Pratique d'application des appareils acoustiques à distance sur les navires sans pilote

Avec le développement rapide de la technologie des navires sans pilote dans les opérations maritimes, les patrouilles de sécurité, la surveillance écologique et d'autres domaines, ses caractéristiques de navigation autonome et d'endurance à long terme sont devenues des supports importants pour les opérations nautiques. Cependant, les fonctions traditionnelles des navires sans pilote se concentrent principalement sur la collecte de données telles que les tests de qualité de l’eau et la surveillance des images, et ils manquent de capacités efficaces d’interaction entre le bruit de l’eau et de dissuasion. S'appuyant sur les principaux avantages de la transmission directionnelle du son et de la résistance aux interférences de l'environnement aquatique, les dispositifs acoustiques à distance forment une « plate-forme acoustique mobile aquatique » avec des navires sans pilote, compensant efficacement le manque d'interaction sonore des navires sans pilote et élargissant encore leur valeur d'application dans des scénarios aquatiques complexes.

JE. Scénarios d'application de dispositifs acoustiques déportés adaptés aux navires sans pilote

La combinaison de dispositifs acoustiques à distance et de navires sans pilote correspond avec précision aux quatre scénarios aquatiques principaux suivants pour résoudre les problèmes opérationnels dans différents domaines :

• Scénarios de sécurité maritime et de patrouille frontalière : dans des zones telles que les frontières côtières et les voies navigables intérieures, les navires sans pilote équipés de dispositifs acoustiques à distance peuvent émettre des avertissements directionnels aux navires de contrebande illégaux et aux navires passagers clandestins (par exemple « Votre navire est entré dans les eaux juridictionnelles de la Chine, veuillez vous arrêter immédiatement pour inspection »). Dans des zones clés telles que les ports et les quais, ils peuvent diffuser des avis de gestion de la sécurité en temps réel (tels que « Rester dans la voie navigable est interdit, veuillez faire attention à éviter le passage des navires ») et synchroniser la dynamique sur site avec le centre de commandement au sol pour aider les forces de l'ordre dans la manipulation.
• Scénarios de sauvetage d'urgence : lorsque des personnes sont coincées dans l'eau en raison de catastrophes telles que des inondations et des typhons, des navires sans pilote peuvent rapidement atteindre les eaux 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 sauvetage orange et le navire de sauvetage est en attente à proximité » ») et transmettre des connaissances sur la flottaison et l'évitement des risques. Dans le cadre de la recherche et du sauvetage maritimes, ils peuvent diffuser des invites de positionnement aux personnes qui tombent à l'eau (telles que « Économisez vos forces, et le navire sans pilote lâchera des équipements de sauvetage pour vous ») et aider l'équipe de sauvetage à verrouiller la position cible grâce à des signaux sonores. En cas d'accident de marée noire, ils peuvent diffuser l'étendue de la zone dangereuse aux navires environnants (par exemple « Il y a une marée noire dans les eaux XX, veuillez ne pas vous approcher ») pour éviter des accidents secondaires.
• Scénarios de protection écologique et de gestion de l'eau : dans les zones aquatiques des réserves naturelles (telles que les zones humides et les lacs), des navires sans pilote équipés de dispositifs acoustiques à distance peuvent diffuser des voix d'avertissement aux bateaux de pêche illégaux et aux eaux usées illégales - déchargeant les navires pour former une dissuasion de l'eau. Dans des zones telles que les réservoirs et les sources d'eau potable, ils peuvent diffuser des avis d'interdiction aux personnes qui nagent et pêchent en violation des réglementations (par exemple « Il s'agit d'une zone de protection des sources d'eau potable et il est interdit d'entrer dans l'eau »). Dans les zones aquacoles, ils peuvent repousser les organismes aquatiques nuisibles grâce à des ondes sonores à fréquence spécifique pour protéger la sécurité des espèces aquacoles.
• Services publics et scénarios de coordination des opérations : sur le site de construction d'eau (comme la construction de ponts et le dragage de voies navigables), les navires sans pilote peuvent diffuser l'étendue de la zone de construction et l'itinéraire de détour vers les navires de passage grâce à des dispositifs acoustiques à distance (tels que « Veuillez faire un détour de 100 mètres au nord de la zone de construction, merci pour votre coopération »). Lors d'événements nautiques (tels que les courses de bateaux-dragons et les courses de voile), ils peuvent diffuser les règles de la compétition et les conseils de sécurité en temps réel (par exemple « Il est interdit aux navires non événementiels d'entrer sur la piste de course pendant la compétition ») pour maintenir l'ordre sur place.

