Anvendelsespraksis for fjernstyrte lydenheter på ubemannede skip

Med den raskt utviklingen av ubemannet skipsteknologi innen maritim drift, sikkerhetspatruljering, økologisk overvåking og andre felt, har dets egenskaper for autonom navigasjon og lang varighet blitt viktige støtter for operasjoner på vann. Imidlertid fokuserer de tradisjonelle funksjonene til ubemannede skip hovedsakelig på datainnsamling som vannkvalitetstesting og bildeovervåking, og mangler effektive evner for lydinteraksjon og avskrekking under vann. Ved å utnytte de sentrale fordelene med retningsbestemt lydoverføring og motstand mot forstyrrelser fra vannmiljøet, danner fjernlysanordninger en «mobil akustisk plattform på vann» sammen med ubemannede skip. Dette kompenserer effektivt for svakheten i lydinteraksjon og utvider ytterligere bruksområdene i komplekse vannscenarier.

I. Bruksscenarier for fjernlysanordninger tilpasset ubemannede skip

Kombinasjonen av fjernstyrt lydutstyr og ubemannede skip passer nøyaktig til de følgende fire kjerne-scenariene for vann, og løser utfordringer knyttet til operasjoner i ulike felt:

• Sjøfartsikkerhet og grensepatruljering: I områder som kystnære grenser og innlands vannveier kan ubemannede skip utstyrt med fjernstyrt lydutstyr gi rettet advarsel mot ulovlig smuglingsfartøyer og skjulte passasjerer (for eksempel: "Ditt skip har gått inn i Kinas jurisdiksjonsvann, vennligst stopp umiddelbart for kontroll"). I nøkkelområder som havner og kaier kan de kringkaste sikkerhetsmeldinger i sanntid (for eksempel: "Det er forbudt å holde til i farleden, vær oppmerksom på å unngå andre skip som passerer") og samtidig overføre situasjonsdata til bakkekontrollsenteret for å støtte tjenestemenn i håndteringen.
• Nødløysescenariar: Når folk er fastlapp i vatn på grunn av katastrofer som flom og tyfonar, kan ubemannade skip raskt nå dei vanna som er ramma av katastrofen. Gjennom fjernakustiske apparatar kan dei kringgå redningsrutar til folk som er fastlappne (slik som "Vær så snill å gå i retning av den oransje redningsflåten, og redningsskipet er i standby i nærleiken") og gje kunnskap om å flyta og unngå risiko. I søk og redning på sjøen kan dei spela ut posisjoneringspåskot til folk som fell i vatnet (slik som "Spar styrken, og det ubemannade skipet vil kasta ut livreddande utstyr for deg") og hjelpa redningslaget til å låse opp målposisjonen gjennom lydsignal. I oljeutgallskader kan dei senda ut omfanget av farlege området til dei omkringliggende skipa (til dømes "Det er eit oljeutgall i XX-vatnet, venst ikkje å nærma deg") for å unngå sekundære uheld.
• Økologiske beskyttelses- og vannforvaltnings-scenarier: I vannområder i naturreservater (som våtmarker og innsjøer) kan ubemannede skip utstyrt med fjernstyrte lydenheter sende advarselstoner til ulovlige fiskebåter og skip som ulovlig slipper ut avløpsvann, og dermed skape en vannbasert avskrekking. I områder som reservoarer og drikkevannskilder kan de sende forbudsmeldinger til personer som bader eller fisker i strid med reglene (for eksempel "Dette er et beskyttet drikkevannsområde, og det er forbudt å gå i vannet"). I akvakulturområder kan de drive bort skadelige vandlevende organismer ved hjelp av lydbølger med spesifikke frekvenser for å beskytte sikkerheten til oppdrettsartene.
• Offentlige tjenester og operasjonskoordineringsscenarier: På stedet for vannbygging (som brobygging og utdypning av farvann) kan ubemannede skip kringkaste området for byggeplassen og omkjøringsruten til forbipasserende skip via fjernstyrt lydutstyr (for eksempel "Vennligst ta omvei 100 meter nord for byggeområdet, takk for samarbeidet"). Under arrangementer på vann (som dragebåtraser og seilas) kan de kringkaste konkurransereglene og sikkerhetshensyn i sanntid (for eksempel "Skip som ikke deltar i arrangementet har ikke adgang til banen under løpet") for å opprettholde orden på stedet.

