Пилотсыз қайықтардағы қашықтан акустикалық құрылғылардың қолданылу тәжірибесі

Теңіз операцияларындағы, қауіпсіздік патрульдеуіндегі, экологиялық бақылаудағы және басқа салалардағы пилотсыз қайық технологиясының тез дамуымен бірге оның автономды жүзу және ұзақ мерзімді шыдамдылық сипаттамалары су операциялары үшін маңызды қолдауға айналды. Дегенмен, пилотсыз қайықтардың дәстүрлі функциялары негізінен су сапасын тексеру мен кескіндерді бақылау сияқты деректерді жинауға бағытталған, ал олардың суда дыбыстық өзара әрекеттестігі мен ығыстыру мүмкіндіктері тиімді болып келмейді. Су ортасының ықпалына төзімді, бағытталған дыбыс беруінің негізгі артықшылықтарына сүйене отырып, акустикалық қашықтан құрылғылар пилотсыз қайықтармен бірлесіп "сулы ортадағы мобильді акустикалық платформа" құрады, бұл пилотсыз қайықтардың дыбыстық өзара әрекеттестігіндегі кемшілікті тиімді түзетеді және күрделі сулы орта сценарийлеріндегі олардың қолданылу құнын одан әрі кеңейтеді.

М. Пилотсыз қайықтарға бейімделген қашықтан акустикалық құрылғылардың қолданылу сценарийлері

Қашықтан акустикалық құрылғылар мен пилотсыз кемелердің үйлесімі төмендегі төрт негізгі сулы орта сценарийлерін дәлме-дәл сәйкестендіреді және әртүрлі салалардағы жұмыс барысындағы қиындықтарды шешеді:

• Теңіз қауіпсіздігі мен шекара патрульдеу сценарийлері: Сыртқы теңіз шекаралары мен ішкі су жолдары сияқты аймақтарда қашықтан акустикалық құрылғылары бар пилотсыз кемелер заңсыз контрабанданың немесе жасырынып келе жатқан кемелердің алдын ала белгіленген хабарламаларын беруі мүмкін (мысалы, «Сіздің кемеңіз Қытайдың сотауелді су аймағына енді, тексеру үшін дереу тоқтаңыз»). Порттар мен қайық қондыратын жерлер сияқты маңызды аймақтарда олар қауіпсіздік басқару хабарламаларын нақты уақыт режимінде таратады (мысалы, «Су жолында болуға тыйым салынады, өтіп бара жатқан кемелерден қашық болыңыз») және орындағы жағдайды жергілікті басқару орталығымен синхрондайды, бұл заңдық органдардың шаралар қабылдауына көмектеседі.
• Апаттық құтқару жағдайлары: Апаттар, мысалы су тасқыны мен дауылдар нәтижесінде адамдар суға түсіп қалған кезде, пилотсыз қайықтар тез арада беделі басып алған су айдындарына жетуі мүмкін. Олар қашықтан басқарылатын дыбыстық құрылғылар арқылы қапыда қалған адамдарға құтқарылу бағытын хабарлай алады (мысалы: «Сары құтқару қайығының бағытына қозғалыңыз, құтқару құралы жақын жерде дайын тұр»), сондай-ақ жүзу және қауіпті жағдайлардан қорғану туралы ақпарат береді. Теңізде іздеу және құтқару жұмыстарында суда батып бара жатқан адамдарға орын белгілеу бойынша нұсқаулар берілуі мүмкін (мысалы: «Күшіңізді сақтаңыз, пилотсыз қайық сізге құтқару құралдарын тастайды»), сонымен қатар дыбыстық сигналдар арқылы құтқару тобына мақсаттың орнын нақтылауға көмектеседі. Мұнай тасқыны оқиғаларында олар айналасындағы кемелерге қауіпті аймақтың шегін хабарлай алады (мысалы: «XX акваториясында мұнай тасқыны бар, жақындамаңыз»), екінші реттік апаттардың алдын алу үшін.
• Экологиялық қорғаныс және сумен басқару сценарийлері: Табиғи қорықтардың су аймақтарында (мысалы, сазды жерлер мен көлдерде) дыбыстық сигналдар беру үшін басқарылатын құрылғылары бар пилотсыз қайықтар тыйым салынған балық аулауға немесе қоқыс төгуге тырысқан қайықтарға ескерту хабарламаларын таратып, сулы аймақтарда шектеу орнатуға мүмкіндік береді. Су қоймалары мен ішуге арналған су көздері сияқты аймақтарда олар шаруашылық ережелерін бұзатын адамдарға («Бұл – ішуге арналған су көзінің қорғаныс аймағы, суда болуға тыйым салынады» сияқты) тыйым салу туралы хабарламаларды таратуы мүмкін. Балық шаруашылығы аймақтарында пайдалы балық түрлерінің қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін белгілі бір жиіліктегі дыбыс толқындары арқылы зиянды сулы организмдерді қорқытып, жойып отыруға болады.
• Мемлекеттік қызметтер мен операциялық координация сценарийлері: Су құрылысының (мысалы, көпір құрылысы мен су жолын тазарту) алаңында ұшатын құралдар басқарылатын дыбыстық құрылғылар арқылы («Құрылыс аймағының оңтүстігіне 100 метр шығып өтіңіз, ынтымақтастығыңыз үшін рахмет» сияқты) өтіп бара жатқан кемелерге құрылыс аймағының шегін және айналып өту бағытын хабарлай алады. Су іс-шаралары кезінде (мысалы, айдала қайық жарысы мен жүзудің жарыстары) олар жарыстың ережелерін және қауіпсіздік бойынша кеңестерді нақты уақыт режимінде таратуға мүмкіндік береді («Жарыс кезінде оқиғаға қатысатын кемелерден басқа кемелер жарыс трассасына кіруге тыйым салынады»), осылайша орындағы тәртіпті сақтайды.