II. Besoins fondamentaux des clients en Scénarios de navires sans pilote

Dans l'application des navires sans pilote, les besoins des clients en matière de dispositifs acoustiques à distance tournent autour de « la résistance à l'eau, la stabilité et l'efficacité », qui se manifestent spécifiquement comme suit :

• Forte résistance à l'eau et besoins d'adaptabilité environnementale : les navires sans pilote fonctionnent sur l'eau pendant une longue période, l'appareil doit donc avoir un niveau de protection IP65 ou supérieur, qui peut résister à la corrosion de l'eau de mer, à l'immersion sous la pluie et à l'impact des vagues. Dans le même temps, il doit s'adapter aux changements de température de l'eau et de la température de l'air dans la plage de - 20 °C à 60 °C pour éviter les défauts dans des environnements tels que l'exposition à haute température et le gel à basse température. De plus, il doit avoir des capacités de résistance au vent et aux vagues et peut transmettre le son de manière stable sous une force de vent inférieure au niveau 5 sans être couvert par le bruit ambiant (tel que le bruit des vagues et le bruit du moteur).
• Besoins de transmission sonore claire sur longue distance : la portée de fonctionnement des navires sans pilote est principalement de 1 à 5 kilomètres de zone d'eau. Par conséquent, l’appareil doit avoir une distance de transmission efficace du son d’au moins 800 mètres dans une zone d’eau libre sans obstacles. Le signal vocal n'a ni distorsion ni bruit. Même dans un environnement venteux et accidenté, le personnel sur l'eau peut clairement recevoir les informations. Pour des cibles spécifiques (telles qu'un seul navire et une seule personne piégée), il est nécessaire d'avoir la capacité de transmission sonore directionnelle pour éviter que la diffusion du son n'interfère avec des zones non liées.
• Besoins de contrôle à distance et de coordination : il prend en charge le fonctionnement à distance via le système de contrôle du navire sans pilote ou la plate-forme de commande basée à terre, y compris le réglage du volume, la commutation du mode de fonctionnement (directionnel/omnidirectionnel), la lecture vocale prédéfinie et la saisie vocale en temps réel. Aucun embarquement manuel n’est requis pour le réglage. Dans le même temps, il doit être lié au positionnement GPS, à la caméra haute définition et au capteur sonar du navire sans pilote. Lorsque le capteur détecte une cible (telle que des personnes piégées et des navires illégaux), il déclenche automatiquement le fonctionnement du dispositif acoustique.
• Faible consommation d'énergie et besoins d'adaptation à l'endurance : l'autonomie en une seule opération des navires sans pilote est généralement de 8 à 24 heures. Par conséquent, l'appareil doit avoir des caractéristiques de faible consommation d'énergie, avec une consommation d'énergie de fonctionnement inférieure à 15 W. Il peut être directement connecté au système d'alimentation électrique du navire sans pilote pour éviter d'affecter le fonctionnement en raison de charges fréquentes. En même temps, il devrait avoir une fonction de surveillance de la puissance. Lorsque la puissance de l'appareil est trop faible, il envoie automatiquement un rappel à la plateforme de commande pour garantir que la transmission des informations clés n'est pas interrompue.

