Zastosowanie zdalnych urządzeń akustycznych na statkach bezzałogowych

Dzięki szybkiemu rozwojowi technologii statków bezzałogowych w operacjach morskich, patrologii bezpieczeństwa, monitorowaniu ekologicznym oraz innych dziedzinach, ich cechy takie jak nawigacja autonomiczna i długotrwała wytrzymałość stały się istotnym wsparciem dla operacji na wodzie. Jednak tradycyjne funkcje statków bezzałogowych koncentrują się głównie na zbieraniu danych, takich jak badania jakości wody czy monitorowanie obrazu, a brakuje im efektywnych możliwości interakcji akustycznej i odstraszania na wodzie. Korzystając z kluczowych zalet kierunkowej transmisji dźwięku i odporności na zakłócenia środowiska wodnego, zdalne urządzenia akustyczne tworzą razem ze statkami bezzałogowymi „mobilną platformę akustyczną na wodzie”, skutecznie uzupełniając braki w zakresie interakcji dźwiękowej statków bezzałogowych i dalszym poszerzaniu ich wartości aplikacyjnej w złożonych warunkach wodnych.

I. Zastosowania urządzeń akustycznych zdalnych dostosowanych do statków bezzałogowych

Połączenie zdalnych urządzeń akustycznych i statków bezzałogowych dokładnie odpowiada następującym czterem podstawowym scenariuszom wodnym w celu rozwiązania problemów operacyjnych w różnych dziedzinach:

• Scenariusze bezpieczeństwa morskiego i patrolu granicznego: W obszarach takich jak granice przybrzeżne i drogi wodne śródlądowe statki bezzałogowe wyposażone w urządzenia zdalnego akustycznego mogą wydawać ostrzeżenia kierunkowe statkom przemytniczym i statkom podlegającym nielegal W kluczowych obszarach, takich jak porty i doky, mogą w czasie rzeczywistym nadawać powiadomienia dotyczące zarządzania bezpieczeństwem (takie jak "Zostawanie na wodzie jest zabronione, proszę zwrócić uwagę na unikanie przechodzących statków") i synchronizować dynamikę na
• Sytuacje ratunkowe: Gdy ludzie utkną w wodzie wskutek klęsk żywiołowych, takich jak powodzie czy tajfuny, statki bezzałogowe mogą szybko dotrzeć do obszarów dotkniętych katastrofą. Za pomocą zdalnych urządzeń akustycznych mogą przekazywać osobom w pułapce trasy ratunkowe (np. „Proszę udać się w kierunku pomarańczowego pontonu ratunkowego, statek ratowniczy czeka w pobliżu”) oraz informacje na temat unoszenia się i unikania zagrożeń. W morskich akcjach poszukiwawczo-ratunkowych mogą przekazywać osobom wpadającym do wody wskazówki lokalizacyjne (np. „Oszczędzaj siły, statek bezzałogowy zaopatrzy Cię w sprzęt ratunkowy”) i wspomagać drużynę ratunkową w wyznaczeniu pozycji celu poprzez sygnały dźwiękowe. W przypadku wycieków ropy naftowej mogą przekazywać otaczającym statkom zakres strefy niebezpiecznej (np. „W wodach XX doszło do wycieku ropy, prosimy nie zbliżać się”), aby zapobiec wypadkom wtórnym.
• Scenariusze ochrony ekologicznej i gospodarki wodnej: Na obszarach wodnych rezerwatów przyrody (takich jak mokradła i jeziora) bezzałogowe statki wyposażone w zdalne urządzenia akustyczne mogą nadawać ostrzegawcze głosy skierowane do łodzi poławiających nielegalnie ryby lub nielegalnie odprowadzających ścieki, tworząc w ten sposób wodne środki odstraszające. Na obszarach zbiorników wodnych i źródeł wody pitnej mogą one nadawać komunikaty zakazujące osobom pływającym lub łowiącym ryby wbrew przepisom (np. „To obszar ochrony źródła wody pitnej, wchodzenie do wody jest zabronione”). Na terenach hodowli wodnej mogą odpędzać szkodliwe organizmy wodne za pomocą dźwięków o określonej częstotliwości, chroniąc w ten sposób bezpieczeństwo gatunków hodowlanych.
• Scenariusze usług publicznych i koordynacji operacji: Na terenie budowy hydrotechnicznej (np. budowa mostu lub pogłębianie koryta wodnego) statki bezzałogowe mogą nadawać zakres obszaru budowy oraz trasę objazdu dla przepływających statków za pomocą zdalnie sterowanych urządzeń akustycznych (np. "Prosimy o skorzystanie z trasy objazdowej 100 metrów na północ od obszaru budowy, dziękujemy za współpracę"). Podczas imprez wodnych (np. wyścigów łodzi smoczych lub regat) mogą one nadawać w czasie rzeczywistym zasady zawodów i wskazówki bezpieczeństwa (np. "Statki niebiorące udziału w wydarzeniu nie mogą wchodzić na tor wyścigu podczas zawodów"), aby utrzymać porządek na miejscu.