II. Kjernebehov for kunder i Scenarier med ubemannet skip

I bruken av ubemannede skip, handler kundenes behov knyttet til fjernstyrt lydutstyr om "vannmotstand, stabilitet og effektivitet", og viser seg spesifikt i følgende:

• Sterk vannresistens og miljøtilpasningsbehov: Umannede skip opererer på vann i lang tid, så enheten må ha et beskyttelsesnivå på IP65 eller høyere, slik at den kan motstå sjøvannskorrosjon, regn, vanndypping og bølgepåvirkning. Samtidig bør den kunne tilpasse seg endringer i vann- og lufttemperatur i området fra -20 °C til 60 °C for å unngå feil under forhold som høytemperaturutsatt og lavtemperaturfrysing. I tillegg bør den ha evne til å motstå vind og bølger, og den skal kunne overføre lyd stabilt ved vindstyrke under klasse 5 uten å bli overskygget av miljøstøy (som bølgestøy og motorstøy).
• Behov for klart lydoverføring over lange avstander: Driftsavstanden for ubemannede skip er mesteparten 1–5 kilometer vannområde. Derfor må enheten ha en effektiv lydoverføringsrekkevidde på minst 800 meter i åpent vannområde uten hinder. Lydsignalet skal ikke ha forvrengning eller støy. Selv i blåsende og vanskelige forhold, må personell på vannet tydelig motta informasjonen. For spesifikke mål (som ett enkelt skip eller én person i nød), kreves evne til retningsbestemt lydoverføring for å unngå at lyddiffusjon forstyrrer uaktuelle områder.
• Fjernstyring og koordineringsbehov: Støtter fjernbetjening via ubemannet skipkontrollsystem eller landbasert kommandoplattform, inkludert volumjustering, arbeidsmodusskifting (retningsbestemt/omnidireksjonelt), avspilling av forhåndsinnspilte stemmer og sanntids stemmeinndata. Manuell opptog er ikke nødvendig for innstilling. Samtidig må det kobles til ubemannet skips GPS-posisjonering, høyoppløselig kamera og sonarsensor. Når sensoren oppdager et mål (som f.eks. innesperret personer eller ulovlige skip), utløser den automatisk den akustiske enheten.
• Lavt strømforbruk og utholdenhetstilpasning: Enkeltoperasjonens utholdenhet for ubemannede skip er vanligvis 8–24 timer. Derfor må enheten ha egenskaper for lavt strømforbruk, med et driftsforbruk på mindre enn 15 W. Den kan kobles direkte til skipets strømforsyningssystem for å unngå at driften forstyrres på grunn av hyppig opplading. Samtidig bør den ha en strømovervåkningsfunksjon. Når enhetens strømnivå er for lavt, sender den automatisk en påminnelse til kommandoplattformen for å sikre at overføring av viktig informasjon ikke avbrytes.

III. Kjerneegenskaper for fjernlydutstyr tilpasset ubemannede skip

For å oppfylle behovene i scenarier med ubemannede skip, må fjernlydutstyr ha følgende målrettede tekniske egenskaper for å sikre effektiv samarbeid med ubemannede skip:

• Høy beskyttelse og anti-korrosjonsdesign: Skallet er laget av aluminiumslegering eller teknisk plast + anti-korrosjonsbeleggsmateriale, som kan motstå korrosjon fra sjøvann og ferskvann og unngå rust og sprekker forårsaket av langvarig nedsenkning. Utstyrsgrensesnittet har en vannfast tetningsstruktur, og data- og strømkabler er utstyrt med vannfaste tilkoblinger for å forhindre at vann trenger inn i den interne kretsen. Samtidig er det inne i enheten plassert en fuktskyggende og pustende ventil for å balansere lufttrykket innvendig og utvendig og unngå dannelse av kondensvann.
• Høyt lydtrykknivå og utgang med støyavstøtning: Utgangen for lydtrykknivå kan nå 130 dB – 150 dB, dekker den hørselsfølsomme frekvensbåndet for menneskeøret på 200 Hz – 20 000 Hz, og sikrer at lydsignalet fortsatt kan trenge igjennom støy i miljøer med bølgestøy og motorstøy. En profesjonell akustisk algoritme brukes til å optimere lydbølgens transmisjonsbane for å redusere demping av lyd forårsaket av refleksjon på vannoverflaten. Selv i et miljø med én meters høye bølger kan taleinformasjon fortsatt mottas tydelig på 800 meters avstand. Samtidig støtter den mer enn 10 nivåer for justering av lydintensitet for å tilpasse seg behovene i ulike scenarier.
• Lavt strømforbruk og multi-strømtilpasning: En lavstrømschip og en energisparende kretsløpsdesign er benyttet. Standby-strømforbruket er under 3 W, og driftsstrømforbruket holdes på 10–15 W. Den kan kobles direkte til ubemannet farkosts litiumbatteri eller solcellestrømforsyningssystem uten ekstra reservestrømforsyning. Noen enheter har et innebygd reserve-litiumbatteri, som kan opprettholde enhetens kontinuerlige drift i mer enn 3 timer når strømforsyningen til den ubemannede farkosten avbrytes, og sikrer informasjonsoverføring i nødssituasjoner.
• Lettvekt og enkel installasjonsdesign: Den totale vekten av enheten er begrenset til under 5 kilogram, og volumet overstiger ikke 20 cm × 20 cm × 20 cm. Den kan festes på dekket eller toppen av kabineområdet på den ubemannede båten via en holder uten å påvirke navigasjonsstabilitet og lastekapasitet. Installasjonsgrensesnittet har en standardisert design som støtter rask demontering og utskifting for lettere vedlikehold og reparasjoner.

IV. Integrasjonsløsninger for fjernstyrt akustisk utstyr med annet utstyr

I det ubemannede båtsystemet må fjernstyrt akustisk utstyr integreres med ulike typer utstyr for å danne et «oppfattelse – beslutning – utførelse»-samarbeidssystem. De spesifikke integrasjonsløsningene er som følger:

• Integrasjon med registreringsutstyr: Den er koblet til ubemannet skips høyoppløselige kamera, sonarsensor og infrarød varmebilder. Når kameraet identifiserer unormale situasjoner som «ulovlig skipinntrengning» og «person falt i vannet», eller når sonaren oppdager undervannshindere og ulovlig fiskeutstyr, utløser den automatisk en fjernstyrt lydenhet for å spille av den tilhørende stemmen (for eksempel «Ditt skip har ulovlig trådt inn i et ikke-selingsområde, vær så snill og forlat området umiddelbart» og «En person som har falt i vannet er funnet, og det ubemannede skipet vil dra til unnsetning»). Den infrarøde varmebilderen kan hjelpe til med å finne målet i miljø med mørke eller dårlig siktbarhet for å sikre at enheten sender lyd nøyaktig.
• Integrasjon med kommunikasjonsutstyr: Den er koblet til ubemannet skips 4G/5G-kommunikasjonsmodul eller satellittkommunikasjonsmodul for å realisere ekstra langdistansekontroll. Når det ubemannede skipet opererer i vann langt fra kysten og uten offentlig nettverkssignaler (som i havåpent), kan personell på land sende kommandoer (for eksempel bytte driftsmodus og oppdatere forhåndsinnspilt lyd) til lydenheten via satellittkoblingen. Enheten kan overføre driftstatus (for eksempel strøm, volum og feilinformasjon) tilbake til det landbaserte kommandosenteret i sanntid for å lette fjernovervåking og feilsøking.
• Integrasjon med posisjons- og navigasjonsutstyr: I kombinasjon med ubåtens GPS/Beidou-posisjonssystem, når den ubemannede skipet kommer inn i et forhåndsinnstilt følsomt område (som drikkevannskildevernsoner og militære ingen-navigasjonsområder), sender den fjernstyrbare lydenheten ut en advarsel til skip som kommer inn i dette området. Når den ubemannede båten avviker fra operasjonsruten (for eksempel på grunn av vind og bølger under lete- og redningsoperasjoner), sender enheten umiddelbart en posisjonsavvikelsesalarm til plattformen på land og spiller opp meldingen "Den ubemannede båten har avvika fra ruten, vær oppmerksom på unngåelse" til omkringliggende skip.
• Integrasjon med advarsellysutstyr: Den er koblet til LED-advarsellyset og blitzlyset på den ubemannede farkosten for å skape en «lyd-og-lys-koordinering»-effekt. Når fjernstyrt lydenhet aktiverer advarselsmodus, slås advarsellyset på samtidig (for eksempel et blått blitzlys). Gjennom dobbel stimulering av syn og hørsel forbedres advarselseffekten mot målet. For eksempel kan «lyd-og-lys-koordinering» under nattlig redning hjelpe personer som er falt i vannet med å raskt lokalisere posisjonen til den ubemannede farkosten og dermed øke redningseffektiviteten.

V. Kjernefordeler ved kombinasjonen av fjernstyrte lydenheter og ubemannede skip

Sammenlignet med tradisjonelle vannbaserte lydenheter eller ubemannede skip som opererer alene, kan kombinasjonen av fjernstyrte lydenheter og ubemannede skip gi betydelige fordeler på mange områder:

• Utvid rekkevidde og effektivitet: Ubesatte skip kan navigere selvstendig og dekke et stort vannområde (én operasjon kan dekke over 20 kvadratkilometer). Kombinert med fjernstyrt lydutstyr er informasjonsoverføringseffekten 4–6 ganger høyere enn ved manuell båtstyring med høyttaler. For eksempel, i forvaltningen av et 10 kvadratkilometer stort reservoar, kan ubesatte skip kombinert med utstyr fullføre sendingen av forbud mot svømming i hele vannområdet innen 2 timer, mens manuell båtstyring tar 6–8 timer.
• Forbedra driftstryggleik: I farlege scenariar (slik som område som er ramma av flom og oljeutslipp), kan ubemannade skip erstatta personell for å gå inn i høyresikre område for drift. Fjernaklasiske apparatar gjer at personell på land kan overføre informasjon og avskrekka utan å nærma seg farlege miljø, og reduserer så stor risiko for personelltilfall. For eksempel, i vannredning etter ein tyfon, ber utanmannsskip utstyr for å gå inn i vatnet med sterk vind og bølger for å kringgå redningsinstruksjonar, og unngår risikoen for at redningspersonell tek risiko ved å kjøre skip.
• Realiser presis og økologisk drift: Gjennom teknologien for retningsbestemt lydoverføring og den nøyaktige posisjoneringsmuligheten til ubemannede skip, kan lyd nøyaktig overføres til målområdet, og unngå miljøpåvirkning forårsaket av lydspredning til det omkringliggende økosystemet. For eksempel kan advarsler sendes ut retningsbestemt til ulovlige fiskebåter i et vannområde som er naturreservat, uten å påvirke leveområdene til de omkringliggende vannlevende organismene. Samtidig kan enheten simulere lyden av naturlige fiender for å oppnå økologisk frastøting, og dermed unngå vannforurensning forårsaket av bruk av kjemikalier.
• Reduser driftskostnader: Én ubemannet båt kombinert med en fjernstyrt lydenhet kan erstatte arbeidsmengden til 2–3 personer som driver vannoperasjoner. I tillegg er de enkelte driftskostnadene (strømkostnad, vedlikeholdskostnad) for den ubemannede båten lavere enn kostnaden for manuell båtdrift. Langsiktig drift kan betydelig redusere investeringer i arbeidskraft og tid. For eksempel kan én ubemannet båt dekke patruljebehovet for en 5 kilometer lang vannvei under daglig sikkerhetspatruljering av havnen, og kostnaden reduseres med mer enn 50 % sammenlignet med manuelle båtpatruljer.