II. Негізгі Тапсырыс берушілердің Қажеттіліктері Ұшатын Құралдар Сценарийлерінде

Ұшатын құралдарды қолдану кезінде тапсырыс берушілердің басқарылатын дыбыстық құрылғыларға қоятын талаптары «суға төзімділік, тұрақтылық және әсер етімділік» маңында шоғырланады және олар мынадай түрде көрініс табады:

• Жоғары суға төзімділік және ортаға бейімделу қажеттілігі: Пилотсыз қайықтар ұзақ уақыт бойы су бетінде жұмыс істейді, сондықтан құрылғының IP65 немесе одан жоғары деңгейде қорғалуы талап етіледі, бұл теңіз суының коррозиясына, жаңбырға батуға және толқындардың соққысына төзімді болуын білдіреді. Сонымен қатар, -20°C-тан 60°C-қа дейінгі су мен ауа температурасының өзгерістеріне бейімделуі керек, ыстықта ұзақ уақыт болу немесе суықта тоңу сияқты орталарда қателіктердің пайда болуын болдырмау үшін. Сонымен қатар, жел мен толқындарға төзімді болуы керек және 5-ші деңгейден төмен желде орташа дыбыс (мысалы, толқын дыбысы мен қозғалтқыш дыбысы) арқылы жабылмай, дыбысты тұрақты түрде тасымалдай алуы керек.
• Ұзақ қашықтықта дәл дауыстық сигнал тарату қажеттілігі: пилотсыз қайықтардың жұмыс ауқымы көбінесе 1 - 5 км су аймағын қамтиды. Сондықтан құрылғының кедергілері жоқ ашық су аймағында ең болмағанда 800 метр дыбыс тарату қашықтығы болуы тиіс. Дыбыс сигналы бұрмаланбауы және дыбыс шуылдары болмауы қажет. Күшті жел мен толқынды жағдайда да судағы адамдар ақпаратты түсінікті естуі тиіс. Нақты нысандарға (мысалы, жеке қайық немесе бір адам) бағытталған дыбыс беру мүмкіндігі қажет, бұл дыбыстың таралуы арқылы басқа аймақтарға кедергі келтіруді болдырмау үшін қажет.
• Қашықтықтан басқару және үйлестіру қажеттіліктері: Ол ұшқышсыз кеме басқару жүйесі немесе жағалаудағы командалық платформа арқылы қашықтықтан басқаруды қолдайды, оның ішінде дыбыс көлемін реттеу, жұмыс режимін ауыстыру (бағытты/өте бағытты), алдын ала жасалған дауыс қайта жүктеу және нақты уақыт үн кірісі. Орнату үшін қолмен кіру қажет емес. Сонымен қатар, ол ұшақтың GPS GPS құрылғысымен, жоғары анықтамалы камерасымен және сонар сенсорымен байланысуы керек. Сенсор нысананы (қамшыланған адамдар мен заңсыз кемелер сияқты) анықтағанда, ол автоматты түрде акустикалық құрылғыны іске қосуға мәжбүр етеді.
• Төменгі қуатты тұтыну және шыдамдылыққа бейімделу қажеттілігі: Пилотсыз қайықтардың жалғыз операциялық шыдамдылығы негізінен 8 - 24 сағат құрайды. Сондықтан құрылғының 15 Вт-тан кем қуатпен жұмыс істеу сипаттамалары болуы тиіс. Оны пилотсыз қайықтың қуат қорек жүйесіне тікелей қосуға болады, жиі зарядтауға байланысты жұмыс үзілістерін болдырмау үшін. Сонымен қатар, ол қуатты бақылау функциясына ие болуы керек. Құрылғының қуаты тым төмен болған кезде ол автоматты түрде командный платформаға ескерту жібереді, бұл кілттік ақпарат алмасуының үзілмеуін қамтамасыз етеді.

