Toepassingspraktijk van Afstandseffectieve Akoestische Apparaten op Onbemande Schepen

Met de snelle ontwikkeling van onbemande schipstechnologie in maritieme operaties, beveiligingspatrouilles, ecologische monitoring en andere gebieden zijn de kenmerken van autonoom varen en lange duurzaamheid belangrijke ondersteuningen geworden voor wateroperaties. De traditionele functies van onbemande schepen richten zich echter meestal op gegevensverzameling zoals kwaliteitstesten van water en beeldmonitoring, en beschikken niet over efficiënte interactie- en afschrikmogelijkheden via geluid onder water. Door gebruik te maken van de kernvoordelen van gerichte geluidstransmissie en weerstand tegen interferentie van het watermilieu, vormen afstandsgeluidsapparaten samen met onbemande schepen een "mobiel akoestisch platform op water", waarmee effectief het tekort aan geluidsinteractie bij onbemande schepen wordt aangevuld en hun toepassingswaarde in complexe waterscenario's verder wordt uitgebreid.

I. Toepassingsscenario's van afstandsgeluidsapparaten afgestemd op onbemande schepen

De combinatie van afstandsbediende akoestische apparaten en onbemande schepen past nauwkeurig aan bij de volgende vier kernwaterscenario's om operationele knelpunten op verschillende gebieden op te lossen:

• Maritieme veiligheid en grenspatrouille scenario's: In gebieden zoals kustgebonden grenzen en binnenwateren kunnen onbemande schepen uitgerust met afstandsbediende akoestische apparaten gerichte waarschuwingen uitzenden naar illegale smokkelschepen en stowaway-schepen (bijvoorbeeld "Uw schip heeft de jurisdictie van China betreden, gelieve onmiddellijk stil te houden voor inspectie"). In belangrijke gebieden zoals havens en dokken kunnen zij in real-time veiligheidsinstructies uitzenden (bijvoorbeeld "Verblijf in de vaarweg is verboden, let op het ontwijken van passerende schepen") en de situatie ter plaatse synchroniseren met het grondcommandocentrum om handhavingsmedewerkers te ondersteunen.
• Noodreddingssituaties: Wanneer mensen vast komen te zitten in het water door rampen zoals overstromingen en tyfoons, kunnen onbemande schepen snel de getroffen wateren bereiken. Via afstandsbestuurde akoestische apparaten kunnen zij reddingsroutes uitzenden naar de vastzittende personen (bijvoorbeeld "Gelieve in de richting van het oranje reddingsvlot te bewegen, het reddingsschip staat in de buurt paraat") en kennis delen over drijven en risicovermijding. Bij maritieme zoek- en reddingsoperaties kunnen zij positioneringsaanwijzingen geven aan mensen die in het water zijn gevallen (bijvoorbeeld "Bewaar uw krachten, het onbemande schip zal reddingsapparatuur voor u neerzetten") en het reddingsteam ondersteunen bij het lokaliseren van de doelpositie via geluidssignalen. Bij olieverontreinigingen kunnen zij het gebied van de gevaarlijke zone uitzenden naar omliggende schepen (bijvoorbeeld "Er is een olievlek in de XX-wateren, gelieve niet te naderen") om secundaire ongevallen te voorkomen.
• Ecologische bescherming en waterbeheerscenario's: In watergebieden van natuurgebieden (zoals moerassen en meren) kunnen onbemande schepen die zijn uitgerust met afstandsbestuurde akoestische apparaten waarschuwingsgeluiden uitzenden naar illegale visserijboten en schepen die illegaal afvalwater lozen, om zo een afschrikkende werking op het water te hebben. In gebieden zoals reservoirs en drinkwaterbronnen kunnen zij verbodsmededelingen uitzenden aan mensen die in overtreding zwemmen of vissen (bijvoorbeeld: "Dit is een beschermde drinkwaterbron; het betreden van het water is verboden"). In aquacultuurgebieden kunnen zij schadelijke waterorganismen verjagen door middel van geluidsgolven met een specifieke frequentie, teneinde de veiligheid van kweekdieren te waarborgen.
• Overheidsdiensten en coördinatiescenario's voor bediening: Op locaties van waterbouwprojecten (zoals bruggenbouw en baggerwerkzaamheden op vaarwegen) kunnen onbemande schepen met behulp van afstandsbestuurde akoestische apparaten het bereik van het bouwterrein en de omleidingsroute uitzenden naar voorbijvarende schepen (bijvoorbeeld: "Gelieve 100 meter ten noorden van het bouwterrein te omleiden, dank voor uw medewerking"). Tijdens evenementen op het water (zoals drakenbootraces en zeilwedstrijden) kunnen zij in real-time de wedstrijdregels en veiligheidstips uitzenden (bijvoorbeeld: "Schepen die niet aan het evenement deelnemen mogen tijdens de wedstrijd niet de racebaan betreden"), om de orde ter plaatse te handhaven.

