Amalan Aplikasi Peranti Akustik Jarak Jauh pada Kapal Tanpa Pemandu

Dengan perkembangan pesat teknologi kapal tanpa pemandu dalam operasi maritim, rondaan keselamatan, pemantauan ekologi, dan bidang lain, ciri-ciri pelayaran autonomi dan ketahanan jangka panjangnya telah menjadi sokongan penting bagi operasi di air. Walau bagaimanapun, fungsi tradisional kapal tanpa pemandu kebanyakannya menumpukan pada pengumpulan data seperti ujian kualiti air dan pemantauan imej, dan mereka kurang mempunyai keupayaan interaksi bunyi bawah air dan penentangan yang efisien. Dengan mengandalkan kelebihan utama transmisi bunyi berarah dan rintangan terhadap gangguan persekitaran air, peranti akustik jarak jauh membentuk "platform akustik mudah alih air" bersama kapal tanpa pemandu, secara berkesan mengatasi kekurangan interaksi bunyi pada kapal tanpa pemandu serta selanjutnya memperluaskan nilai aplikasinya dalam senario air yang kompleks.

I. Senario Aplikasi Peranti Akustik Jarak Jauh yang Disesuaikan dengan Kapal Tanpa Pemandu

Gabungan peranti akustik jarak jauh dan kapal tanpa pemandu memadankan dengan tepat empat senario air teras berikut untuk menyelesaikan masalah operasi dalam pelbagai bidang:

• Senario keselamatan maritim dan rondaan sempadan: Di kawasan seperti sempadan pantai dan perairan pedalaman, kapal tanpa pemandu yang dilengkapi peranti akustik jarak jauh boleh mengeluarkan amaran berarah kepada kapal penyeludupan haram dan kapal pendalang (seperti "Kapal anda telah memasuki perairan berkuasa China, sila berhenti serta-merta untuk pemeriksaan"). Di kawasan utama seperti pelabuhan dan dermaga, mereka boleh menyiarkan notis pengurusan keselamatan secara masa nyata (seperti "Dilarang berada di dalam laluan air, sila berhati-hati dan elakkan kapal yang sedang melalui") serta menyegerakkan dinamik di lokasi ke pusat arahan darat bagi membantu anggota penguat kuasa.
• Senario penyelamatan kecemasan: Apabila terdapat orang yang terperangkap di dalam air akibat bencana seperti banjir dan taufan, kapal tanpa pemandu boleh dengan cepat tiba di kawasan air yang terjejas. Melalui peranti akustik jarak jauh, mereka boleh menyiarkan laluan penyelamatan kepada orang yang terperangkap (contohnya "Sila bergerak ke arah pelampung oren, kapal penyelamat sedang bersedia berdekatan") dan menyampaikan pengetahuan mengenai cara terapung serta mengelak risiko. Dalam operasi mencari dan menyelamat di laut, mereka boleh memberi petunjuk kedudukan kepada orang yang jatuh ke dalam air (contohnya "Jaga tenaga anda, kapal tanpa pemandu akan melepaskan peralatan penyelamat untuk anda") dan membantu pasukan penyelamat mengenal pasti kedudukan sasaran melalui isyarat bunyi. Dalam kemalangan tumpahan minyak, mereka boleh menyiarkan skop kawasan bahaya kepada kapal-kapal di sekitar (contohnya "Telah berlaku tumpahan minyak di perairan XX, sila jangan mendekati") bagi mengelakkan kemalangan susulan.
• Senario perlindungan ekologi dan pengurusan air: Di kawasan air kawasan lindung (seperti tanah lembap dan tasik), kapal tanpa pemandu yang dilengkapi peranti akustik jarak jauh boleh menyiarkan suara amaran kepada bot penangkapan ikan haram dan kapal yang membuang sisa cecair haram untuk membentuk penghalauan di atas air. Di kawasan seperti empangan dan sumber air minuman, mereka boleh menyiarkan notis larangan kepada orang yang berenang dan memancing secara melanggar peraturan (seperti "Ini adalah kawasan perlindungan sumber air minuman, dilarang masuk ke dalam air"). Di kawasan akuakultur, mereka boleh mengusir organisma akuatik berbahaya melalui gelombang bunyi frekuensi tertentu bagi melindungi keselamatan spesies akuakultur.
• Senario perkhidmatan awam dan koordinasi operasi: Di tapak pembinaan air (seperti pembinaan jambatan dan pengorekan laluan air), kapal tanpa pemandu boleh menyiarkan skop kawasan pembinaan dan laluan alternatif kepada kapal yang sedang melalui menggunakan peranti akustik jarak jauh (contohnya "Sila gunakan laluan alternatif 100 meter ke utara kawasan pembinaan, terima kasih atas kerjasama anda"). Semasa acara di air (seperti perlumbaan sampan naga dan perlumbaan layar), mereka boleh menyiarkan peraturan pertandingan dan petua keselamatan secara masa nyata (contohnya "Kapal bukan peserta dilarang memasuki trek perlumbaan semasa pertandingan") untuk mengekalkan ketertiban di lokasi.