VI. Bruksområder for fjernstyrte lydenheter på ubemannede skip

Tilfelle 1: Sammenhengende bruk av ubemannede skip for kystgrensepatriullering og fjernstyrte lydenheter

En kystvakt- og grensekontrollavdeling innførte 8 ubemannede patruljebåter, hver utstyrt med en fjernstyrt lydenhet, samt høyoppløselig kamera, et Beidou-posisjoneringssystem og en satellittkommunikasjonsmodul. Under daglige patruljer seiler de ubemannede båtene i grensevannene etter forhåndsinnstilte ruter. Når kameraet identifiserer et mistenkelig skip som nærmer seg grenselinjen, bytter den fjernstyrte lydenheten automatisk til rettet modus og spiller advarslene: "Deres skip har nærmet seg Kinas grenselinje, vennligst snu og forlat området umiddelbart, ellers vil ytterligere tiltak bli iverksatt" til det mistenkelige skipet. Hvis det mistenkelige skipet nekter å forlate området, sender enheten skipets posisjon og kursinformasjon til landbasert kommandosenter via satellittforbindelsen. Kommandosenteret kan fjernstyrt justere lydstyrken for å kontinuerlig øke advarslens intensitet. I tillegg kan de ubemannede båtene fortsatt operere normalt når manuelle patruljer ikke kan gjennomføres på grunn av dårlig vær (som stort regn og tett tåke), og kan via enheten sende ut grensekontrollreglene til forbipasserende skip for å forebygge ulovlige grenseoverganger. Etter at dette systemet ble implementert, sank antallet ulovlige grenseovergangshendelser i grensevannene med 75 %, og patruljekostnadene ble redusert med 60 % sammenlignet med manuell skipsdrift.

Tilfelle 2: Praktisk anvendelse av ubåt for nødredning ved urban oversvømmelse og fjernstyrt lydutstyr

Når en by led av oversvømmelser forårsaket av kraftig nedbør, satte redningslaget 5 nødredningsubemannede båter i bruk. Hver ubemannet båt var utstyrt med et fjernstyrt akustisk enhet, en infrarød varmeavbilder og en enhet for utlevering av redningsutstyr. De ubemannede båtene gikk raskt inn på de oversvømte gatene og i vannområdene i boligområdene. Når den infrarøde varmeavbilderen oppdaget personer som var fastsittende på tak og balkonger, ble det umiddelbart aktiveres via den fjernstyrte akustiske enheten, som spilte instruksjonen: «Vær så snill å bli på høyde for redning. Den ubemannede båten vil slippe redningsvest og mat til dere. Ikke gå i vannet uten tillatelse» til de fastsittende personene. Samtidig overførte enheten lokasjonsinformasjon om de fastsittende personene tilbake til redningsledelsen via 4G-kommunikasjonsmodulen for å hjelpe til med å organisere redningsaksjonen. I farlige områder der vannet er mer enn 1,5 meter dypt, sendte de ubemannede båtene ut advarselen «Vannstrømmen her er rask, vær så snill ikke nærme deg» til omkringliggende personer gjennom enheten, for å hindre at folk ved en feiltagelse går inn i farlige vannområder. I denne redningsaksjonen hjalp kombinasjonen av den fjernstyrte akustiske enheten og den ubemannede båten redningslaget med å evakuere over 230 fastsittende personer innen 4 timer. Effektiviteten i informasjonsoverføring var 10 ganger høyere enn ved bruk av tradisjonelle høyttalere, og ingen redningspersonell ble skadet.