Pratica applicativa di dispositivi acustici remoti su navi senza equipaggio

Con il rapido sviluppo della tecnologia delle navi senza pilota nelle operazioni marittime, nei pattugliamenti di sicurezza, nel monitoraggio ecologico e in altri campi, le sue caratteristiche di navigazione autonoma e resistenza a lungo termine sono diventate un importante supporto per le operazioni sull'acqua. Tuttavia, le funzioni tradizionali delle navi senza equipaggio si concentrano principalmente sulla raccolta di dati, come i test sulla qualità dell’acqua e il monitoraggio delle immagini, e mancano di un’efficace interazione con il suono dell’acqua e di capacità di deterrenza. Basandosi sui vantaggi principali della trasmissione direzionale del suono e della resistenza alle interferenze dell'ambiente acquatico, i dispositivi acustici remoti formano una 'piattaforma acustica mobile sull'acqua' con le navi senza equipaggio, compensando efficacemente la carenza dell'interazione sonora delle navi senza equipaggio e ampliando ulteriormente il loro valore applicativo in scenari acquatici complessi.

IO. Scenari applicativi di dispositivi acustici remoti adattati a navi senza pilota

La combinazione di dispositivi acustici remoti e navi senza pilota corrisponde accuratamente ai seguenti quattro scenari principali dell'acqua per risolvere i punti critici delle operazioni in diversi campi:

• Scenari di sicurezza marittima e pattugliamento delle frontiere: in aree come i confini costieri e le vie navigabili interne, le navi senza equipaggio dotate di dispositivi acustici remoti possono emettere avvisi direzionali alle navi di contrabbando illegale e alle navi clandestine (come 'La vostra nave è entrata nelle acque della giurisdizione cinese, fermatevi immediatamente per l'ispezione'). In aree chiave come porti e banchine, possono trasmettere avvisi di gestione della sicurezza in tempo reale (come ad esempio 'È vietato rimanere nella via navigabile, prestare attenzione a evitare il passaggio delle navi') e sincronizzare le dinamiche in loco con il centro di comando a terra per assistere il personale delle forze dell'ordine nella gestione.
• Scenari di salvataggio di emergenza: quando le persone rimangono intrappolate in acqua a causa di disastri come inondazioni e tifoni, le navi senza equipaggio possono raggiungere rapidamente le acque colpite dal disastro. Attraverso dispositivi acustici remoti, possono trasmettere le rotte di salvataggio alle persone intrappolate (come ad esempio 'Si prega di spostarsi nella direzione della zattera di salvataggio arancione, la nave di salvataggio è in attesa nelle vicinanze') e fornire informazioni sul galleggiamento e sulla prevenzione dei rischi. Nella ricerca e salvataggio marittimo, possono trasmettere suggerimenti di posizionamento alle persone che cadono in acqua (come ad esempio 'Risparmia le forze e la nave senza equipaggio lascerà cadere le attrezzature salvavita per te') e assistere la squadra di soccorso nel bloccare la posizione del bersaglio attraverso segnali sonori. In caso di fuoriuscita di petrolio, possono trasmettere l'area pericolosa alle navi circostanti (ad esempio 'C'è una fuoriuscita di petrolio nelle acque XX, per favore non avvicinarsi') per evitare incidenti secondari.
• Scenari di protezione ecologica e gestione delle acque: nelle aree acquatiche delle riserve naturali (come zone umide e laghi), le navi senza equipaggio dotate di dispositivi acustici remoti possono trasmettere voci di avvertimento ai pescherecci illegali e alle acque reflue illegali, scaricando le navi per formare un deterrente per l'acqua. In aree come bacini idrici e fonti di acqua potabile, possono trasmettere avvisi di divieto alle persone che nuotano e pescano in violazione delle normative (come 'Questa è un'area di protezione delle fonti di acqua potabile ed è vietato entrare in acqua'). Nelle aree di acquacoltura, possono respingere gli organismi acquatici dannosi attraverso onde sonore a frequenza specifica per proteggere la sicurezza delle specie di acquacoltura.
• Servizi pubblici e scenari di coordinamento delle operazioni: nel sito di costruzione dell'acqua (come la costruzione di ponti e il dragaggio di corsi d'acqua), le navi senza equipaggio possono trasmettere l'ambito dell'area di costruzione e il percorso della deviazione alle navi in ​​transito attraverso dispositivi acustici remoti (come 'Si prega di deviare 100 metri a nord dell'area di costruzione, grazie per la collaborazione'). Durante gli eventi acquatici (come le gare di dragon boat e le gare di vela), possono trasmettere le regole della competizione e i suggerimenti sulla sicurezza in tempo reale (come ad esempio 'Alle navi che non partecipano all'evento è vietato entrare in pista durante la competizione') per mantenere l'ordine sul posto.