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

Pour répondre aux besoins des scénarios de navires sans pilote, les dispositifs acoustiques distants doivent avoir les caractéristiques techniques ciblées suivantes pour garantir une collaboration efficace avec les navires sans pilote :

• Conception haute protection et anticorrosion : la coque est en alliage d'aluminium ou en plastique technique + matériau de revêtement anticorrosion, qui peut résister à la corrosion de l'eau de mer et de l'eau douce et éviter la rouille et les fissures dues à une immersion à long terme. L'interface de l'équipement adopte une structure d'étanchéité étanche, et les câbles de données et les câbles d'alimentation sont équipés de connecteurs étanches pour empêcher l'eau de s'infiltrer dans le circuit interne. Dans le même temps, une valve étanche à l'humidité et respirante est placée à l'intérieur de l'appareil pour équilibrer la pression de l'air interne et externe et éviter la génération d'eau condensée.
• Niveau de pression acoustique élevé et sortie anti-interférence : le niveau de pression sonore peut atteindre 130 dB – 150 dB, couvrant la bande de fréquence sensible à l'oreille humaine de 200 Hz – 20 000 Hz pour garantir que le signal sonore peut toujours pénétrer les interférences dans des environnements tels que le son des vagues et le bruit du moteur. Un algorithme acoustique professionnel est utilisé pour optimiser le chemin de transmission des ondes sonores afin de réduire l'atténuation du son causée par la réflexion de la surface de l'eau. Même dans un environnement avec des vagues de 1 mètre de haut, les informations vocales peuvent toujours être clairement reçues à 800 mètres. Dans le même temps, il prend en charge plus de 10 niveaux de réglage de l'intensité sonore pour s'adapter aux besoins de différents scénarios.
• Faible consommation d'énergie et adaptation multi-puissance : une puce à faible consommation et une conception de circuit économe en énergie sont adoptées. La consommation électrique en veille est inférieure à 3 W et la consommation électrique en fonctionnement est contrôlée entre 10 et 15 W. Il peut être directement connecté à la batterie au lithium ou au système d'alimentation solaire du navire sans pilote sans alimentation de secours supplémentaire. Certains appareils disposent d'une batterie de secours au lithium intégrée, qui peut maintenir le fonctionnement continu de l'appareil pendant plus de 3 heures lorsque l'alimentation électrique du navire sans pilote est interrompue, assurant ainsi la transmission des informations dans les situations d'urgence.
• Conception légère et facile à installer : le poids total de l'appareil est contrôlé dans les 5 kilogrammes et le volume ne dépasse pas 20 cm × 20 cm × 20 cm. Il peut être fixé sur le pont ou sur le dessus de la cabine du navire sans pilote à l'aide d'un support sans affecter la stabilité de navigation et la capacité de charge du navire sans pilote. L'interface d'installation adopte une conception standardisée, permettant un démontage et un remplacement rapides pour faciliter la maintenance et la révision ultérieures.

