Application pratique des dispositifs acoustiques à distance sur les navires sans équipage

Avec le développement rapide de la technologie des navires sans équipage dans les opérations maritimes, les patrouilles de sécurité, la surveillance écologique et d'autres domaines, leurs caractéristiques de navigation autonome et d'autonomie prolongée sont devenues des supports essentiels pour les opérations en milieu aquatique. Toutefois, les fonctions traditionnelles des navires sans équipage se concentrent principalement sur la collecte de données telles que les tests de qualité de l'eau et la surveillance par images, et elles manquent de capacités efficaces d'interaction sonore et de dissuasion sous-marine. En s'appuyant sur les avantages fondamentaux de la transmission directionnelle du son et de la résistance aux interférences du milieu aquatique, les dispositifs acoustiques à distance forment, conjointement avec les navires sans équipage, une « plateforme acoustique mobile aquatique », comblant ainsi efficacement le déficit en matière d'interaction sonore des navires sans équipage et élargissant davantage leur valeur d'application dans des scénarios aquatiques complexes.

Je suis... Scénarios d'application des dispositifs acoustiques à distance adaptés aux navires sans équipage

La combinaison de dispositifs acoustiques à distance et de navires sans équipage correspond précisément aux quatre scénarios aquatiques clés suivants, afin de résoudre les points douloureux opérationnels dans différents domaines :

• Scénarios de sécurité maritime et de surveillance des frontières : dans des zones telles que les côtes et les voies navigables intérieures, les navires sans équipage équipés de dispositifs acoustiques à distance peuvent émettre des avertissements directionnels à l'encontre de bateaux impliqués dans le trafic illégal ou transportant des passagers clandestins (par exemple : « Votre navire est entré dans les eaux sous juridiction chinoise, veuillez vous arrêter immédiatement pour une inspection ». Dans des zones stratégiques telles que les ports et les quais, ils peuvent diffuser en temps réel des avis de gestion de la sécurité (par exemple : « Le stationnement dans la voie navigable est interdit, veuillez prêter attention à éviter les navires en transit ») et synchroniser la situation sur place avec le centre de commandement terrestre afin d'assister le personnel chargé de l'application des lois.
• Scénarios de secours d'urgence : Lorsque des personnes sont piégées dans l'eau à cause de catastrophes telles que les inondations et les typhons, des navires non habités peuvent rapidement atteindre les zones sinistrées. Grâce à des dispositifs acoustiques à distance, ils peuvent diffuser des itinéraires de sauvetage aux personnes piégées (par exemple : « Veuillez vous diriger vers le radeau de survie orange, le bateau de secours est en attente à proximité ») et transmettre des connaissances sur la flottaison et l'évitement des risques. Dans les opérations de recherche et sauvetage en mer, ils peuvent émettre des indications de positionnement aux personnes tombées à l'eau (par exemple : « Économisez vos forces, le navire non habité va larguer du matériel de sauvetage pour vous ») et aider l'équipe de secours à localiser la position cible grâce à des signaux sonores. En cas de déversement de pétrole, ils peuvent annoncer l'étendue de la zone dangereuse aux navires environnants (par exemple : « Un déversement de pétrole a lieu dans les eaux XX, veuillez ne pas approcher ») afin d'éviter des accidents secondaires.
• Scénarios de protection écologique et de gestion de l'eau : dans les zones humides et les lacs des réserves naturelles, des navires sans pilote équipés de dispositifs acoustiques à distance peuvent diffuser des avertissements vocaux destinés aux bateaux pratiquant la pêche illégale ou rejetant illégalement des eaux usées, constituant ainsi une dissuasion sur l'eau. Dans les zones telles que les réservoirs et les sources d'eau potable, ils peuvent diffuser des avis d'interdiction à l'intention des personnes qui se baignent ou pêchent en violation des règlements (par exemple : « Ceci est une zone protégée de source d'eau potable, l'accès à l'eau est interdit »). Dans les zones d'aquaculture, ils peuvent repousser les organismes aquatiques nuisibles au moyen d'ondes sonores à fréquence spécifique afin de protéger la sécurité des espèces cultivées.
• Scénarios de services publics et de coordination opérationnelle : Sur les sites de construction en milieu aquatique (tels que la construction de ponts ou le dragage des voies navigables), les navires sans pilote peuvent diffuser, à l'aide de dispositifs acoustiques à distance, l'étendue de la zone de travaux et le parcours de déviation aux bateaux en transit (par exemple : « Veuillez emprunter un itinéraire de déviation situé 100 mètres au nord de la zone de travaux, merci pour votre coopération »). Lors d'événements nautiques (tels que des courses de bateaux-dragons ou des régates), ils peuvent diffuser en temps réel les règles de la compétition et des conseils de sécurité (par exemple : « L'accès à la piste de course est interdit aux bateaux non participants pendant la durée de l'épreuve ») afin de maintenir l'ordre sur place.