II. Kebutuhan Pelanggan Utama dalam Senario Kapal Tanpa Pemandu

Dalam aplikasi kapal tanpa pemandu, keperluan pelanggan terhadap peranti akustik jarak jauh berputar di sekitar "rintangan air, kestabilan, dan kecekapan", yang secara khusus dipamerkan seperti berikut:

• Keperluan rintangan air dan kebolehsesuaian persekitaran yang kuat: Kapal tanpa pemandu beroperasi di atas air untuk jangka masa yang lama, maka peranti tersebut perlu mempunyai tahap perlindungan IP65 atau ke atas, yang mampu menahan kakisan air laut, rendaman hujan, dan hentaman ombak. Pada masa yang sama, ia perlu sesuai dengan perubahan suhu air dan suhu udara dalam julat -20°C hingga 60°C untuk mengelakkan kerosakan dalam persekitaran seperti pendedahan suhu tinggi dan pembekuan suhu rendah. Selain itu, ia perlu mempunyai keupayaan rintangan angin dan ombak serta boleh menghantar bunyi secara stabil di bawah kelajuan angin tahap 5 tanpa ditutupi oleh hingar persekitaran (seperti bunyi ombak dan bunyi enjin).
• Keperluan transmisi bunyi jarak jauh yang jelas: Kawasan operasi kapal tanpa pemandu kebanyakannya merangkumi kawasan air sejauh 1 hingga 5 kilometer. Oleh itu, peranti dikehendaki mempunyai jarak transmisi bunyi yang berkesan sekurang-kurangnya 800 meter di kawasan air terbuka tanpa halangan. Isyarat suara tidak boleh mengalami ubah bentuk atau bising. Malah dalam persekitaran berangin dan bergelora, personel di atas air harus dapat menerima maklumat dengan jelas. Bagi sasaran tertentu (seperti sebuah kapal tunggal atau seorang mangsa terperangkap), peranti perlu memiliki keupayaan transmisi bunyi berarah bagi mengelakkan penyebaran bunyi yang boleh mengganggu kawasan yang tidak berkaitan.
• Perlukan kawalan jauh dan koordinasi: Ia menyokong operasi jauh melalui sistem kawalan kapal tanpa pemandu atau platform arahan berasaskan pantai, termasuk penyesuaian kelantangan, menukar mod kerja (arah / omnidirectional), main semula suara yang telah dibuat, dan input suara masa nyata. Tiada pemasangan manual diperlukan untuk menetapkan. Pada masa yang sama, ia perlu disambungkan dengan GPS kapal tanpa pemandu, kamera definisi tinggi, dan sensor sonar. Apabila sensor mengesan sasaran (seperti orang yang terperangkap dan kapal haram), ia secara automatik mencetuskan peranti akustik untuk berfungsi.
• Kebutuhan penggunaan kuasa rendah dan penyesuaian ketahanan: Ketahanan operasi tunggal kapal tanpa pemandu kebanyakannya adalah 8 hingga 24 jam. Oleh itu, peranti ini perlu mempunyai ciri penggunaan kuasa rendah, dengan penggunaan kuasa semasa beroperasi kurang daripada 15W. Ia boleh disambungkan secara langsung ke sistem bekalan kuasa kapal tanpa pemandu untuk mengelakkan gangguan operasi akibat pengecasan kerap. Pada masa yang sama, ia harus memiliki fungsi pemantauan kuasa. Apabila kuasa peranti terlalu rendah, ia secara automatik menghantar notifikasi kepada platform kawalan bagi memastikan penghantaran maklumat utama tidak terganggu.