II. Kernbehoeften van klanten in Onbemande-schipscenario's

Bij het gebruik van onbemande schepen draaien de behoeften van klanten met betrekking tot afstandsbestuurde akoestische apparaten om "waterdichtheid, stabiliteit en efficiëntie", wat zich concreet manifesteert als volgt:

• Sterke waterbestendigheid en milieuaanpassingsvermogen vereist: Onbemande schepen opereren langdurig op het water, dus het apparaat moet een beschermingsniveau van IP65 of hoger hebben, zodat het bestand is tegen corrosie door zeewater, onderdompeling in regenwater en de impact van golven. Tegelijkertijd moet het zich kunnen aanpassen aan veranderingen in watertemperatuur en luchttemperatuur in het bereik van -20°C tot 60°C, om storingen te voorkomen in omgevingen met hoge temperaturen of bevriezing bij lage temperaturen. Daarnaast moet het wind- en golfbestendig zijn en geluid stabiel kunnen overbrengen bij windkracht onder de 5, zonder dat het wordt overstemd door omgevingslawaai (zoals golvengeluid en motorgeluid).
• Behoefte aan heldere geluidsoverdracht op lange afstand: De operationele reikwijdte van onbemande schepen ligt meestal tussen de 1 en 5 kilometer wateroppervlak. Daarom wordt er van het apparaat verlangd dat het een effectieve geluidsoverdrachtsafstand heeft van ten minste 800 meter op een open, onbelemmerde watervlakte. Het spraaksignaal mag geen vervorming of ruis vertonen. Zelfs in een winderige en woelige omgeving moeten personen op het water de informatie duidelijk kunnen ontvangen. Voor specifieke doelen (zoals één enkel schip of één enkele persoon in nood) is het vereist dat het apparaat in staat is tot gerichte geluidsoverdracht, teneinde geluidsdissipatie te voorkomen die ongerelateerde gebieden zou kunnen verstoren.
• Vereisten voor afstandsbediening en coördinatie: Het ondersteunt bediening op afstand via het onbemande schipbesturingssysteem of het landgebaseerde commandoplatform, inclusief volumeregeling, schakelen tussen werkmodi (richtingsgevoelig/omnidirectioneel), afspelen van vooraf gemaakte spraak en real-time spraakinvoer. Er is geen handmatige bemanning nodig voor de instelling. Tegelijkertijd moet het worden gekoppeld aan de GPS-positionering, de camera met hoge resolutie en de sonarsensor van het onbemande schip. Wanneer de sensor een doel detecteert (zoals vermist personen of illegale schepen), activeert het systeem automatisch het akoestische apparaat.
• Laag stroomverbruik en aanpassing aan duurzaamheidseisen: De duur van een enkele operatie van onbemande schepen bedraagt meestal 8 tot 24 uur. Daarom moet het apparaat eigenschappen hebben van laag stroomverbruik, met een werkend verbruik van minder dan 15 W. Het moet direct kunnen worden aangesloten op het voedingssysteem van het onbemande schip, om te voorkomen dat de werking wordt beïnvloed door frequente oplaadbeurten. Tegelijkertijd moet het beschikken over een functie voor stroomverbruiksmonitoring. Wanneer de batterij bijna leeg is, stuurt het apparaat automatisch een waarschuwing naar het commandoplatform, zodat de overdracht van essentiële informatie niet wordt onderbroken.