II. Besoins fondamentaux des clients dans Les scénarios de navires sans pilote

Dans l'application des navires sans pilote, les besoins des clients concernant les dispositifs acoustiques à distance portent sur la « résistance à l'eau, la stabilité et l'efficacité », et se manifestent plus précisément comme suit :

• Des besoins élevés en résistance à l'eau et en adaptabilité environnementale : les navires sans pilote opèrent longtemps sur l'eau, ce qui exige que l'appareil dispose d'un degré de protection IP65 ou supérieur, capable de résister à la corrosion par l'eau de mer, à l'immersion dans la pluie et aux chocs des vagues. En même temps, il doit s'adapter aux variations de température de l'eau et de l'air comprises entre -20 °C et 60 °C, afin d'éviter tout dysfonctionnement dans des environnements soumis à une exposition à haute température ou à un gel à basse température. De plus, il doit présenter une résistance au vent et aux vagues, et être capable de transmettre le son de manière stable avec un vent inférieur à force 5, sans être masqué par le bruit ambiant (tel que le bruit des vagues ou des moteurs).
• Besoin de transmission sonore claire à longue distance : La zone d'opération des navires non habités couvre généralement une étendue d'eau de 1 à 5 kilomètres. Par conséquent, l'appareil doit avoir une portée efficace de transmission sonore d'au moins 800 mètres dans une étendue d'eau ouverte et sans obstacles. Le signal vocal ne doit présenter aucune distorsion ni bruit. Même dans un environnement venteux et agité, le personnel sur l'eau doit pouvoir recevoir les informations avec clarté. Pour des cibles spécifiques (comme un navire isolé ou une personne piégée), il est nécessaire de disposer d'une capacité de transmission sonore directionnelle afin d'éviter la diffusion du son qui pourrait perturber des zones non concernées.
• Besoin de contrôle et de coordination à distance : Il permet le fonctionnement à distance via le système de contrôle du navire autonome ou la plateforme de commande terrestre, y compris le réglage du volume, le changement de mode de fonctionnement (directionnel/omnidirectionnel), la lecture de messages vocaux prédéfinis et l'entrée vocale en temps réel. Aucun embarquement manuel n'est nécessaire pour la configuration. En même temps, il doit être intégré au positionnement GPS du navire autonome, à sa caméra haute définition et à son capteur sonar. Lorsque le capteur détecte une cible (par exemple des personnes piégées ou des navires illégaux), il déclenche automatiquement le dispositif acoustique.
• Faible consommation d'énergie et besoins d'endurance : L'autonomie en fonctionnement unique des navires sans équipage est généralement de 8 à 24 heures. Par conséquent, l'appareil doit présenter des caractéristiques de faible consommation d'énergie, avec une puissance de fonctionnement inférieure à 15 W. Il doit pouvoir être directement connecté au système d'alimentation du navire sans équipage afin d'éviter toute perturbation due à des recharges fréquentes. En même temps, il doit disposer d'une fonction de surveillance de la puissance. Lorsque le niveau de charge de l'appareil est trop bas, il envoie automatiquement un rappel à la plateforme de commande, garantissant ainsi que la transmission des informations essentielles n'est pas interrompue.

