diseño estandarizado, lo que permite un desmontaje y reemplazo rápidos para facilitar el mantenimiento y la 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 de integración específicas son las siguientes:

• Integración con equipos de percepción: está vinculado con la cámara de alta definición, el sensor de sonar y la cámara termográfica infrarroja del barco no tripulado. Cuando la cámara identifica situaciones anormales como 'intrusión de barco ilegal' y 'persona que cae al agua', o el sonar detecta obstáculos submarinos y equipo de pesca ilegal, activa automáticamente el dispositivo acústico remoto para reproducir la voz correspondiente (como 'Su barco ha entrado ilegalmente en el área de no navegación, salga inmediatamente' y 'Se encuentra una persona que cae al agua y el barco no tripulado irá al rescate'). La cámara termográfica infrarroja puede ayudar a bloquear el objetivo en un entorno nocturno o de baja visibilidad para garantizar que el dispositivo transmita el sonido con precisión.
• Integración con equipos de comunicación: está conectado al módulo de comunicación 4G/5G del barco no tripulado o al módulo de comunicación por satélite para realizar un control de distancia ultralarga. Cuando el barco no tripulado opera en aguas alejadas de la costa y sin señales de la red pública (como en mar abierto), el personal en tierra puede enviar comandos (como cambiar el modo de trabajo y actualizar la voz prefabricada) al dispositivo acústico a través del enlace satelital. El dispositivo puede transmitir el estado de funcionamiento (como energía, volumen e información de fallas) a la plataforma de comando en tierra en tiempo real para facilitar el monitoreo remoto y la resolución de problemas de fallas.
• Integración con equipos de posicionamiento y navegación: combinado con el sistema de posicionamiento GPS/Beidou del barco no tripulado, cuando el barco no tripulado ingresa a un área sensible preestablecida (como un área de protección de fuentes de agua potable y un área militar sin navegación), el dispositivo acústico remoto transmite una voz de advertencia a los barcos que ingresan a esta área. Cuando el barco no tripulado se desvía de la ruta de operación (por ejemplo, desviándose del área de búsqueda y rescate debido al viento y las olas), el dispositivo envía inmediatamente una alarma de anomalía de posición a la plataforma costera y reproduce el mensaje 'El barco no tripulado se desvía de la ruta, preste atención para evitarlo' a los barcos circundantes.
• Integración con el equipo de luces de advertencia: está vinculado con la luz de advertencia LED y la luz estroboscópica del barco no tripulado para formar un efecto de 'coordinación de luz y sonido'. Cuando el dispositivo acústico remoto inicia el modo de advertencia, la luz de advertencia se enciende sincrónicamente (como una luz estroboscópica azul). A través de la estimulación dual de la visión y el oído, se potencia el efecto de advertencia sobre el objetivo. Por ejemplo, en el rescate nocturno, la 'coordinación de luz y sonido' puede ayudar a las personas que caen 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 acuáticos tradicionales o los barcos no tripulados que funcionan solos, la combinación de dispositivos acústicos remotos y barcos no tripulados puede ejercer importantes ventajas en muchos aspectos:

• Ampliar el rango de operación y la eficiencia: los barcos no tripulados pueden navegar de forma autónoma y cubrir una gran superficie de agua (una sola operación puede cubrir más de 20 kilómetros cuadrados). Combinado con dispositivos acústicos remotos, la eficiencia de transmisión de información es de 4 a 6 veces mayor que la de la transmisión manual desde la conducción de un barco. Por ejemplo, en la gestión de un embalse de 10 kilómetros cuadrados, los barcos no tripulados combinados con dispositivos pueden completar la transmisión del aviso de prohibición de nadar en toda el área de agua en 2 horas, mientras que la conducción manual del barco tarda entre 6 y 8 horas.
• Mejorar la seguridad de las operaciones: en escenarios peligrosos (como áreas afectadas por inundaciones y derrames de petróleo), los barcos no tripulados pueden reemplazar al personal para ingresar a áreas de alto riesgo para realizar operaciones. Los dispositivos acústicos remotos permiten al personal en tierra completar la transmisión de información y la disuasión sin acercarse a entornos peligrosos, lo que reduce en gran medida el riesgo de bajas del personal. Por ejemplo, en el rescate acuático después de un tifón, los barcos no tripulados llevan dispositivos para entrar en aguas con fuertes vientos y olas para transmitir instrucciones de rescate, evitando el riesgo de que el personal de rescate corra riesgos al conducir los barcos.
• Realice una operación precisa y ecológica: a través de la tecnología de transmisión de sonido direccional y la capacidad de posicionamiento preciso de los barcos no tripulados, el sonido se puede transmitir con precisión al área objetivo, evitando la interferencia ambiental causada por la difusión del sonido al entorno ecológico circundante. Por ejemplo, en la zona de aguas de una reserva natural se pueden emitir avisos direccionales a los barcos de pesca ilegal sin afectar el hábitat de los organismos acuáticos circundantes. Al mismo tiempo, el dispositivo puede simular el sonido de enemigos naturales para lograr un repelente ecológico, evitando la contaminación del agua provocada por el uso de agentes químicos.
• Reduzca los costos de operación: un barco no tripulado combinado con un dispositivo acústico remoto puede reemplazar la carga de trabajo de 2 a 3 personas de operación acuática. Además, el costo único de operación (tarifa de electricidad, tarifa de mantenimiento) del barco no tripulado es menor que el costo de la conducción manual del barco. La operación a largo plazo puede reducir significativamente la inversión en mano de obra y tiempo. Por ejemplo, en la patrulla de seguridad diaria del puerto, un barco no tripulado puede cubrir las necesidades de patrulla de una vía fluvial de 5 kilómetros, y el costo se reduce en más del 50% en comparación con las patrullas manuales.