III. Kernkenmerken van afstandseffectieve akoestische apparaten aangepast aan onbemande schepen

Om te voldoen aan de eisen van scenario's met onbemande schepen, moeten afstandseffectieve akoestische apparaten de volgende gerichte technische kenmerken bezitten om efficiënte samenwerking met onbemande schepen te garanderen:

• Hoge bescherming en anti-corrosie ontwerp: De behuizing is gemaakt van aluminiumlegering of technische kunststof + anti-corrosie coatingmateriaal, wat bestand is tegen corrosie door zeewater en zoet water en voorkomt roesten en barsten door langdurige onderdompeling. De apparatuurinterface heeft een waterdichte afdichtingsstructuur, en de gegevenskabels en stroomkabels zijn uitgerust met waterdichte connectoren om te voorkomen dat water in de interne circuit komt. Tegelijkertijd is er binnenin het apparaat een vochtwerende en ademende klep aangebracht om de luchtdruk binnen en buiten in evenwicht te houden en het ontstaan van condenswater te voorkomen.
• Hoge geluidsdrukniveau en anti-interferentie uitvoer: Het geluidsdrukniveau kan 130 dB - 150 dB bereiken, waardoor het gevoelige frequentiebereik van het menselijk oor van 200 Hz - 20000 Hz wordt gedekt, zodat het geluidssignaal nog steeds door interferentie heen kan dringen in omgevingen met golfgeluid en motorgeluid. Er wordt gebruikgemaakt van een professioneel akoestisch algoritme om het geluidsgolftransmissiepad te optimaliseren en de verzwakking van geluid door reflectie op het wateroppervlak te verminderen. Zelfs in een omgeving met 1 meter hoge golven kan de spraakinformatie nog duidelijk worden ontvangen op 800 meter afstand. Tegelijkertijd ondersteunt het meer dan 10 niveaus aan geluidsintensiteitsaanpassing om zich aan te passen aan de behoeften van verschillende scenario's.
• Laag stroomverbruik en meervoudige stroomaanpassing: Er wordt gebruikgemaakt van een laagvermogenchip en een energiebesparend circuitontwerp. Het stand-by-verbruik is minder dan 3 W en het werkverbruik wordt geregeld op 10 - 15 W. Het kan rechtstreeks worden aangesloten op het lithiumbatterij- of zonnepaneelsysteem van het onbemande schip, zonder extra back-upvoeding. Sommige apparaten hebben een ingebouwde reserve-lithiumbatterij, die de continue werking van het apparaat meer dan 3 uur kan onderhouden wanneer de stroomtoevoer van het onbemande schip uitvalt, waardoor de informatieoverdracht in noodsituaties gewaarborgd blijft.
• Lichtgewicht en eenvoudig ontwerp voor installatie: Het totale gewicht van het apparaat wordt beheerd binnen 5 kilogram, en het volume is niet meer dan 20 cm × 20 cm × 20 cm. Het kan worden bevestigd op het dek of bovenop de cabine van het onbemande schip via een beugel, zonder de navigatiestabiliteit en laadvermogen van het onbemande schip te beïnvloeden. De installatieinterface heeft een genormaliseerd ontwerp en ondersteunt snel demonteren en vervangen, wat het latere onderhoud en revisie vergemakkelijkt.

IV. Integratie-oplossingen van afstandseffectieve akoestische apparaten met andere apparatuur

In het systeem van het onbemande schip moeten afstandseffectieve akoestische apparaten worden geïntegreerd met diverse apparatuur om een 'waarneming - besluitvorming - uitvoering' samenwerkend systeem te vormen. De specifieke integratie-oplossingen zijn als volgt:

• Integratie met waarnemingsapparatuur: Het is gekoppeld aan de hoogwaardige camera, sonar-sensor en infraroodwarmtebeeldcamera van het bemande schip. Wanneer de camera abnormale situaties detecteert zoals "illegale scheepsinbraak" en "persoon in het water gevallen", of wanneer de sonar onderwaterobstakels en illegale visgerei detecteert, activeert het systeem automatisch het afstandseffectieve akoestische apparaat om de bijbehorende spraakboodschap af te spelen (zoals "Uw schip is illegaal de verboden vaargebied binnengevaren, gelieve onmiddellijk te vertrekken" en "Er is een persoon in het water gevallen, het bemande schip komt helpen"). De infraroodwarmtebeeldcamera kan helpen bij het vaststellen van het doelwit in nachtelijke omstandigheden of bij slecht zicht, zodat het apparaat nauwkeurig geluid kan uitzenden.
• Integratie met communicatieapparatuur: Het is verbonden met de 4G/5G-communicatiemodule of satellietcommunicatiemodule van het onbemande schip om ultralange afstandbesturing te realiseren. Wanneer het onbemande schip op zeegebieden ver van de kust en zonder openbaar netwerksignaal (zoals op volle zee) opereert, kunnen personeelsleden aan land commando's (zoals het wisselen van de werkmodus en het bijwerken van vooraf gemaakte geluiden) naar het akoestische apparaat verzenden via de satellietschakel. Het apparaat kan de werkelijke bedrijfsstatus (zoals batterijniveau, volume en foutinformatie) in real-time terugsturen naar het landgebaseerde commandoplatform, wat extern toezicht en foutdiagnose vergemakkelijkt.
• Integratie met positionerings- en navigatieapparatuur: In combinatie met het GPS/Beidou-positioneringssysteem van het onbemande schip, zendt het afstandsbediende akoestische apparaat een waarschuwingsbericht uit wanneer het onbemande schip een vooraf ingesteld gevoelig gebied binnenvaart (zoals een beschermingsgebied van een drinkwaterbron of een militair vaarverboden gebied). Wanneer het onbemande schip afwijkt van de operationele route (bijvoorbeeld door af te dwalen van het zoek- en reddingsgebied als gevolg van wind en golven), verzendt het apparaat onmiddellijk een positie-anomaliealarm naar het landgebaseerde platform en speelt het de melding af: "Het onbemande schip wijkt af van de route, gelieve erop te letten om te ontwijken" naar de omliggende schepen.
• Integratie met waarschuwingslichtapparatuur: het is gekoppeld aan het LED-waarschuwingslicht en strobo-licht van het onbemande schip om een "geluids- en lichtcoördinatie" -effect te vormen. Wanneer de afstandsbediening voor geluidsonderzoek de waarschuwingsmodus opstart, wordt het waarschuwingslicht synchroon ingeschakeld (zoals een blauw strobo). Door de dubbele stimulatie van het gezichts- en gehoorvermogen wordt het waarschuwings-effect op het doel vergroot. Bij nachtreddingen bijvoorbeeld kan "geluids- en lichtcoördinatie" mensen die in het water vallen helpen de positie van het onbemande schip snel te vinden en de reddingsdoeltreffendheid te verbeteren.

V. Belangrijkste voordelen van de combinatie van akoestische apparaten op afstand en onbemande schepen

In vergelijking met traditionele waterakoestische apparaten of alleenwerkende onbemande schepen kan de combinatie van afstandskoestische apparaten en onbemande schepen aanzienlijke voordelen opleveren op vele vlakken:

• Vergroot het operationele bereik en de efficiëntie: Onbemande schepen kunnen autonoom navigeren en een groot watergebied afdekken (één operatie kan meer dan 20 vierkante kilometer omvatten). In combinatie met afstandseffectieve akoestische apparaten is de informatieoverdrachtsnelheid 4 tot 6 keer hoger dan bij handmatig bestuurde scheepsomroep. Bijvoorbeeld bij het beheer van een reservoir van 10 vierkante kilometer kunnen onbemande schepen in combinatie met apparatuur de mededeling over het verbod op zwemmen binnen 2 uur over het gehele wateroppervlak uitzenden, terwijl handmatige schepen daar 6 tot 8 uur voor nodig hebben.
• Verbeterde bedrijfsveiligheid: In gevaarlijke situaties (zoals overstromingsgebieden en water met olievlekken) kunnen bemande schepen worden vervangen door bemanningsloze schepen die risicovolle gebieden in kunnen om operaties uit te voeren. Afstandsbestuurde akoestische apparaten stellen personeel aan land in staat om informatieoverdracht en afschrikmiddelen toe te passen zonder de gevaarlijke omgeving te hoeven naderen, waardoor het risico op lichamelijk letsel sterk wordt verlaagd. Bijvoorbeeld bij waterredding na een tyfoon varen bemanningsloze schepen uitgerust met apparatuur de zone met sterke wind en hoge golven in om reddingsinstructies uit te zenden, waardoor het risico dat reddingspersoneel zichzelf in gevaar brengt door met schepen te varen, wordt vermeden.
• Realiseer nauwkeurige en ecologische werking: Door de gerichte geluidstransmissietechnologie en de precisiepositionering van onbemande schepen kan geluid nauwkeurig worden overgebracht naar het doelgebied, waardoor milieu-impact door geluidverspreiding naar de omliggende ecologische omgeving wordt vermeden. Bijvoorbeeld in een natuurgebied kunnen waarschuwingen gericht worden uitgezonden naar illegale visserijvaartuigen zonder de leefomgeving van rondzwemmende waterorganismen te beïnvloeden. Tegelijkertijd kan het apparaat het geluid van natuurlijke vijanden nabootsen om ecologisch verdringen te bewerkstelligen, en zo waterverontreiniging voorkomen die zou ontstaan door het gebruik van chemische middelen.
• Verminder operationele kosten: Één onbemand schip in combinatie met een afstandsbestuurbaar akoestisch apparaat kan het werk van 2 tot 3 bemanningsleden op het water overnemen. Bovendien zijn de enkelvoudige operationele kosten (stroomkosten, onderhoudskosten) van het onbemande schip lager dan die van een handmatig bestuurd schip. Op lange termijn kan dit aanzienlijk de investeringen in arbeid en tijd verlagen. Bijvoorbeeld bij dagelijkse beveiligingspatrouilles in de haven: één onbemand schip kan de patrouillebehoeften van een 5 kilometer lang vaarwater dekken, wat leidt tot een kostenverlaging van meer dan 50% in vergelijking met patrouilles met bemande schepen.