III. Caractéristiques principales des dispositifs acoustiques à distance adaptés aux navires sans équipage

Pour répondre aux besoins des scénarios de navires sans équipage, les dispositifs acoustiques à distance doivent posséder les caractéristiques techniques ciblées suivantes afin d'assurer une collaboration efficace avec ces navires :

• Conception de haute protection et anti-corrosion : Le boîtier est en alliage d'aluminium ou en plastique technique + matériau de revêtement anti-corrosion, ce qui permet de résister à la corrosion par l'eau de mer et l'eau douce et d'éviter la rouille et les fissures dues à une immersion prolongée. L'interface de l'appareil adopte une structure étanche, et les câbles de données et les câbles d'alimentation sont équipés de connecteurs étanches pour empêcher l'infiltration d'eau dans le circuit interne. En même temps, une vanne anti-humidité et respirable est intégrée à l'appareil afin d'équilibrer la pression atmosphérique interne et externe et d'éviter la formation d'eau condensée.
• Niveau de pression acoustique élevé et sortie anti-brouillage : Le niveau de pression acoustique peut atteindre 130 dB à 150 dB, couvrant la bande de fréquences sensible à l'oreille humaine de 200 Hz à 20 000 Hz, ce qui garantit que le signal sonore peut toujours percer les interférences dans des environnements tels que le bruit des vagues et celui du moteur. Un algorithme acoustique professionnel est utilisé pour optimiser le trajet de transmission des ondes sonores et réduire l'atténuation du son causée par la réflexion sur la surface de l'eau. Même dans un environnement avec des vagues d'un mètre de hauteur, les informations vocales peuvent encore être clairement reçues à 800 mètres. En même temps, il supporte plus de 10 niveaux de réglage de l'intensité sonore afin de s'adapter aux besoins de différents scénarios.
• Faible consommation d'énergie et adaptation multi-alimentation : Une puce basse consommation et une conception de circuit économe en énergie sont adoptées. La consommation en veille est inférieure à 3 W, et la consommation en fonctionnement est maintenue entre 10 et 15 W. Elle peut être directement connectée au système d'alimentation par batterie lithium ou solaire du bateau autonome, sans alimentation de secours supplémentaire. Certains appareils intègrent une batterie lithium de secours, qui permet de maintenir le fonctionnement continu de l'appareil pendant plus de 3 heures en cas d'interruption de l'alimentation du bateau autonome, garantissant ainsi la transmission des informations en situation d'urgence.
• Conception légère et facile à installer : Le poids total de l'appareil est limité à 5 kilogrammes, et son volume ne dépasse pas 20 cm × 20 cm × 20 cm. Il peut être fixé sur le pont ou sur le toit de la cabine du navire autonome à l'aide d'un support, sans affecter la stabilité en navigation ni la capacité de charge du navire autonome. L'interface d'installation adopte une conception standardisée, permettant un démontage rapide et un remplacement aisé, facilitant ainsi la maintenance et la révision ultérieures.

IV. Solutions d'intégration des dispositifs acoustiques à distance avec d'autres équipements

Dans le système de navire autonome, les dispositifs acoustiques à distance doivent être intégrés à divers équipements afin de former un système collaboratif « perception - décision - exécution ». Les solutions d'intégration spécifiques sont les suivantes :