Пилотсыз қайықтарға бейімделген акустикалық құрылғылардың негізгі сипаттамалары

Пилотсыз қайық сценарийлерінің қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін акустикалық құрылғылар пилотсыз қайықтармен тиімді ынтымақтастықты қамтамасыз ету үшін мынадай мақсатты техникалық сипаттамаларға ие болуы керек:

• Жоғары қорғаныс және коррозияға қарсы дизайн: Қаңқасы алюминий қорытындысы немесе инженерлік пластик + коррозияға қарсы қаптама материалдарынан жасалған, бұл теңіз және тұщы сулардың әсеріне төтеп бере алады және ұзақ уақыт суға малыну салдарынан таттану мен жарылуға жол бермейді. Жабдық интерфейсі су өткізбейтін герметиктік құрылымға ие, деректер кабельдері мен қуат кабельдері су өткізбейтін коннекторлармен жабдықталған, осылайша ішкі тізбектің ішіне су түсуін болдырмауға болады. Сонымен қатар, құрылғының ішінде ылғалдылықты тежейтін және ауаны өткізетін клапан орнатылған, ол ішкі және сыртқы ауа қысымын тепе-теңдікке келтіреді және конденсацияланған судың пайда болуын болдырмайды.
• Жоғары дыбыс қысымы деңгейі және кедергіге қарсы шығыс: дыбыс қысымы деңгейінің шығысы 130dB - 150dB-ге жетеді, бұл дыбыс сигналы толқын дыбысы және қозғалтқыш шуы сияқты ортада кедергіге енуін қамтамасыз ету үшін адам құлағына сезімтал 200Гц - 20 Су бетінің шағылысуынан пайда болатын дыбыстың әлсіреуін азайту үшін дыбыс толқынының берілу жолын оңтайландыру үшін кәсіби акустикалық алгоритм қолданылады. Тіпті 1 метр биіктіктегі толқынмен шашыраған ортада да 800 метр қашықтықта да дауыс хабарларын анық қабылдауға болады. Сонымен қатар, әр түрлі сценарийлердің қажеттіліктеріне бейімделу үшін 10 деңгейден астам дыбыс қарқынын реттеуді қолдайды.
• Төменгі қуатты тұтыну және көп деңгейлі қуатты бейімдеу: Төменгі қуатты чип пен энергияны үнемдейтін тізбек дизайны қолданылады. Тұрған кездегі қуат тұтынуы 3 Вт-тан аспайды, ал жұмыс істеу кезіндегі қуат тұтынуы 10 - 15 Вт аралығында ұсталады. Оны қосымша резервтік қоректену көзінсіз басқарылмайтын қайықтың литий-ионды аккумуляторына немесе күн энергиясымен жабдықтау жүйесіне тікелей қосуға болады. Кейбір құрылғыларда ішкі резервтік литий-ионды аккумулятор орнатылған, ол басқарылмайтын қайықтың қоректенуі үзілген кезде құрылғының үздіксіз жұмыс істеуін 3 сағаттан астам уақыт бойы қамтамасыз етеді және авариялық жағдайларда ақпаратты беруді қамтамасыз етеді.
• Жеңіл және орнату құрылымы: құрылғының жалпы салмағы 5 килограммнан аспайды, ал көлемі 20 см×20 см×20 см-ден аспайды. Оның навигациялық тұрақтылығы мен жүк көтергіштігіне әсер етпейтіндей етіп, бекітпе арқылы пилотсыз кеменің палубасына немесе кабинаның үстіне бекітуге болады. Орнату интерфейсі стандартталған құрылымға ие, ол тез ажыратылуы мен ауыстырылуын қамтамасыз етеді және кейінгі жөндеу мен техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетеді.