II. Esigenze principali del cliente in Scenari di navi senza equipaggio

Nell'applicazione delle navi senza equipaggio, le esigenze dei clienti per i dispositivi acustici remoti ruotano attorno a 'resistenza all'acqua, stabilità ed efficienza', che si manifestano specificamente come segue:

• Forte resistenza all'acqua e esigenze di adattabilità ambientale: le navi senza equipaggio operano sull'acqua per lungo tempo, quindi il dispositivo deve avere un livello di protezione IP65 o superiore, che può resistere alla corrosione dell'acqua di mare, all'immersione nella pioggia e all'impatto delle onde. Allo stesso tempo, dovrebbe adattarsi ai cambiamenti della temperatura dell'acqua e della temperatura dell'aria nell'intervallo da -20°C a 60°C per evitare guasti in ambienti come l'esposizione ad alte temperature e il congelamento a basse temperature. Inoltre, dovrebbe avere capacità di resistenza al vento e alle onde e può trasmettere il suono stabilmente sotto la forza del vento al di sotto del livello 5 senza essere coperto dal rumore ambientale (come il suono delle onde e il rumore del motore).
• Esigenze di trasmissione del suono chiaro a lunga distanza: il raggio d'azione delle navi senza equipaggio è per lo più compreso tra 1 e 5 chilometri di superficie acquatica. Pertanto, il dispositivo deve avere una distanza di trasmissione del suono effettiva non inferiore a 800 metri in un'area di mare aperto senza ostacoli. Il segnale vocale non ha distorsioni né rumore. Anche in un ambiente ventoso e agitato, il personale in acqua può ricevere chiaramente le informazioni. Per obiettivi specifici (come una singola nave e una singola persona intrappolata), è richiesta la capacità di trasmissione direzionale del suono per evitare che la diffusione del suono interferisca con aree non correlate.
• Esigenze di controllo remoto e coordinamento: supporta il funzionamento remoto attraverso il sistema di controllo della nave senza equipaggio o la piattaforma di comando a terra, inclusa la regolazione del volume, il cambio della modalità di lavoro (direzionale/omnidirezionale), la riproduzione vocale predefinita e l'input vocale in tempo reale. Non è richiesto alcun imbarco manuale per l'impostazione. Allo stesso tempo, deve essere collegato al posizionamento GPS della nave senza equipaggio, alla fotocamera ad alta definizione e al sensore sonar. Quando il sensore rileva un bersaglio (come persone intrappolate e navi illegali), attiva automaticamente il funzionamento del dispositivo acustico.
• Basso consumo energetico e necessità di adattamento della resistenza: la durata di una singola operazione delle navi senza equipaggio è per lo più di 8 - 24 ore. Pertanto, il dispositivo deve avere caratteristiche di basso consumo energetico, con un consumo energetico operativo inferiore a 15 W. Può essere collegato direttamente al sistema di alimentazione della nave senza equipaggio per evitare di compromettere il funzionamento a causa di ricariche frequenti. Allo stesso tempo, dovrebbe avere una funzione di monitoraggio della potenza. Quando la potenza del dispositivo è troppo bassa, invia automaticamente un promemoria alla piattaforma di comando per garantire che la trasmissione delle informazioni chiave non venga interrotta.

