Távoli akusztikus eszközök alkalmazási gyakorlata pilóta nélküli hajókon

A tengeri műveletek, biztonsági járőrözés, ökológiai figyelés és egyéb területekön az önvezető hajótechnológia gyors fejlődésével az önálló navigáció és hosszú távú üzemidő jellemzői fontos alappá váltak a vízi feladatok ellátásában. Azonban a hagyományos önvezető hajók funkciói leginkább a vízminőség-tesztelésre és képfigyelésre szorítkoznak, így hatékony vízi hanginterakciós és visszatartó képességek hiányoznak belőlük. A irányított hangterjedés és a vízi környezeti zavarok elleni ellenállás kihasználásával a távbeszélők önvezető hajókkal együtt egy „vízi mozgó akusztikai platformot” alkotnak, amely hatékonyan pótolja az önvezető hajók hanginterakciós hiányosságait, és tovább bővíti alkalmazási értéküket összetett vízi forgatókönyvekben.

I. Távbeszélők alkalmazási területei önvezető hajókhoz adaptálva

A távoli akusztikus eszközök és az ember nélküli hajók kombinációja pontosan lefedi az alábbi négy alapvető vízi forgatókönyvet, így megoldva a különböző területeken jelentkező működési problémákat:

• Tengeri biztonsági és határőr forgatókönyvek: Olyan területeken, mint a tengerparti határok és belső vízutak, a távoli akusztikus eszközökkel felszerelt ember nélküli hajók irányított figyelmeztetéseket adhatnak ki illegális csempész- vagy csavargóhajók számára (például: „Hajója belépett Kína joghatósági vizeire, azonnal álljon meg ellenőrzés céljából”). Fontos területeken, mint kikötők és mólók, valós időben közleményeket sugallhatnak a biztonsági kezelésről (például: „A vízúton való tartózkodás tilos, figyeljen a közlekedő hajók elkerülésére”), és szinkronizálhatják a helyszíni eseményeket a földi parancsközponttal, hogy segítsék a jogalkalmazó személyzetet a beavatkozásban.
• Vészhelyzeti mentési forgatókönyvek: Amikor emberek a vízben rekednek áradások és ciklonokhoz hasonló katasztrófák következtében, pilóta nélküli hajók gyorsan elérhetik a sújtott területeket. Távolról irányított akusztikus eszközökön keresztül mentési útvonalakat közvetíthetnek az érintett személyek felé (például: „Kérem, haladjanak az narancssárga mentőcsónak irányába, a mentőhajó ott várakozik”) és tudnivalókat juttathatnak el a lebegésről és a veszélyelkerülésről. Tengeri kutatás-mentési műveletek során pozicionálási utasításokat adhatnak ki a vízbe esett személyeknek (például: „Takarékoskodjanak az erővel, a pilóta nélküli hajó mentőfelszerelést dob majd önökhöz”), valamint hangjelekkel segíthetik a mentőcsapatot a célpont pontos helyének meghatározásában. Olajszennyezési balesetek esetén pedig tájékoztathatják a környező hajókat a veszélyes zóna kiterjedéséről (például: „Az XX. vizeken olajszennyezés történt, kérjük, ne közelítsék meg”), így megelőzve a másodlagos baleseteket.
• Környezetvédelmi és vízgazdálkodási forgatókönyvek: Természetvédelmi területek vizes élőhelyein (például mocsarakban és tavakban) távvezérelt akusztikus berendezésekkel felszerelt pilóta nélküli hajók figyelmeztető hangokat közvetíthetnek a tiltott halászhajóknak és a szabálytalanul szennyvizet kibocsátó hajóknak, így vízi visszatartó erőt képezve. Víztározókban és ivóvízforrásokban olyan tilalmi bejelentéseket közvetíthetnek az emberek felé, akik szabálytalanul úsznak vagy halásznak (például: „Ez egy ivóvízforrás-védelmi terület, a vízbe lépés tilos”). Akvakultúrás területeken pedig speciális frekvenciájú hanghullámokkal elriaszthatják a káros vízi organizmusokat, ezzel biztosítva az akvakultúrában tartott fajok biztonságát.
• Közszolgáltatások és működési koordinációs forgatókönyvek: Vízi építkezések (például hídépítés és hajózható vízutak kotrása) helyszínén az irányított hajók távolról szórt akusztikus eszközökön keresztül közvetíthetik az építési terület határait és az átirányítási útvonalat a haladó hajók számára (például: "Kérjük, térjenek le 100 méterrel az építési terület északi oldalára, köszönjük együttműködésüket"). Vízi események (például kenuversenyek és vitorlásversenyek) során valós időben közvetíthetik a versenyszabályokat és biztonsági figyelmeztetéseket (például: "A verseny alatt a nem résztvevő hajók számára tilos a pálya területére hajózni"), így fenntartva a helyszíni rendet.