IV. Басқа жабдықтармен акустикалық қашықтықтағы құрылғылардың интеграциялық шешімдері

Пилотсыз кеме жүйесінде акустикалық қашықтан басқарылатын құрылғылар әртүрлі жабдықтармен интеграциялануы керек, осылайша «сезгіштік - шешім қабылдау - орындау» бірлескен жүйесі қалыптасады. Нақты интеграциялану шешімдері мынадай:

• Қабылдау құрылғыларымен интеграция: Бұл адамсыз кеменің жоғары анықтықтағы камера, дабдылдақ сенсоры және инфрақызыл жылу бейнегеурішімен байланысты. Камера «заңсыз кеме енуі» мен «адам суда болып қалды» сияқты аномалиялық жағдайларды немесе дабдылдақ су астындағы кедергілер мен заңсыз балық аулау құралдарын анықтаған кезде автоматты түрде дыбыс шығаратын қашықтан басқарылатын құрылғы іске қосылады (мысалы, «Сіздің кемеңіз шектеулі аймаққа заңсыз енді, қатерден шығыңыз» және «Суда адам болып қалды, құтқару үшін адамсыз кеме барады»). Инфрақызыл жылу бейнегеуріші түнде немесе көру қашықтығы төмен болған ортада мақсатты нақты анықтауға көмектеседі, бұл құрылғының дыбысты дәл жеткізуін қамтамасыз етеді.
• Байланыс жабдықтарымен интеграция: Бұл адамсыз кеменің 4G/5G байланыс модуліне немесе серіктас байланыс модуліне қосылып, өте ұзақ қашықтықтан басқаруды іске асырады. Адамсыз кеме жағадан алыс, қоғамдық желі сигналдары жоқ су айдындарында (мысалы, ашық теңізде) жұмыс істеген кезде жағалаудағы қызметкерлер серіктас арналар арқылы дыбыстық құрылғыға командалар жібере алады (мысалы, жұмыс режимін ауыстыру немесе алдын-ала жазылған дыбысты жаңарту). Құрылғы өзінің жұмыс күйін (мысалы, қуаты, дыбыс деңгейі, қате туралы ақпарат) нақты уақыт режимінде жағалаудағы басқару платформасына жіберіп отырады, осылайша қашықтан бақылау мен қателерді жоюды жеңілдетеді.
• Позициялау және бағдарлау құрылғыларымен интеграция: Пилотсыз қайықтың GPS/Бэйдоу позициялау жүйесімен бірге қолданылғанда, пилотсыз қайық белгіленген сезімтал аймаққа (мысалы, ішуге арналған су көзін қорғау аймағы мен әскери шектеулі аймақ) енді, қашықтан басқарылатын дыбыс құрылғысы осы аймаққа кіретін қайықтарға ескерту хабарын таратады. Пилотсыз қайық операциялық маршруттан ауытқыған кезде (мысалы, жел және толқындар салдарынан іздеу-спасу аймағынан ауытқу), құрылғы дер кезінде жағалаудағы платформаға орнының аномалиясы туралы хабарлама жібереді және «Пилотсыз қайық маршруттан ауытқыды, болдырмауға назар аударыңыз» деген хабарды айналасындағы қайықтарға таратады.
• Ескерту жарығы құрылғысымен интеграция: Бұл адамсыз кеменің LED ескерту жарығы мен стробоскоптық шамымен байланысып, «дыбыс пен жарықтың келісімділігі» эффектін қалыптастырады. Сырттай басқарылатын дыбыстық құрылғы ескерту режимін іске қосқан кезде, ескерту шамы да синхронды түрде қосылады (мысалы, көк түсті стробоскоптық шам). Көру мен есту арқылы екі жақты тітіркендіру арқылы мақсатқа ескерту әсері күшейеді. Мысалы, түнде құтқару кезінде «дыбыс пен жарықтың келісімділігі» суда батып кеткен адамдарға адамсыз кеменің орнын тез табуға көмектесіп, құтқару тиімділігін арттырады.