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

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

• Intégration avec l'équipement de perception : il est lié à la caméra haute définition, au capteur sonar et à l'imageur thermique infrarouge du navire sans pilote. Lorsque la caméra identifie des situations anormales telles que « intrusion illégale d'un navire » et « personne tombant à l'eau », ou que le sonar détecte des obstacles sous-marins et des équipements de pêche illégaux, elle déclenche automatiquement le dispositif acoustique à distance pour jouer la voix correspondante (telle que « Votre navire a illégalement pénétré dans la zone d'interdiction de navigation, veuillez partir immédiatement » et « Une personne tombant à l'eau est trouvée, et le navire sans pilote ira à la rescousse »). L'imageur thermique infrarouge peut aider à verrouiller la cible dans un environnement de nuit ou de faible visibilité pour garantir que l'appareil transmet le son avec précision.
• Intégration avec l'équipement de communication : il est connecté au module de communication 4G/5G ou au module de communication par satellite du navire sans pilote pour réaliser un contrôle ultra-longue distance. Lorsque le navire sans pilote opère dans des eaux éloignées du rivage et sans signaux de réseau public (comme en pleine mer), le personnel basé à terre peut envoyer des commandes (telles que changer de mode de fonctionnement et mettre à jour la voix prédéfinie) au dispositif acoustique via la liaison satellite. L'appareil peut transmettre l'état de fonctionnement (tel que les informations sur l'alimentation, le volume et les pannes) à la plate-forme de commande à terre en temps réel pour faciliter la surveillance à distance et le dépannage.
• Intégration avec l'équipement de positionnement et de navigation : combiné au système de positionnement GPS/Beidou du navire sans pilote, lorsque le navire sans pilote entre dans une zone sensible prédéfinie (telle qu'une zone de protection des sources d'eau potable et une zone militaire de non-navigation), le dispositif acoustique à distance diffuse une voix d'avertissement aux navires entrant dans cette zone. Lorsque le navire sans pilote s'écarte de l'itinéraire d'opération (par exemple, s'écarte de la zone de recherche et de sauvetage en raison du vent et des vagues), l'appareil envoie immédiatement une alarme d'anomalie de position à la plate-forme terrestre et diffuse le message « Le navire sans pilote s'écarte de la route, veuillez faire attention à l'évitement » aux navires environnants.
• Intégration avec l'équipement de voyant d'avertissement : il est lié au voyant d'avertissement à LED et à la lumière stroboscopique du navire sans pilote pour former un effet de « coordination sonore et lumineuse ». Lorsque le dispositif acoustique à distance démarre le mode d'avertissement, le voyant d'avertissement s'allume de manière synchrone (comme une lumière stroboscopique bleue). Grâce à la double stimulation de la vision et de l’audition, l’effet d’avertissement sur la cible est renforcé. Par exemple, lors du sauvetage de nuit, la « coordination du son et de la lumière » peut aider les personnes qui tombent à l'eau à localiser rapidement la position du navire sans pilote et à améliorer l'efficacité du sauvetage.

V. Principaux avantages de la combinaison de dispositifs acoustiques distants et de navires sans pilote

Par rapport aux dispositifs acoustiques aquatiques traditionnels ou aux navires sans pilote fonctionnant seuls, la combinaison de dispositifs acoustiques à distance et de navires sans pilote peut présenter des avantages significatifs à bien des égards :

• Élargissez la portée et l'efficacité des opérations : les navires sans pilote peuvent naviguer de manière autonome et couvrir une vaste zone d'eau (une seule opération peut couvrir plus de 20 kilomètres carrés). Combinée à des dispositifs acoustiques à distance, l'efficacité de la transmission des informations est 4 à 6 fois supérieure à celle de la diffusion manuelle des navires. Par exemple, dans la gestion d'un réservoir de 10 kilomètres carrés, des navires sans pilote combinés à des dispositifs peuvent compléter la diffusion de l'avis d'interdiction de baignade dans toute la zone d'eau en 2 heures, tandis que la conduite manuelle du navire prend 6 à 8 heures.
• Améliorer la sécurité des opérations : dans des scénarios dangereux (tels que les zones inondées et les eaux de déversement d'hydrocarbures), des navires sans pilote peuvent remplacer le personnel pour entrer dans les zones à haut risque pour les opérations. Les dispositifs acoustiques à distance permettent au personnel basé à terre d'effectuer la transmission d'informations et la dissuasion sans s'approcher d'environnements dangereux, réduisant ainsi considérablement le risque de pertes de personnel. Par exemple, lors du sauvetage aquatique après un typhon, des navires sans pilote transportent des dispositifs permettant d'entrer dans les eaux avec des vents et des vagues forts pour diffuser des instructions de sauvetage, évitant ainsi le risque que le personnel de sauvetage prenne des risques en conduisant les navires.
• Réaliser un fonctionnement précis et écologique : grâce à la technologie de transmission sonore directionnelle et à la capacité de positionnement précis des navires sans pilote, le son peut être transmis avec précision à la zone cible, évitant ainsi les interférences environnementales causées par la diffusion du son dans l'environnement écologique environnant. Par exemple, dans les eaux d'une réserve naturelle, des avertissements peuvent être diffusés de manière directionnelle aux navires de pêche illégaux sans affecter l'habitat des organismes aquatiques environnants. Dans le même temps, l'appareil peut simuler le bruit des ennemis naturels pour obtenir une répulsion écologique, évitant ainsi la pollution de l'eau causée par l'utilisation d'agents chimiques.
• Réduisez les coûts d'exploitation : un navire sans pilote combiné à un dispositif acoustique à distance peut remplacer la charge de travail de 2 à 3 personnel d'exploitation de l'eau. De plus, le coût d'exploitation unique (frais d'électricité, frais de maintenance) du navire sans pilote est inférieur au coût de la conduite manuelle du navire. Un fonctionnement à long terme peut réduire considérablement l’investissement en main-d’œuvre et en temps. Par exemple, dans la patrouille de sécurité 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 de navires.