II. Alapvető ügyféligények a Irányított Hajók Forgatókönyveiben

Az irányított hajók alkalmazása során az ügyfelek igénye az akusztikus távoli berendezésekkel szemben a „vízállóságra, stabilitásra és hatékonyságra” összpontosul, amely konkrétan a következőképpen nyilvánul meg:

• Erős vízállóság és környezeti alkalmazkodóképesség szükséges: A pilóta nélküli hajók hosszú ideig működnek vízen, ezért az eszköznek IP65-ös vagy annál magasabb védettségi szinttel kell rendelkeznie, amely képes ellenállni a tengeri víz korróziójának, az eső átáztatásának és a hullámok hatásának. Ugyanakkor alkalmazkodnia kell a -20 °C és 60 °C közötti víz- és levegőhőmérséklet-változásokhoz, hogy elkerülje a meghibásodásokat olyan környezetekben, mint a magas hőmérsékleten való kitettség vagy alacsony hőmérsékleten történő fagyasztás. Ezen felül szél- és hullámálló képességgel is rendelkeznie kell, és stabilan képesnek kell lennie a hang továbbítására legfeljebb 5-ös erősségű szél esetén anélkül, hogy a környezeti zaj (például hullámzás vagy motorzaj) elnyomná.
• Hosszú távú, tiszta hangátviteli igények: A pilóta nélküli hajók működési hatósugara általában 1–5 kilométer közötti vízterület. Ezért az eszköztől azt várják el, hogy akadálymentes nyílt vízfelületen legalább 800 méter hatósugarú, hatékony hangátvitelt biztosítson. A hangjelnek torzítás- és zajmentesnek kell lennie. Szeles és hullámos körülmények között is egyértelműen érthető információátvitelt kell biztosítania a vízen tartózkodó személyzet számára. Konkrét célok (például egyedi hajó vagy egyetlen bajba jutott személy) esetén irányított hangátviteli képességgel kell rendelkeznie, hogy elkerülje a hangszórás terjedését és ne zavarja a nem érintett területeket.
• Távoli vezérlési és koordinációs igények: Támogatja a távvezérelt működést az ember nélküli hajó irányító rendszerén vagy a partoldali parancsnoki platformon keresztül, beleértve a hangerőszabályozást, a működési mód váltását (irányított/irányítatlan), az előre rögzített hang lejátszását és a valós idejű hangbevitelt. A beállításhoz nem szükséges személyzet a fedélzeten. Ugyanakkor kapcsolódni kell az ember nélküli hajó GPS-pozícionáló rendszeréhez, nagy felbontású kamerájához és szonárérzékelőjéhez. Amikor az érzékelő célpontot észlel (például csapdába esett személyeket vagy illegális hajókat), automatikusan aktiválja az akusztikus készülék működését.
• Alacsony energiafogyasztás és üzemidő-igény: A távirányított hajók egyszeri működési ideje általában 8–24 óra. Ezért az eszközöknek alacsony energiafogyasztásúaknak kell lenniük, működési fogyasztásuk 15 W alatt legyen. Közvetlenül csatlakoztathatóknak kell lenniük a távirányított hajók energiaellátó rendszeréhez, hogy elkerüljék a gyakori töltésből adódó működési zavarokat. Ugyanakkor rendelkezniük kell energiamonitorozási funkcióval. Amikor az eszköz energiaellátása túl alacsony, automatikusan értesítést küld a parancsnoki platformnak, így biztosítva, hogy a kulcsfontosságú információk továbbítása ne szakadjon meg.

III. Távoli akusztikus eszközök központi jellemzői, amelyek alkalmazkodnak a távirányított hajókhoz

A távirányított hajók alkalmazási környezetének igényeinek kielégítése érdekében a távoli akusztikus eszközöknek a következő célzott technikai jellemzőkkel kell rendelkezniük, hogy hatékonyan együttműködjenek a távirányított hajókkal:

• Magas szintű védelem és korrózióálló tervezés: A ház alumíniumötvözetből vagy műanyagból készül, korrózióálló bevonati anyaggal, amely ellenáll a tengeri és édesvíz káros hatásainak, és megakadályozza a rozsdásodást és repedést hosszú távú merítés során. Az eszköz interfésze vízálló tömített szerkezetet alkalmaz, az adatkábelek és tápkábelek vízálló csatlakozókkal vannak ellátva, hogy megakadályozzák a víz behatolását a belső áramkörbe. Ugyanakkor a készülék belsejében páramentesítő szelep található, amely kiegyenlíti a belső és külső légnyomást, és elkerüli a kondenzvíz képződését.
• Magas hangnyomásszint és interferencia-ellenálló kimenet: A hangnyomásszint kimenete elérheti a 130 dB–150 dB-t, lefedve az emberi fül számára érzékeny 200 Hz–20 000 Hz-es frekvenciasávot, így biztosítva, hogy a hangsugárzás áthatoljon a zavaró tényezőkön, például hullám- és motorzaj jelenlétében. Szakmai akusztikai algoritmust alkalmaznak a hanghullámok terjedési útvonalának optimalizálására, csökkentve a vízfelszínről történő visszaverődésből eredő hangcsillapodást. Még 1 méter magas hullámok esetén is egyértelműen érthető a hangtájékoztatás 800 méteres távolságban. Egyidejűleg több mint 10 fokozatú hangerősség-szabályozást támogat, így alkalmazkodik különböző forgatókönyvek igényeihez.
• Alacsony fogyasztás és többfajta tápfeszültség alkalmazhatósága: Alacsony fogyasztású chipeket és energiatakarékos áramkörtervet alkalmaz. Az üzemen kívüli fogyasztás kevesebb, mint 3 W, az üzem közbeni fogyasztás pedig 10–15 W között van. Közvetlenül csatlakoztatható a pilóta nélküli hajó lítium-akkumulátoros vagy napelemes tápellátó rendszeréhez további tartalékáramforrás nélkül. Egyes eszközök beépített tartalék lítium-akkumulátorral rendelkeznek, amely akár 3 óránál hosszabb ideig is biztosítja az eszköz folyamatos működését, ha a pilóta nélküli hajó tápellátása megszakad, így vészhelyzetben is biztosított az információátvitel.
• Könnyűsúlyú és egyszerű felszerelési kialakítás: Az eszköz teljes súlya 5 kilogramm alatt marad, méretei nem haladják meg a 20 cm × 20 cm × 20 cm-t. Rögzíthető az autonóm hajó fedélzetére vagy kabinjának tetejére egy tartókonzolon keresztül anélkül, hogy befolyásolná az autonóm hajó navigációs stabilitását vagy teherbíró képességét. A felszerelési csatlakozó szabványos tervezésű, gyors szétszerelést és cserét tesz lehetővé, megkönnyítve a későbbi karbantartást és javításokat.

IV. Távoli akusztikus eszközök integrációs megoldásai más berendezésekkel

Az autonóm hajó rendszerben a távoli akusztikus eszközöket különféle berendezésekkel kell integrálni, hogy kialakuljon egy „észlelés – döntéshozatal – végrehajtás” együttműködési rendszer. Az integrációs megoldások a következők:

• Integráció az érzékelőberendezésekkel: A rendszer kapcsolódik a pilóta nélküli hajó nagy felbontású kamerájához, szonár érzékelőjéhez és infravörös termográf kamerájához. Amikor a kamera olyan rendellenes helyzeteket észlel, mint a „jogellenes hajóbefurakodás” vagy a „személy a vízbe esése”, illetve amikor a szonár alámerült akadályokat vagy illegális halászfelszerelést detektál, automatikusan aktiválja a távoli akusztikus berendezést, hogy lejátssza a megfelelő hangüzenetet (például: „Hajója jogellenesen behajózott a hajózási tilalmi zónába, azonnal hagyja el a területet” és „Személyt észleltünk a vízben, a pilóta nélküli hajó mentőakcióba kezd”). Az infravörös termográf kamera segíthet a célpontra fókuszálni éjszaka vagy alacsony láthatóságú körülmények között is, így biztosítva, hogy a berendezés pontosan irányítsa a hangot.
• Integráció a kommunikációs felszereléssel: A készülék csatlakozik a pilóta nélküli hajó 4G/5G-es vagy műholdas kommunikációs moduljához, így megvalósítva a rendkívül hosszú távú irányítást. Amikor a pilóta nélküli hajó parttól távoli, nyilvános hálózati jel nélküli vizeken (például nyílt tengeren) működik, a parton lévő személyzet parancsokat küldhet (például munkamód váltása, előre elkészített hanganyag frissítése) az akusztikus készülékhez műholdas kapcsolaton keresztül. Az eszköz valós időben visszaküldi a működési állapotot (például töltöttség, hangerősség és hibainformációk) a partmenti parancsnoki platformra, lehetővé téve a távoli figyelést és hibaelhárítást.
• Integráció a pozícionáló és navigációs berendezésekkel: Kombinálva a pilóta nélküli hajó GPS/Beidou helymeghatározó rendszerével, amikor a hajó egy előre beállított érzékeny területre lép (pl. ivóvízforrás-védelmi övezet vagy katonai tilos zóna), a távoli akusztikus eszköz figyelmeztető hangot közvetít a területre belépő hajók számára. Amikor a pilóta nélküli hajó eltér a működési útvonalról (például szél és hullámok miatt az oltási-mentési területről való eltérés), az eszköz azonnal helyzeteltérési riasztást küld a parton lévő platformnak, és lejátsza a „A pilóta nélküli hajó eltért az útvonalról, kérjük, ügyeljenek a kikerülésre” figyelmeztetést a környező hajók számára.
• Integráció a figyelmeztető fényberendezésekkel: A figyelmeztető LED-fény és a villogó fény összekapcsolódik a pilóta nélküli hajóval, így létrejön a „hang és fény koordináció” hatása. Amikor a távoli akusztikus készülék figyelmeztető üzemmódra kapcsol, a figyelmeztető fény is szinkronban bekapcsol (például kék villogó fény). A látás és hallás kétszeres ingerlésével fokozott figyelmeztető hatás érhető el a célpontra nézve. Például éjszakai mentés során a „hang és fény koordináció” segítheti a vízbe esett személyeket abban, hogy gyorsan megtalálják a pilóta nélküli hajó helyzetét, ezzel növelve a mentés hatékonyságát.

V. Távoli akusztikus készülékek és pilóta nélküli hajók kombinációjának fő előnyei

A hagyományos vízi akusztikus készülékekhez vagy külön működő pilóta nélküli hajókhoz képest a távoli akusztikus készülékek és a pilóta nélküli hajók kombinációja számos területen jelentős előnyökkel rendelkezik:

• Bővítse a működési tartományt és növelje a hatékonyságot: A távirányítású hajók önállóan navigálhatnak, és nagy kiterjedésű vízterületet fedhetnek le (egyetlen művelettel több mint 20 négyzetkilométert). Távolról vezérelt akusztikus eszközökkel kombinálva az információátvitel hatékonysága 4–6-szor magasabb, mint a kézi hajóvezérléssel történő közvetítésé. Például egy 10 négyzetkilométeres víztározó kezelése során a távirányítású hajók és az eszközök kombinációjával a nem úszásra figyelmeztető közlemény az egész vízterületen belül 2 órán belül eljuttatható, míg kézi hajóvezérléssel ez 6–8 órát vesz igénybe.
• A működés biztonságának javítása: Veszélyes helyzetekben (például árvíz sújtotta területeken vagy olajszennyezett vizeken) az ember nélküli hajók személyzet nélkül léphetnek be magas kockázatú területekre a műveletek elvégzéséhez. A távoli akusztikai eszközök lehetővé teszik a parton tartózkodó személyzet számára, hogy információkat továbbítsanak és visszatartsák a veszélyes környezetet anélkül, hogy közelebb mennének, jelentősen csökkentve ezzel a személyi sérülések kockázatát. Például egy ciklon utáni vízimentő akció során az ember nélküli hajók berendezéseket visznek magukkal, hogy erős szél és hullámok közepette is bejussanak a vizekre, és mentési utasításokat közvetítsenek, így elkerülve azt a kockázatot, hogy a mentőszemélyzet saját hajójával veszélybe sodródjon.
• Pontos és ökológiai működés megvalósítása: Az irányított hangtranszmissziós technológia és az önvezető hajók pontos pozícionálási képessége révén a hangot pontosan a céltérbe lehet irányítani, elkerülve a környező ökoszisztémára gyakorolt zavaró hatásokat, amelyeket a szóródó hang okozhat. Például egy természetvédelmi terület vizein figyelmeztető üzeneteket lehet irányítottan közvetíteni a jogellenesen halászó hajók felé anélkül, hogy az befolyásolná a környező vízi élőlények életterét. Ugyanakkor az eszköz képes a természetes ragadozók hangjának szimulálására is, így ökológiai elriasztást érhetünk el, elkerülve a vegyi anyagok használatából eredő vízszennyezést.
• Működési költségek csökkentése: Egy távirányítású hajó egy távoli akusztikai eszközzel kombinálva képes 2–3 vízi munkatárs munkáját helyettesíteni. Emellett az automatizált hajó üzemeltetési költsége (villamosenergia, karbantartás) alacsonyabb, mint a kézi irányítású hajóé. Hosszú távon ez jelentősen csökkenti a munkaerőbe és időbe történő beruházást. Például egy kikötő napi biztonsági ellenőrzésénél egy távirányítású hajó lefedheti egy 5 kilométeres vízi útvonal ellenőrzését, és az üzemeltetési költség több mint 50%-kal csökken a kézi irányítású járőrhajókhoz képest.