VI. Toepassingsvoorbeelden van Afstandsbestuurbare Akoestische Apparaten op Onbemande Schepen

Voorbeeld 1: Samenwerkende toepassing van kustwachtpatroilles met onbemande schepen en afstandsbestuurbare akoestische apparaten

Een kustwachtdienst heeft 8 onbemande patrouilleschepen geïntroduceerd, elk uitgerust met een afstandsgestuurde akoestische apparatuur, een camera met hoge resolutie, een Beidou-positioneringssysteem en een satellietcommunicatiemodule. Tijdens dagelijkse patrouilles varen de onbemande schepen volgens vooraf ingestelde routes in de grenswateren. Wanneer de camera een verdacht schip ziet naderen van de grenslijn, schakelt de afstandsgestuurde akoestische apparatuur automatisch over naar de directionele modus en speelt het waarschuwingsbericht "Uw schip is de Chinese grens benaderd, draai a.u.b. om en vertrek onmiddellijk, anders worden verdere maatregelen genomen" af naar het verdachte schip. Als het verdachte schip weigert te vertrekken, synchroniseert de apparatuur via de satellietverbinding de positie en koersgegevens van het schip met het aanlandse commandocentrum. Het commandocentrum kan op afstand het volume van de apparatuur aanpassen om de intensiteit van de waarschuwing verder te vergroten. Daarnaast kunnen de onbemande schepen ook normaal blijven opereren wanneer handmatige patrouilles niet mogelijk zijn vanwege slecht weer (zoals zware regen en dichte mist), en kunnen zij via de apparatuur de regels voor grensbeheer uitzenden naar voorbijvarende schepen om incidenten van illegale grensoverschrijding te voorkomen. Na de implementatie van dit systeem daalde het aantal incidenten van illegale grensoverschrijding in de grenswateren met 75%, terwijl de patrouillekosten met 60% daalden in vergelijking met handmatige schipvaart.

Geval 2: Praktische toepassing van onbemande reddingsschepen en geluidsapparaten voor noodhulp bij stedelijke overstromingen

Toen een stad te maken kreeg met overstromingen veroorzaakt door zware regenval, zette het reddingsteam 5 noodhulp-droneschepen in. Elk droneschip was uitgerust met een afstandsbediend akoestisch apparaat, een infraroodwarmtebeeldcamera en een apparaat voor het afwerpen van levensreddende uitrusting. De droneschepen voeren snel de overstroomde straten en woonwijkwateren binnen. Wanneer de infraroodwarmtebeeldcamera mensen ontdekte die vastzaten op daken en balkons, werd onmiddellijk het afstandsbediende akoestische apparaat geactiveerd en werd de instructie "Blijf alstublieft op een hoog punt om gered te worden; het droneschip zal reddingsvesten en voedsel voor u afwerpen, betreed het water niet zonder toestemming" via geluidsoverdracht aan de getroffenen doorgegeven. Tegelijkertijd werd de locatie-informatie van de vastzittende personen via de 4G-communicatiemodule doorgestuurd naar het reddingscommandocentrum, ter ondersteuning van de planning van reddingsteams. In gevaarlijke gebieden waar de waterdiepte meer dan 1,5 meter bedroeg, zonden de droneschepen waarschuwingen uit zoals "De stroming hier is snel, blijf op afstand", gericht aan omstanders, om te voorkomen dat mensen per ongeluk gevaarlijke wateren betraden. Tijdens deze reddingsactie hielp de combinatie van het afstandsbediende akoestische apparaat en de droneschepen het reddingsteam om binnen 4 uur meer dan 230 vastzittende personen in veiligheid te brengen. De efficiëntie van informatieoverdracht was tien keer hoger dan bij gebruik van een traditionele megafoon, en er raakte geen enkel reddingspersoneelslid gewond.