III. Ciri Utama Peranti Akustik Jarak Jauh yang Disesuaikan untuk Kapal Tanpa Pemandu

Untuk memenuhi keperluan senario kapal tanpa pemandu, peranti akustik jarak jauh perlu memiliki ciri teknikal tertentu berikut bagi memastikan kerjasama yang efisien dengan kapal tanpa pemandu:

• Reka bentuk perlindungan tinggi dan anti-kakisan: Perumah diperbuat daripada aloi aluminium atau plastik kejuruteraan + bahan salutan anti-kakisan, yang mampu menahan kakisan air laut dan air tawar serta mengelakkan karat dan retak akibat perendaman jangka panjang. Antara muka peralatan menggunakan struktur penyegelan kalis air, manakala kabel data dan kabel kuasa dilengkapi penyambung kalis air untuk menghalang air daripada meresap ke dalam litar dalaman. Pada masa yang sama, injap kalis lembap dan boleh bernafas dipasang di dalam peranti untuk menyeimbangkan tekanan udara antara dalam dan luar serta mengelakkan pembentukan air kondensasi.
• Aras tekanan bunyi tinggi dan output anti-gangguan: Output aras tekanan bunyi boleh mencapai 130dB - 150dB, merangkumi jalur frekuensi sensitif telinga manusia iaitu 200Hz - 20000Hz untuk memastikan isyarat bunyi masih mampu menembusi gangguan dalam persekitaran seperti bunyi ombak dan hingar enjin. Algoritma akustik profesional digunakan untuk mengoptimumkan laluan penghantaran gelombang bunyi bagi mengurangkan pelemahan bunyi yang disebabkan oleh pantulan permukaan air. Walaupun dalam persekitaran dengan ombak setinggi 1 meter, maklumat suara masih boleh diterima dengan jelas pada jarak 800 meter. Pada masa yang sama, ia menyokong penyesuaian keamatan bunyi lebih daripada 10 tahap untuk menyesuaikan keperluan pelbagai situasi.
• Penggunaan kuasa rendah dan penyesuaian berbilang kuasa: Menggunakan cip kuasa rendah dan rekabentuk litar penjimatan tenaga. Penggunaan kuasa siap sedia kurang daripada 3W, dan penggunaan kuasa semasa operasi dikawal pada 10–15W. Ia boleh disambungkan secara langsung ke sistem bekalan kuasa bateri litium atau kuasa suria kapal tanpa pemandu tanpa memerlukan bekalan kuasa simpanan tambahan. Sesetengah peranti dilengkapi bateri litium simpanan dalaman, yang mampu mengekalkan operasi berterusan peranti selama lebih daripada 3 jam apabila bekalan kuasa kapal tanpa pemandu terputus, memastikan penghantaran maklumat dalam situasi kecemasan.
• Reka bentuk pemasangan yang ringan dan mudah: Jisim keseluruhan peranti dikawal dalam lingkungan 5 kilogram, dengan isi padu tidak melebihi 20cm×20cm×20cm. Ia boleh dipasang pada dek atau bahagian atas kabin kapal tanpa pemandu melalui pendakap tanpa menjejaskan kestabilan pelayaran dan kapasiti membawa muatan kapal tersebut. Antara muka pemasangan menggunakan reka bentuk piawaian, menyokong pembongkaran dan penggantian pantas bagi memudahkan penyelenggaraan dan pembaikan pada masa hadapan.