VI. Távoli akusztikai eszközök alkalmazási esetei távirányítású hajókon

1. eset: Tengerparti határőr távirányítású hajók és távoli akusztikai eszközök együttes alkalmazása

Egy tengerparti határőrségi osztály bevezetett 8 távirányítású járőrhajót, amelyek mindegyike rendelkezik távvezérelt akusztikus készülékkel, valamint nagyfelbontású kamerával, Beidou helymeghatározó rendszerrel és műholdas kommunikációs modullal. A napi járőrözés során a távirányítású hajók az előre meghatározott útvonalak mentén haladnak a határzónában. Amikor a kamera gyanús hajót észlel a határvonal közelében, az akusztikus készülék automatikusan irányított üzemmódra kapcsol, és a „Hajója megközelítette Kína határvonalát, forduljon meg, és hagyja el azonnal a területet, ellenkező esetben további intézkedések lépnek életbe” figyelmeztető üzenetet phátolja a gyanús hajó felé. Ha a gyanús hajó nem hagyja el a területet, a készülék a hajó pozícióját és irányadatait szinkronizálja a parton lévő parancsnoksági központtal a műholdas kapcsolat segítségével. A parancsközpont távolról szabályozhatja a készülék hangerősségét, fokozva ezzel a figyelmeztetés intenzitását. Emellett akkor is, amikor rossz időjárási körülmények (például erős eső vagy sűrű köd) miatt nem végezhető kézi járőrözés, a távirányítású hajók továbbra is normálisan működhetnek, és a készülék segítségével közvetítik a határőrségi szabályokat az arra járó hajóknak, így megelőzve a jogellenes határátlépéseket. A rendszer bevezetését követően a határzónában történt illegális határátlépési esetek száma 75%-kal csökkent, a járőrözési költségek pedig 60%-kal csökkentek a kézi hajóvezérléshez képest.

2. eset: Városi árvízi vészhelyzeti mentésben alkalmazott önvezető hajók és távoli akusztikus eszközök gyakorlati alkalmazása

Amikor egy városat jelentős esőzések miatt keletkezett árvízi katasztrófa sújtott, a mentőcsapat 5 darab vészhelyzeti mentésre szolgáló pilóta nélküli hajót vetett be. Minden hajó volt felszerelve távvezérelt akusztikus készülékkel, infravörös hőkamerával és életmentő felszerelés leadására szolgáló berendezéssel. A pilóta nélküli hajók gyorsan behatoltak az elárasztott utcákra és lakóövezetek vízzel borított területeire. Amikor az infravörös hőkamera embereket fedezett fel a tetőn vagy erkélyen, azonnal aktiválták a távvezérelt akusztikus készüléket, amely az alábbi utasítást közvetítette a bajba jutott személyeknek: „Kérjük, maradjon magas helyen, ahol mentést kap; a pilóta nélküli hajó mentőmellényt és élelmet dob le Önnek, kérjük, ne lépjen a vízbe engedély nélkül.” Ugyanakkor a készülék a bajba jutott személyek tartózkodási helyének adatait visszaküldte a mentőparancsnokságra a 4G kommunikációs modulon keresztül, így segítve a mentőcsapatok beosztását. Azokban a veszélyes területeken, ahol a vízmélység meghaladta az 1,5 métert, a pilóta nélküli hajók a környezők felé a következő figyelmeztetést közvetítették a készülékkel: „Itt erős a vízáramlás, kérjük, ne közelítsen meg.” – ezzel megakadályozva, hogy emberek véletlenül belépjenek a veszélyes vízterületekre. Ebben a mentési akcióban a távvezérelt akusztikus készülék és a pilóta nélküli hajó kombinációja segített a mentőcsapatnak több mint 230 bajba jutott személyt 4 órán belül biztonságos helyre juttatni. Az információátviteli hatékonyság tízszer magasabb volt, mint a hagyományos hangszóróké, és egyetlen mentőszemélyzet sem sérült meg.