• Intégration avec l'équipement de perception : elle est associée à la caméra haute définition, au capteur sonar et à l'imagerie thermique infrarouge du navire autonome. Lorsque la caméra détecte des situations anormales telles que « intrusion illégale d'un navire » ou « personne tombée à l'eau », ou lorsque le sonar identifie des obstacles sous-marins ou du matériel de pêche illégal, cela déclenche automatiquement le dispositif acoustique à distance pour diffuser le message vocal correspondant (par exemple « Votre navire a pénétré illégalement dans une zone interdite à la navigation, veuillez quitter immédiatement » et « Une personne tombée à l'eau a été détectée, le navire autonome va procéder au sauvetage »). L'imagerie thermique infrarouge peut aider à localiser la cible dans des conditions de nuit ou de faible visibilité, afin de garantir une transmission sonore précise.
• Intégration avec les équipements de communication : Elle est connectée au module de communication 4G/5G ou au module de communication par satellite du navire autonome afin de permettre une commande à très longue distance. Lorsque le navire autonome opère en mer éloignée de la côte et sans signal de réseau public (comme en haute mer), le personnel à terre peut envoyer des commandes (telles que le changement de mode de fonctionnement ou la mise à jour des messages vocaux préenregistrés) au dispositif acoustique via le lien satellitaire. Le dispositif peut transmettre en temps réel l'état de fonctionnement (comme le niveau de batterie, le volume sonore et les informations sur les pannes) à la plateforme de commande à terre, facilitant ainsi la surveillance à distance et le diagnostic des pannes.
• Intégration avec les équipements de positionnement et de navigation : combiné au système de positionnement GPS/Beidou du navire autonome, lorsque ce dernier pénètre dans une zone sensible prédéfinie (telle qu'une zone protégée de source d'eau potable ou une zone militaire interdite à la navigation), le dispositif acoustique à distance diffuse un message d'avertissement sonore vers les bateaux entrant dans cette zone. Lorsque le navire autonome s'écarte de sa route opérationnelle (par exemple en raison du vent ou des vagues qui le dévient de la zone de recherche et de sauvetage), le dispositif envoie immédiatement une alarme d'anomalie de position à la plateforme terrestre et émet un message vocal aux bateaux environnants : "Le navire autonome s'est écarté de sa trajectoire, veuillez faire attention à l'éviter".
• Intégration avec l'équipement de lumière d'alerte : Elle est associée à la lumière d'alerte LED et à la lumière stroboscopique du navire sans équipage pour créer un effet de « coordination son et lumière ». Lorsque le dispositif acoustique à distance active le mode d'alerte, la lumière d'alerte s'allume simultanément (par exemple, une lumière stroboscopique bleue). Grâce à une double stimulation visuelle et auditive, l'effet d'alerte sur la cible est renforcé. Par exemple, lors d'un sauvetage nocturne, la « coordination son et lumière » peut aider les personnes tombées à l'eau à localiser rapidement la position du navire sans équipage et améliorer ainsi l'efficacité du sauvetage.

V. Avantages principaux de la combinaison des dispositifs acoustiques à distance et des navires sans équipage

Par rapport aux dispositifs acoustiques traditionnels utilisés en milieu aquatique ou aux navires sans équipage fonctionnant seuls, la combinaison de dispositifs acoustiques à distance et de navires sans équipage offre des avantages significatifs dans de nombreux domaines :

• Étendre la plage d'opération et l'efficacité : les navires autonomes peuvent naviguer de manière autonome et couvrir une grande zone aquatique (une seule opération peut couvrir plus de 20 kilomètres carrés). Combinés à des dispositifs acoustiques à distance, l'efficacité de la transmission des informations est 4 à 6 fois supérieure à celle du pilotage manuel du bateau avec diffusion sonore. Par exemple, dans la gestion d'un réservoir de 10 kilomètres carrés, les navires autonomes combinés à ces dispositifs peuvent achever la diffusion de l'avis d'interdiction de baignade sur toute la zone aquatique en moins de 2 heures, alors que le pilotage manuel du bateau nécessite 6 à 8 heures.
• Améliorer la sécurité opérationnelle : Dans des scénarios dangereux (tels que les zones inondées ou les eaux souillées par une marée noire), les navires non habités peuvent remplacer le personnel en intervenant dans des zones à haut risque. Les dispositifs acoustiques à distance permettent au personnel basé à terre de transmettre des informations et d'exercer des dissuasions sans avoir à s'approcher d'environnements dangereux, réduisant ainsi considérablement le risque de blessures ou de pertes humaines. Par exemple, lors d'une opération de sauvetage en mer après un typhon, des navires autonomes équipés de dispositifs peuvent pénétrer dans des eaux agitées par de forts vents et des vagues pour diffuser des instructions de secours, évitant ainsi aux équipes de sauvetage de prendre le risque de naviguer elles-mêmes.
• Assurer un fonctionnement précis et écologique : Grâce à la technologie de transmission directionnelle du son et à la capacité de positionnement précise des navires sans pilote, le son peut être transmis avec exactitude vers la zone cible, évitant ainsi les perturbations environnementales causées par la diffusion sonore dans l'écosystème environnant. Par exemple, dans une zone d'un parc naturel, des avertissements peuvent être diffusés de manière directionnelle à destination de bateaux pratiquant la pêche illégale, sans affecter l'habitat des organismes aquatiques avoisinants. En même temps, l'appareil peut simuler le son d'ennemis naturels afin d'obtenir un effet dissuasif écologique, évitant ainsi la pollution de l'eau liée à l'utilisation d'agents chimiques.
• Réduction des coûts d'exploitation: Un navire sans pilote combiné à un dispositif acoustique à distance peut remplacer la charge de travail de 2 à 3 membres du personnel d'exploitation de l'eau. En outre, le coût de fonctionnement unique (tarifs d'électricité, frais d'entretien) du navire sans pilote est inférieur au coût de conduite manuelle du navire. L'exploitation à long terme peut réduire considérablement l'investissement en main - d'œuvre et en temps. Par exemple, lors de la patrouille quotidienne du port, un navire sans pilote peut couvrir les besoins de patrouille d'une voie navigable de 5 kilomètres, et le coût est réduit de plus de 50% par rapport aux patrouilles manuelles.