V. Сырттай басқарылатын дыбыстық құрылғылар мен адамсыз кемелердің қосылуының негізгі артықшылықтары

Дәстүрлі су асты дыбыстық құрылғыларына немесе жеке жұмыс істейтін адамсыз кемелерге қарағанда, сырттай басқарылатын дыбыстық құрылғылар мен адамсыз кемелердің қосылуы көптеген жағынан белгілі бір артықшылықтарды көрсетеді:

• Операциялық ауқымды және тиімділікті кеңейту: Пилотсыз қайықтар автономды түрде жүзе алады және үлкен су аймағын қамтиды (бір операцияда 20 шаршы километрден астам ауданды қамтиды). Акустикалық қашықтан басқарылатын құрылғылармен біріктірілгенде, ақпаратты беру тиімділігі қолмен басқарылатын қайыққа қарағанда 4 - 6 есе жоғары. Мысалы, 10 шаршы километрлік су қоймасын басқару кезінде пилотсыз қайықтар мен құрылғылар судың толық аймағында жүзуға тыйым салатын хабарламаны 2 сағат ішінде таратып бере алады, ал қолмен басқарылатын қайықтың уақыты 6 - 8 сағатты құрайды.
• Операцияның қауіпсіздігін арттыру: Су тасқыны басқан аймақтар мен мұнай төгілу орындары сияқты қауіпті жағдайларда пилотсыз құралдар адамдардың орнына жоғары қауіпті аймақтарға еніп, жұмыс істеуі мүмкін. Жағалаудағы қызметкерлерге қауіпті ортаға жақындамай-ақ ақпарат алмасу мен ықшамдау шараларын жүргізуге мүмкіндік беретін дыбыстық құрылғылардың болуы адамдардың зардап шегу қаупін едәуір төмендетеді. Мысалы, тайфуннан кейінгі сулы ортада құтқару жұмыстары кезінде пилотсыз құралдар күшті жел мен толқындар бар су айдынына еніп, құтқару нұсқаулықтарын хабарлайды, бұл құтқарушылардың өздері кемемен қауіпке ұшырап, жұмыс істеу қаупін болдырмауға мүмкіндік береді.
• Дәл және экологиялық жұмыс істеуді іске асыру: Бағытталған дыбыс беру технологиясы мен ұшпа құралдардың дәл орналасу қабілеті арқылы дыбыс мақсатты аймаққа дәл жеткізіледі, ал дыбыстың таралуынан туындайтын қоршаған ортаға әсерінен экологиялық ортаның бұзылуын болдырмауға болады. Мысалы, табиғи қорықтың су аймағында шектеулі аймақтағы заңсыз балық аулау кемелеріне бағытталған ескертпелер беруге болады, ал басқа су организмдерінің мекен ету орындарына әсер етпейді. Сонымен қатар, құрылғы жыртқыштардың дыбысын имитациялау арқылы экологиялық жолмен жыландыруға мүмкіндік береді және химиялық заттарды қолданудан туындайтын су ластануын болдырмауға көмектеседі.
• Операциялық шығындарды азайту: Бір пилотсыз қайық пен басқарылатын дыбыстық құрылғы 2 - 3 су жолындағы жұмысшының жұмысын алмастыра алады. Сонымен қатар, пилотсыз қайықтың жеке операциялық шығыны (электр энергиясы, жөндеу) қолжетімді қайықпен салыстырғанда төменірек. Ұзақ мерзімді пайдалану еңбекке және уақытқа кететін шығындарды едәуір азайтады. Мысалы, порттың күнделікті қауіпсіздік патрульдеуінде бір пилотсыз қайық 5 км су жолының патрульдеу қажеттілігін қамти алады және оның шығыны қолжетімді қайықпен патрульдеуге қарағанда 50% астам азаяды.