VI. Casos de aplicación de dispositivos acústicos remotos en barcos no tripulados

Caso 1: Aplicación colaborativa de patrullas de barcos no tripulados y dispositivos acústicos remotos en la frontera costera

El departamento de gestión de fronteras costeras introdujo ocho patrulleras no tripuladas, cada una equipada con un dispositivo acústico remoto, así como una cámara de alta definición, un sistema de posicionamiento Beidou y un módulo de comunicación por satélite. Durante las patrullas diarias, los barcos no tripulados navegan por las aguas fronterizas siguiendo rutas preestablecidas. Cuando la cámara identifica un barco sospechoso acercándose a la línea fronteriza, el dispositivo acústico remoto cambia automáticamente al modo direccional y reproduce la voz de advertencia de 'Su barco se ha acercado a la línea fronteriza de China, por favor dé la vuelta y salga inmediatamente, de lo contrario se tomarán más medidas' para el barco sospechoso. Si el barco sospechoso se niega a zarpar, el dispositivo sincroniza la posición del barco y la información del rumbo con el centro de comando en tierra a través del enlace satelital. El centro de comando puede ajustar de forma remota el volumen del dispositivo para fortalecer continuamente la intensidad de la advertencia. Además, cuando no se pueden realizar patrullas manuales debido al mal tiempo (como fuertes lluvias y niebla), los barcos no tripulados aún pueden operar normalmente y transmitir las regulaciones de gestión fronteriza a los barcos que pasan a través del dispositivo para evitar incidentes de cruce fronterizo ilegal. Después de la implementación de este plan, el número de incidentes de cruce fronterizo ilegal en aguas fronterizas disminuyó en un 75% y el costo de patrullaje se redujo en un 60% en comparación con la conducción manual de barcos.

Caso 2: Aplicación práctica de barcos no tripulados de rescate de emergencia y dispositivos acústicos remotos en caso de anegamiento urbano

Cuando una ciudad sufrió desastres de anegamiento causados ​​por fuertes lluvias, el equipo de rescate puso en uso 5 barcos no tripulados de rescate de emergencia. Cada barco no tripulado estaba equipado con un dispositivo acústico remoto, una cámara termográfica infrarroja y un dispositivo de caída de equipos que salvan vidas. Los barcos no tripulados entraron rápidamente en las calles inundadas y en las aguas comunitarias. Cuando la cámara termográfica infrarroja detectó personas atrapadas en el techo y el balcón, el dispositivo acústico remoto se activó inmediatamente y reprodujo la instrucción de 'Por favor, permanezca en un lugar alto para el rescate, el barco no tripulado le arrojará chalecos salvavidas y comida, por favor no entre al agua sin permiso' a las personas atrapadas. Al mismo tiempo, el dispositivo transmitió la información de ubicación de las personas atrapadas al centro de comando de rescate a través del módulo de comunicación 4G para ayudar a organizar el equipo de rescate. En la zona peligrosa donde la profundidad del agua supera los 1,5 metros, los barcos no tripulados transmiten la advertencia de 'El flujo de agua aquí es rápido, por favor no se acerquen' a las personas circundantes a través del dispositivo para evitar que las personas entren por error en las aguas peligrosas. En este rescate, la combinación del dispositivo acústico remoto y el barco no tripulado ayudó al equipo de rescate a trasladar a más de 230 personas atrapadas en 4 horas. La eficiencia de transmisión de información fue 10 veces mayor que la del altavoz tradicional y ningún personal de rescate resultó herido.