III. Caratteristiche principali dei dispositivi acustici remoti adattati alle navi senza pilota

Per soddisfare le esigenze degli scenari di navi senza pilota, i dispositivi acustici remoti devono avere le seguenti caratteristiche tecniche mirate per garantire una collaborazione efficiente con le navi senza pilota:

• Elevata protezione e design anticorrosione: il guscio è realizzato in lega di alluminio o plastica tecnica + materiale di rivestimento anticorrosione, che può resistere alla corrosione dell'acqua di mare e dell'acqua dolce ed evitare ruggine e screpolature dovute all'immersione a lungo termine. L'interfaccia dell'apparecchiatura adotta una struttura sigillante impermeabile e i cavi dati e di alimentazione sono dotati di connettori impermeabili per impedire all'acqua di penetrare nel circuito interno. Allo stesso tempo, all'interno del dispositivo è installata una valvola resistente all'umidità e traspirante per bilanciare la pressione dell'aria interna ed esterna ed evitare la generazione di acqua di condensa.
• Elevato livello di pressione sonora e uscita anti-interferenza: il livello di pressione sonora in uscita può raggiungere 130 dB - 150 dB, coprendo la banda di frequenza sensibile dell'orecchio umano di 200 Hz - 20000 Hz per garantire che il segnale sonoro possa ancora penetrare nell'interferenza in ambienti come il suono delle onde e il rumore del motore. Un algoritmo acustico professionale viene utilizzato per ottimizzare il percorso di trasmissione dell'onda sonora per ridurre l'attenuazione del suono causata dalla riflessione della superficie dell'acqua. Anche in un ambiente con onde alte 1 metro, le informazioni vocali possono ancora essere ricevute chiaramente a 800 metri. Allo stesso tempo, supporta più di 10 livelli di regolazione dell'intensità del suono per adattarsi alle esigenze di diversi scenari.
• Basso consumo energetico e adattamento multipotenza: vengono adottati un chip a basso consumo e un design del circuito a risparmio energetico. Il consumo energetico in standby è inferiore a 3 W e il consumo energetico durante il funzionamento è controllato a 10 - 15 W. Può essere collegato direttamente alla batteria al litio della nave senza equipaggio o al sistema di alimentazione solare senza un ulteriore alimentatore di riserva. Alcuni dispositivi sono dotati di una batteria al litio di riserva incorporata, che può mantenere il funzionamento continuo del dispositivo per più di 3 ore quando l'alimentazione elettrica della nave senza equipaggio viene interrotta, garantendo la trasmissione delle informazioni in situazioni di emergenza.
• Design di installazione leggero e semplice: il peso complessivo del dispositivo è controllato entro 5 chilogrammi e il volume non è superiore a 20 cm × 20 cm × 20 cm. Può essere fissato sul ponte o sulla parte superiore della cabina della nave senza equipaggio tramite una staffa senza compromettere la stabilità della navigazione e la capacità di carico della nave senza equipaggio. L'interfaccia di installazione adotta un design standardizzato, supportando un rapido smontaggio e sostituzione per facilitare la successiva manutenzione e revisione.

IV. Soluzioni di integrazione di dispositivi acustici remoti con altre apparecchiature

Nel sistema navale senza equipaggio, i dispositivi acustici remoti devono essere integrati con una varietà di apparecchiature per formare un sistema collaborativo di 'percezione - decisione - esecuzione'. Le soluzioni specifiche di integrazione sono le seguenti:

• Integrazione con apparecchiature di percezione: è collegata alla telecamera ad alta definizione, al sensore sonar e alla termocamera a infrarossi della nave senza pilota. Quando la telecamera identifica situazioni anomale come 'intrusione di nave illegale' e 'persona che cade in acqua', o il sonar rileva ostacoli sottomarini e attrezzature da pesca illegali, attiva automaticamente il dispositivo acustico remoto per riprodurre la voce corrispondente (come 'La tua nave si è intromessa illegalmente nell'area vietata alla navigazione, per favore allontanati immediatamente' e 'Una persona che cade in acqua viene trovata e la nave senza equipaggio andrà in soccorso'). La termocamera a infrarossi può aiutare a bloccare il bersaglio in un ambiente notturno o con scarsa visibilità per garantire che il dispositivo trasmetta il suono in modo accurato.
• Integrazione con apparecchiature di comunicazione: è collegato al modulo di comunicazione 4G/5G della nave senza pilota o al modulo di comunicazione satellitare per realizzare il controllo a distanza ultra-lunga. Quando la nave senza pilota opera in acque lontane dalla costa e senza segnali di rete pubblica (come in mare aperto), il personale di terra può inviare comandi (come il cambio della modalità di lavoro e l'aggiornamento della voce preimpostata) al dispositivo acustico attraverso il collegamento satellitare. Il dispositivo può trasmettere lo stato di funzionamento (come informazioni su potenza, volume e guasti) alla piattaforma di comando a terra in tempo reale per facilitare il monitoraggio remoto e la risoluzione dei problemi.
• Integrazione con apparecchiature di posizionamento e navigazione: combinato con il sistema di posizionamento GPS/Beidou della nave senza equipaggio, quando la nave senza equipaggio entra in un'area sensibile preimpostata (come un'area di protezione di una fonte di acqua potabile e un'area militare vietata alla navigazione), il dispositivo acustico remoto trasmette una voce di avvertimento alle navi che entrano in quest'area. Quando la nave senza equipaggio devia dalla rotta operativa (ad esempio deviando dall'area di ricerca e salvataggio a causa del vento e delle onde), il dispositivo invia immediatamente un allarme di anomalia di posizione alla piattaforma a terra e riproduce il messaggio 'La nave senza equipaggio devia dalla rotta, prestare attenzione a evitarla' alle navi circostanti.
• Integrazione con apparecchiature luminose di avvertimento: è collegata alla spia di avvertimento LED e alla luce stroboscopica della nave senza equipaggio per formare un effetto di 'coordinazione di suoni e luci'. Quando il dispositivo acustico remoto avvia la modalità di avviso, la spia si accende in modo sincrono (come una luce stroboscopica blu). Attraverso la doppia stimolazione della vista e dell'udito, l'effetto di avvertimento sul bersaglio viene potenziato. Ad esempio, nel salvataggio notturno, la 'coordinazione di suoni e luci' può aiutare le persone che cadono in acqua a localizzare rapidamente la posizione della nave senza equipaggio e a migliorare l'efficienza del salvataggio.

V. Vantaggi principali della combinazione di dispositivi acustici remoti e navi senza equipaggio

Rispetto ai tradizionali dispositivi acustici acquatici o alle navi senza pilota che operano da sole, la combinazione di dispositivi acustici remoti e navi senza pilota può offrire vantaggi significativi sotto molti aspetti:

• Ampliare il raggio d'azione e l'efficienza delle operazioni: le navi senza pilota possono navigare autonomamente e coprire una vasta area d'acqua (una singola operazione può coprire più di 20 chilometri quadrati). In combinazione con dispositivi acustici remoti, l'efficienza della trasmissione delle informazioni è da 4 a 6 volte superiore a quella della trasmissione manuale a guida navale. Ad esempio, nella gestione di un bacino idrico di 10 chilometri quadrati, le navi senza equipaggio combinate con dispositivi possono completare la trasmissione dell'avviso di divieto di balneazione in tutta l'area acquatica entro 2 ore, mentre la guida manuale della nave richiede 6 - 8 ore.
• Migliorare la sicurezza operativa: in scenari pericolosi (come aree colpite da inondazioni e acque in cui si riversa petrolio), le navi senza equipaggio possono sostituire il personale per entrare in aree ad alto rischio per le operazioni. I dispositivi acustici remoti consentono al personale di terra di completare la trasmissione delle informazioni e la deterrenza senza avvicinarsi ad ambienti pericolosi, riducendo notevolmente il rischio di vittime del personale. Ad esempio, nel salvataggio in acqua dopo un tifone, le navi senza equipaggio trasportano dispositivi per entrare nelle acque con forte vento e onde per trasmettere istruzioni di salvataggio, evitando il rischio che il personale di soccorso corra rischi guidando le navi.
• Realizza operazioni precise ed ecologiche: attraverso la tecnologia di trasmissione del suono direzionale e la capacità di posizionamento preciso delle navi senza pilota, il suono può essere trasmesso con precisione all'area target, evitando interferenze ambientali causate dalla diffusione del suono nell'ambiente ecologico circostante. Ad esempio, nell'area acquatica di una riserva naturale, gli avvertimenti possono essere trasmessi direzionalmente alle navi da pesca illegali senza compromettere l'habitat degli organismi acquatici circostanti. Allo stesso tempo, il dispositivo può simulare il suono dei nemici naturali per ottenere una repulsione ecologica, evitando l'inquinamento dell'acqua causato dall'uso di agenti chimici.
• Ridurre i costi operativi: una nave senza equipaggio combinata con un dispositivo acustico remoto può sostituire il carico di lavoro di 2 - 3 addetti alle operazioni in acqua. Inoltre, il costo della singola operazione (tariffa elettrica, tariffa di manutenzione) della nave senza equipaggio è inferiore al costo della guida manuale della nave. Il funzionamento a lungo termine può ridurre significativamente l'investimento in manodopera e tempo. Ad esempio, nel pattugliamento di sicurezza quotidiano del porto, una nave senza equipaggio può coprire le esigenze di pattugliamento di un corso d'acqua di 5 chilometri e il costo è ridotto di oltre il 50% rispetto alle pattuglie manuali a guida navale.