VI. Пилотсыз қайықтардағы басқарылатын дыбыстық құрылғылардың қолданылу мысалдары

1-мысал: Су маңындағы шекараларды патрульдеудегі пилотсыз қайықтар мен басқарылатын дыбыстық құрылғылардың бірлескен қолданылуы

Суықтық шекарасын басқару департаменті әрқайсысында акустикалық құрылғы, жоғары сапалы камера, «Бэйдоу» позициялау жүйесі мен серіктаспен байланыс модулі орнатылған 8 пилотсыз патруль кемесін енгізді. Күнделікті патрульдеу кезінде пилотсыз кемелер алдын ала белгіленген маршруттар бойынша шекаралық су айдындарында жүзеді. Камера шекара сызығына жақындап келе жатқан күдікті кемені анықтаған кезде, акустикалық құрылғы автоматты түрде бағытталған режимге ауысады да, «Сіздің кемеңіз Қытай шекарасына жақындады, қайтып кетіңіз немесе әрі қарай шаралар қолданылады» деген ескерту хабарын күдікті кемеге жібереді. Егер күдікті кеме кетуге бас иелмесе, құрылғы серіктас арналары арқылы кеменің орны мен бағыты туралы ақпаратты жағалаудағы басқару орталығына жеткізеді. Басқару орталығы қашықтан құрылғының дыбыс деңгейін реттеп, ескерту қарқынын үздіксіз күшейте алады. Сонымен қатар, жағымсыз ауа райы (мысалы, қатты жаңбыр немесе қатты тұман) салдарынан қолмен патруль жасау мүмкін болмаған кезде пилотсыз кемелер әдеттегідей жұмыс істей беріп, өтіп бара жатқан кемелерге құрылғы арқылы шекараны басқару ережелерін хабарлайды, заңсыз шекара өту оқиғаларын болдырмау үшін қолданылады. Бұл жоспар енгізілгеннен кейін шекаралық су айдындарындағы заңсыз шекара өту оқиғаларының саны 75% -ға дейін азайды, ал патрульдеу шығыны қолмен басқарылатын кемелермен салыстырғанда 60% -ға төмендеді.

2-ші жағдай: Қалалық су тасқынынан құтқару бойынша авариялық шаралар қолдану үшін пилотсыз қайықтар мен қашықтан дыбыстық құрылғылардың практикалық қолданылуы

Қаланы жаңбырдан кейінгі су тасқыны басқан кезде құтқару командасы 5 авариялық құтқару пилотсыз қайықты пайдаланды. Әрбір пилотсыз қайықта дыбысты басқару құрылғысы, инфрақызыл жылулық бейнеге сәйкес келетін камералар және құтқару құралдарын тастау құрылғысы орнатылған болатын. Пилотсыз қайықтар тез арада су басқан көшелер мен аудандарға енді. Инфрақызыл жылулық бейнеге сәйкес келетін камера шатырда немесе балконда адамдардың қағимаға түскенін анықтаған кезде, дереу дыбысты басқару құрылғысы іске қосылып, «Сізді құтқару үшін, жоғары жерде қалыңыз, пилотсыз қайық сізге құтқару жилеті мен тамақ тастайды, рұқсатсыз судың ішіне кірмеңіз» деген нұсқаулықты қағимаға түскендерге жеткізді. Бір уақытта, 4G байланыс модулі арқылы қағимаға түскен адамдардың орналасу орны туралы ақпарат құтқару басқармасына жіберілді және құтқару командасын орналастыруға көмектесті. Су тереңдігі 1,5 метрден асатын қауіпті аймақта пилотсыз қайықтар қоршаған адамдарға «Бұл жердегі су ағыны тез, жақындамаңыз» деген ескертуді жариялады, бұл адамдардың қауіпті суларға кездейсоқ кіруін болдырмау үшін болатын. Осы құтқару шарасында дыбысты басқару құрылғысы мен пилотсыз қайықтың үйлесімі арқылы құтқару командасы 4 сағат ішінде 230-дан астам қағимаға түскен адамды қауіпсіз аудара алды. Ақпарат беру тиімділігі дәстүрлі мегафонмен салыстырғанда 10 есе жоғары болды және бірде-бір құтқарушы жараланбады.