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

Cas 1 : Application collaborative de patrouilles de navires sans pilote aux frontières côtières et de dispositifs acoustiques à distance

Un département de gestion des frontières côtières a introduit 8 navires de patrouille sans pilote, chacun équipé d'un dispositif acoustique à distance, ainsi que d'une caméra haute définition, d'un système de positionnement Beidou et d'un module de communication par satellite. Lors de patrouilles quotidiennes, les navires sans pilote naviguent dans les eaux frontalières selon les itinéraires prédéfinis. Lorsque la caméra identifie un navire suspect approchant de la frontière chinoise, le dispositif acoustique à distance passe automatiquement en mode directionnel et émet la voix d'avertissement : « Votre navire s'est approché de la frontière chinoise, veuillez faire demi-tour et partir immédiatement, sinon d'autres mesures seront prises » vers le navire suspect. Si le navire suspect refuse de partir, l'appareil synchronise la position et les informations de cap du navire avec le centre de commandement basé à terre via la liaison satellite. Le centre de commande peut régler à distance le volume de l'appareil pour renforcer continuellement l'intensité de l'avertissement. De plus, lorsque les patrouilles manuelles ne peuvent pas être effectuées en raison de mauvaises conditions météorologiques (telles que de fortes pluies et un épais brouillard), les navires sans pilote peuvent toujours fonctionner normalement et diffuser les règles de gestion des frontières aux navires de passage via le dispositif afin d'éviter les incidents de passage illégal des frontières. Après la mise en œuvre de ce programme, le nombre d'incidents de franchissement illégal des frontières dans les eaux frontalières a diminué de 75 % et le coût des patrouilles a été réduit de 60 % par rapport à la conduite manuelle des navires.

Cas 2 : Application pratique des navires sans pilote et des dispositifs acoustiques à distance de sauvetage d’urgence en cas d’engorgement urbain

Lorsqu'une ville a subi des catastrophes d'engorgement causées par de fortes pluies, l'équipe de secours a mis en service 5 navires de sauvetage d'urgence sans pilote. Chaque navire sans pilote était équipé d'un dispositif acoustique à distance, d'une caméra thermique infrarouge et d'un dispositif de largage d'équipement de sauvetage. Les navires sans pilote sont rapidement entrés dans les rues et les eaux communautaires inondées. Lorsque l'imageur thermique infrarouge a détecté des personnes piégées sur le toit et le balcon, le dispositif acoustique à distance a été activé immédiatement et a diffusé l'instruction « Veuillez rester en hauteur pour le sauvetage, le navire sans pilote lâchera des gilets de sauvetage et de la nourriture pour vous, veuillez ne pas entrer dans l'eau sans autorisation » aux personnes piégées. Dans le même temps, l'appareil a transmis les informations de localisation des personnes piégées au centre de commandement de sauvetage via le module de communication 4G pour aider à organiser l'équipe de secours. Dans la zone dangereuse où la profondeur de l'eau dépasse 1,5 mètre, les navires sans pilote diffusent l'avertissement « Le débit d'eau ici est rapide, veuillez ne pas vous approcher » aux personnes environnantes à travers le dispositif pour empêcher les personnes d'entrer par erreur dans les eaux dangereuses. Lors de ce sauvetage, la combinaison du dispositif acoustique à distance et du navire sans pilote a aidé l'équipe de secours à transférer plus de 230 personnes piégées en 4 heures. L'efficacité de la transmission des informations était 10 fois supérieure à celle d'un haut-parleur traditionnel, et aucun personnel de secours n'a été blessé.