VI. Casi applicativi di dispositivi acustici remoti su navi senza pilota

Caso 1: Applicazione collaborativa di pattugliamenti navali senza equipaggio delle frontiere costiere e di dispositivi acustici remoti

Un dipartimento di gestione delle frontiere costiere ha introdotto 8 navi pattuglia senza equipaggio, ciascuna dotata di un dispositivo acustico remoto, nonché di una telecamera ad alta definizione, un sistema di posizionamento Beidou e un modulo di comunicazione satellitare. Durante i pattugliamenti giornalieri, le navi senza equipaggio navigano nelle acque di confine secondo rotte prestabilite. Quando la telecamera identifica una nave sospetta che si avvicina alla linea di confine, il dispositivo acustico remoto passa automaticamente alla modalità direzionale e riproduce la voce di avvertimento 'La tua nave si è avvicinata alla linea di confine della Cina, per favore voltati e allontanati immediatamente, altrimenti verranno prese ulteriori misure' nei confronti della nave sospetta. Se la nave sospetta si rifiuta di partire, il dispositivo sincronizza la posizione della nave e le informazioni sulla rotta con il centro di comando a terra attraverso il collegamento satellitare. Il centro di comando può regolare da remoto il volume del dispositivo per rafforzare continuamente l'intensità dell'avviso. Inoltre, quando le pattuglie manuali non possono essere effettuate a causa del maltempo (come forte pioggia e forte nebbia), le navi senza equipaggio possono comunque operare normalmente e trasmettere le norme di gestione delle frontiere alle navi di passaggio attraverso il dispositivo per prevenire incidenti di attraversamento illegale delle frontiere. Dopo l’implementazione di questo schema, il numero di incidenti di attraversamento illegale della frontiera nelle acque di confine è diminuito del 75% e il costo del pattugliamento è stato ridotto del 60% rispetto alla guida manuale delle navi.

Caso 2: Applicazione pratica di navi senza pilota per il salvataggio di emergenza in caso di ristagno idrico urbano e di dispositivi acustici remoti

Quando una città ha subito disastri causati da allagamenti causati da forti piogge, la squadra di soccorso ha messo in funzione 5 navi senza pilota di salvataggio di emergenza. Ogni nave senza equipaggio era dotata di un dispositivo acustico remoto, di una termocamera a infrarossi e di un dispositivo salvavita per il lancio di attrezzature. Le navi senza equipaggio sono entrate rapidamente nelle strade allagate e nelle acque comunitarie. Quando la termocamera a infrarossi ha rilevato persone intrappolate sul tetto e sul balcone, il dispositivo acustico remoto si è attivato immediatamente e ha riprodotto le istruzioni 'Per favore, resta in un luogo alto per il salvataggio, la nave senza equipaggio lancerà giubbotti di salvataggio e cibo per te, per favore non entrare in acqua senza permesso' alle persone intrappolate. Allo stesso tempo, il dispositivo ha trasmesso le informazioni sulla posizione delle persone intrappolate al centro di comando di soccorso attraverso il modulo di comunicazione 4G per assistere nell'organizzazione della squadra di soccorso. Nell'area pericolosa dove la profondità dell'acqua supera 1,5 metri, le navi senza equipaggio trasmettono l'avvertimento 'Il flusso d'acqua qui è veloce, per favore non avvicinarsi' alle persone circostanti attraverso il dispositivo per impedire alle persone di entrare per errore nelle acque pericolose. In questo salvataggio, la combinazione del dispositivo acustico remoto e della nave senza equipaggio ha aiutato la squadra di soccorso a trasferire più di 230 persone intrappolate in 4 ore. L'efficienza di trasmissione delle informazioni è stata 10 volte superiore a quella dell'altoparlante tradizionale e nessun personale di soccorso è rimasto ferito.