- Le groupe VI. Cas d'application des dispositifs acoustiques à distance sur les navires sans pilote

Le cas 1: application collaborative des patrouilles de navires sans pilote à la frontière côtière et des dispositifs acoustiques à distance

Un département de gestion des frontières côtières a introduit 8 navires de patrouille autonomes, chacun équipé d'un dispositif acoustique à distance, d'une caméra haute définition, d'un système de positionnement Beidou et d'un module de communication par satellite. Lors des patrouilles quotidiennes, les navires autonomes naviguent dans les eaux frontalières selon des itinéraires prédéfinis. Lorsque la caméra détecte un navire suspect s'approchant de la ligne frontalière, le dispositif acoustique à distance passe automatiquement en mode directionnel et diffuse vers le navire suspect le message d'avertissement suivant : « Votre navire approche de la ligne frontalière chinoise, veuillez faire demi-tour et quitter immédiatement, sinon des mesures supplémentaires seront prises ». Si le navire suspect refuse de partir, le dispositif transmet via le lien satellite au centre de commandement terrestre les informations sur la position et la trajectoire du navire. Le centre de commandement peut alors ajuster à distance le volume du dispositif afin d'intensifier continuellement l'avertissement. En outre, lorsque les patrouilles manuelles sont impossibles en raison de mauvaises conditions météorologiques (telles que fortes pluies ou brouillard dense), les navires autonomes peuvent continuer à fonctionner normalement et diffusent aux navires de passage, via le dispositif, la réglementation relative à la gestion des frontières, afin de prévenir les franchissements illégaux. Depuis la mise en œuvre de ce système, le nombre d'incidents de franchissement illégal des frontières dans les eaux frontalières a diminué de 75 %, tandis que le coût de la patrouille a été réduit de 60 % par rapport aux patrouilles manuelles.

Cas 2 : Application pratique des navires sans pilote pour le sauvetage d'urgence en cas d'inondation urbaine et des dispositifs acoustiques à distance

Lorsqu'une ville a été frappée par des inondations dues à de fortes pluies, l'équipe de secours a mis en œuvre 5 bateaux de secours d'urgence sans pilote. Chaque bateau autonome était équipé d'un dispositif acoustique à distance, d'un imageur thermique infrarouge et d'un dispositif de largage d'équipements de sauvetage. Les bateaux sans pilote sont rapidement entrés dans les rues inondées et les zones aquatiques des quartiers. Lorsque l'imageur thermique infrarouge détectait des personnes piégées sur les toits et les balcons, le dispositif acoustique à distance était immédiatement activé et diffusait le message suivant aux personnes piégées : « Veuillez rester en hauteur en attendant le secours ; le bateau sans pilote va vous larguer des gilets de sauvetage et de la nourriture. Ne vous mettez pas à l'eau sans autorisation. » Parallèlement, le dispositif transmettait les informations de localisation des personnes piégées au centre de commandement des secours via un module de communication 4G, afin d'aider à organiser l'intervention de l'équipe de secours. Dans les zones dangereuses où la profondeur de l'eau dépasse 1,5 mètre, les bateaux sans pilote diffusaient aux alentours un avertissement par le dispositif : « Le courant est fort ici, veuillez ne pas approcher », afin d'empêcher les personnes de pénétrer accidentellement dans les eaux dangereuses. Lors de ce sauvetage, la combinaison du dispositif acoustique à distance et du bateau sans pilote a permis à l'équipe de secours d'évacuer plus de 230 personnes piégées en 4 heures. L'efficacité de la transmission des informations était 10 fois supérieure à celle du mégaphone traditionnel, et aucun membre de l'équipe de secours n'a été blessé.