IV. Penyelesaian Integrasi Peranti Akustik Jarak Jauh dengan Peralatan Lain

Dalam sistem kapal tanpa pemandu, peranti akustik jarak jauh perlu diintegrasikan dengan pelbagai peralatan untuk membentuk sistem kolaboratif "persepsi - keputusan - pelaksanaan". Penyelesaian integrasi khusus adalah seperti berikut:

• Integrasi dengan peralatan persepsi: Ia dihubungkan dengan kamera definisi tinggi, sensor sonar, dan pengimbas termal inframerah kapal tanpa pemandu. Apabila kamera mengenal pasti situasi tidak normal seperti "pencerobohan kapal haram" dan "seseorang jatuh ke dalam air", atau sonar mengesan halangan bawah air dan peralatan penangkapan ikan haram, ia secara automatik akan mencetuskan peranti akustik jauh untuk memainkan suara yang sepadan (seperti "Kapal anda telah menceroboh kawasan larangan pelayaran secara haram, sila beredar serta-merta" dan "Seseorang jatuh ke dalam air telah dikesan, kapal tanpa pemandu akan pergi menyelamat"). Pengimbas termal inframerah boleh membantu mengunci sasaran dalam persekitaran malam atau penglihatan rendah bagi memastikan peranti tersebut menghantar bunyi dengan tepat.
• Integrasi dengan peralatan komunikasi: Ia disambungkan ke modul komunikasi 4G/5G kapal tanpa pemandu atau modul komunikasi satelit untuk merealisasikan kawalan jarak jauh. Apabila kapal tanpa pemandu beroperasi di perairan yang jauh dari pantai dan tanpa isyarat rangkaian awam (seperti laut terbuka), kakitangan berasaskan darat boleh menghantar arahan (seperti menukar mod kerja dan mengemaskini suara pra-dibuat) kepada peranti akustik melalui pautan satelit. Peranti tersebut boleh menghantar status operasi (seperti kuasa, volum, dan maklumat kegagalan) kembali ke platform arahan berasaskan darat secara masa nyata untuk memudahkan pemantauan jauh dan penyelesaian masalah kegagalan.
• Integrasi dengan peralatan penentuan kedudukan dan navigasi: Digabungkan dengan sistem penentuan kedudukan GPS/Beidou kapal tanpa pemandu, apabila kapal tanpa pemandu memasuki kawasan sensitif praset (seperti kawasan perlindungan sumber air minum dan kawasan larangan pelayaran tentera), peranti akustik jarak jauh akan menyiarkan amaran suara kepada kapal-kapal yang memasuki kawasan ini. Apabila kapal tanpa pemandu menyimpang dari laluan operasi (seperti menyimpang dari kawasan mencari dan menyelamat akibat angin dan ombak), peranti tersebut serta-merta menghantar amaran ketidaknormalan kedudukan ke platform berasaskan darat dan memainkan petunjuk "Kapal tanpa pemandu telah menyimpang dari laluan, sila berhati-hati untuk mengelakkan perlanggaran" kepada kapal-kapal di sekitarnya.
• Integrasi dengan peralatan lampu amaran: Ia dikaitkan dengan lampu amaran LED dan lampu strobo kapal tanpa pemandu untuk membentuk kesan "koordinasi bunyi dan cahaya". Apabila peranti akustik jauh memulakan mod amaran, lampu amaran dihidupkan secara serentak (seperti lampu strobo biru). Melalui rangsangan dwi deria penglihatan dan pendengaran, kesan amaran terhadap sasaran dipertingkatkan. Sebagai contoh, dalam operasi penyelamatan malam, "koordinasi bunyi dan cahaya" boleh membantu mangsa yang jatuh ke air mengenal pasti kedudukan kapal tanpa pemandu dengan lebih cepat dan meningkatkan kecekapan penyelamatan.

V. Kelebihan Utama Gabungan Peranti Akustik Jarak Jauh dan Kapal Tanpa Pemandu

Berbanding peranti akustik air tradisional atau kapal tanpa pemandu yang beroperasi secara berasingan, gabungan peranti akustik jarak jauh dan kapal tanpa pemandu dapat memberikan kelebihan yang ketara dari pelbagai aspek:

• Kembangkan julat operasi dan kecekapan: Kapal tanpa pemandu boleh melayari dan meliputi kawasan air yang luas secara autonomi (satu operasi boleh merangkumi lebih daripada 20 kilometer persegi). Digabungkan dengan peranti akustik jauh, kecekapan pemindahan maklumat adalah 4 hingga 6 kali ganda lebih tinggi berbanding siaran kapal yang dipandu secara manual. Sebagai contoh, dalam pengurusan empangan seluas 10 kilometer persegi, kapal tanpa pemandu yang digabungkan dengan peranti boleh menyiarkan notis larangan berenang di seluruh kawasan air dalam masa 2 jam, manakala kapal yang dipandu secara manual mengambil masa 6 hingga 8 jam.
• Meningkatkan keselamatan operasi: Dalam situasi berbahaya (seperti kawasan banjir dan air tumpahan minyak), kapal tanpa pemandu boleh menggantikan kakitangan untuk memasuki kawasan berisiko tinggi bagi menjalankan operasi. Peranti akustik jarak jauh membolehkan kakitangan di darat menyelesaikan penghantaran maklumat dan memberi amaran tanpa perlu mendekati persekitaran berbahaya, dengan ketara mengurangkan risiko kecederaan atau kematian kakitangan. Sebagai contoh, dalam operasi penyelamatan di air selepas taufan, kapal tanpa pemandu membawa peranti memasuki kawasan air yang bergelora untuk menyiar arahan penyelamatan, mengelakkan risiko kakitangan penyelamat mengambil risiko dengan meneruskan kapal mereka.
• Mewujudkan operasi yang tepat dan mesra alam: Melalui teknologi pemancaran bunyi berarah dan keupayaan penentuan kedudukan yang tepat pada kapal tanpa pemandu, bunyi boleh dipancarkan secara tepat ke kawasan sasaran, mengelakkan gangguan persekitaran akibat penyebaran bunyi kepada ekosistem sekeliling. Sebagai contoh, di kawasan perairan kawasan lindung, amaran boleh disiarkan secara berarah kepada kapal yang menangkap ikan haram tanpa memberi kesan kepada habitat organisma akuatik sekitar. Pada masa yang sama, peranti ini boleh mensimulasikan bunyi musuh semula jadi untuk mencapai penolakan secara ekologi, mengelakkan pencemaran air yang disebabkan oleh penggunaan bahan kimia.
• Mengurangkan kos operasi: Satu kapal tanpa pemandu yang digabungkan dengan peranti akustik jarak jauh boleh menggantikan beban kerja 2 hingga 3 kakitangan operasi air. Selain itu, kos operasi tunggal (yuran elektrik, yuran penyelenggaraan) kapal tanpa pemandu adalah lebih rendah berbanding kos pemanduan kapal secara manual. Operasi jangka panjang boleh mengurangkan pelaburan dari segi tenaga kerja dan masa secara ketara. Sebagai contoh, dalam rondaan keselamatan harian di pelabuhan, satu kapal tanpa pemandu mampu meliputi keperluan rondaan bagi laluan air sepanjang 5 kilometer, dengan kos dikurangkan lebih daripada 50% berbanding rondaan menggunakan kapal bermana.

VI. Kes Penggunaan Peranti Akustik Jarak Jauh pada Kapal Tanpa Pemandu

Kes 1: Aplikasi Kolaboratif Rondaan Kapal Tanpa Pemandu Sempadan Pantai dan Peranti Akustik Jarak Jauh

Sebuah jabatan pengurusan sempadan pesisir pantai memperkenalkan 8 kapal patroli tanpa pemandu, masing-masing dilengkapi dengan peranti akustik jarak jauh, kamera definisi tinggi, sistem penentuan kedudukan Beidou, dan modul komunikasi satelit. Semasa rondaan harian, kapal tanpa pemandu ini berlayar di perairan sempadan mengikut laluan yang telah ditetapkan. Apabila kamera mengenal pasti kapal mencurigakan yang mendekati garis sempadan, peranti akustik jarak jauh secara automatik beralih ke mod berarah dan memainkan amaran bunyi "Kapal anda telah menghampiri garis sempadan China, sila berpatah balik dan meninggalkan kawasan ini serta-merta, jika tidak tindakan lanjut akan diambil" kepada kapal mencurigakan tersebut. Jika kapal mencurigakan itu enggan meninggalkan kawasan tersebut, peranti ini akan menyegerakkan maklumat kedudukan dan haluan kapal tersebut ke pusat kawalan berasaskan darat melalui pautan satelit. Pusat kawalan boleh menyesuaikan volum peranti dari jarak jauh untuk terus meningkatkan keamatan amaran. Selain itu, apabila rondaan manual tidak dapat dijalankan disebabkan cuaca buruk (seperti hujan lebat dan kabus tebal), kapal tanpa pemandu ini masih boleh beroperasi secara normal dan menyiarkan peraturan pengurusan sempadan kepada kapal-kapal yang lalu melalui peranti tersebut bagi mencegah insiden menceroboh sempadan secara haram. Selepas pelaksanaan skim ini, bilangan insiden menceroboh sempadan haram di perairan sempadan berkurang sebanyak 75%, dan kos patroli berkurang sebanyak 60% berbanding menggunakan kapal berpemandu manual.

Kes 2: Aplikasi Praktikal Kapal Tanpa Awak untuk Penyelamatan Kecekapan Air Bandar dan Peranti Akustik Jarak Jauh

Apabila sebuah bandar mengalami bencana banjir kilat akibat hujan lebat, pasukan penyelamat telah menggunakan 5 kapal tidak berawak untuk operasi kecemasan. Setiap kapal tidak berawak dilengkapi dengan peranti akustik jarak jauh, pengimej terma inframerah, dan peranti pelepasan peralatan penyelamat nyawa. Kapal-kapal tersebut segera memasuki jalan-jalan dan kawasan air komuniti yang dinaiki air. Apabila pengimej terma inframerah mengesan mangsa terperangkap di atas bumbung dan balkoni, peranti akustik jarak jauh serta merta diaktifkan dan memainkan arahan "Sila kekal di tempat tinggi untuk diselamatkan, kapal tidak berawak ini akan menjatuhkan jaket keselamatan dan makanan untuk anda, sila jangan masuk ke dalam air tanpa kebenaran" kepada mangsa terperangkap. Pada masa yang sama, peranti tersebut menghantar maklumat lokasi mangsa terperangkap kembali ke pusat pemerintahan penyelamat melalui modul komunikasi 4G untuk membantu mengatur pasukan penyelamat. Di kawasan bahaya di mana kedalaman air melebihi 1.5 meter, kapal-kapal tidak berawak menyiaran amaran "Arus air di sini deras, sila jangan mendekati" kepada orang-orang di sekitar melalui peranti tersebut bagi mengelakkan mereka daripada secara tidak sengaja memasuki kawasan air berbahaya. Dalam operasi penyelamatan ini, gabungan peranti akustik jarak jauh dan kapal tidak berawak membantu pasukan penyelamat memindahkan lebih daripada 230 mangsa terperangkap dalam masa 4 jam. Kecekapan penghantaran maklumat adalah 10 kali ganda lebih tinggi berbanding pembesar suara tradisional, dan tiada anggota penyelamat cedera.