II. Kluczowe potrzeby klientów w Scenariuszach statków bezzałogowych

W zastosowaniach statków bezzałogowych potrzeby klientów dotyczące zdalnie sterowanych urządzeń akustycznych koncentrują się wokół trzech aspektów: "odporności na wodę, stabilności i efektywności", które manifestują się w następujący sposób:

• Wymagana duża odporność na wodę i przystosowanie do warunków środowiskowych: statki bezzałogowe działają długotrwałe na wodzie, dlatego urządzenie musi posiadać stopień ochrony IP65 lub wyższy, umożliwiający odporność na korozję morską, zalanie deszczem oraz uderzenia fal. Jednocześnie powinno dostosować się do zmian temperatury wody i powietrza w zakresie od -20°C do 60°C, aby uniknąć uszkodzeń w warunkach ekstremalnych, takich jak silne nagrzanie czy zamarzanie w niskich temperaturach. Dodatkowo, urządzenie powinno charakteryzować się odpornością na wiatr i fale, umożliwiając stabilną transmisję dźwięku przy sile wiatru poniżej V stopnia, nie ulegając przykryciu hałasem środowiskowym (takim jak szum fal czy hałas silnika).
• Potrzeba długodystansowej transmisji dźwięku o wysokiej jakości: Zasięg działania statków bezzałogowych to zazwyczaj 1–5 kilometrów powierzchni wodnej. Dlatego urządzenie musi zapewniać skuteczną odległość transmisji dźwięku nie mniejszą niż 800 metrów na otwartej, niezabudowanej akwenie. Sygnał głosowy nie może być zniekształcony ani zakłócony hałasem. Nawet w warunkach silnego wiatru i wzburzonej powierzchni wody osoby przebywające na wodzie muszą wyraźnie odbierać przekazywane informacje. W przypadku konkretnych celów (np. pojedynczy statek lub osoba w sytuacji zagrożenia) wymagana jest możliwość kierunkowej transmisji dźwięku, aby uniknąć rozprzestrzeniania się dźwięku i zakłócania niepowiązanych obszarów.
• Wymagania dotyczące zdalnej kontroli i koordynacji: Obsługuje zdalne sterowanie poprzez system sterowania statkiem bezzałogowym lub platformę dowodzenia nadrzędną, w tym regulację głośności, przełączanie trybu pracy (kierunkowy/omnidirectionalny), odtwarzanie zaprogramowanych wiadomości głosowych oraz wprowadzanie dźwięku w czasie rzeczywistym. Nie wymaga ręcznego wejścia na pokład w celu konfiguracji. Jednocześnie musi być połączony z systemem pozycjonowania GPS statku bezzałogowego, kamerą wysokiej rozdzielczości oraz czujnikiem sonaru. Gdy czujnik wykryje cel (np. osoby w pułapce lub nielegalne statki), automatycznie uruchamia urządzenie akustyczne.
• Niskie zużycie energii i wymagania dotyczące wytrzymałości: Autonomiczne statki bezzałogowe charakteryzują się zasięgiem działania pojedynczej operacji wynoszącym zazwyczaj od 8 do 24 godzin. Dlatego urządzenie musi cechować się niskim zużyciem energii, przy czym pobór mocy w trakcie pracy nie może przekraczać 15 W. Powinno być możliwe bezpośrednie podłączenie urządzenia do systemu zasilania statku bezzałogowego, aby uniknąć zakłóceń działania spowodowanych koniecznością częstego ładowania. Jednocześnie urządzenie powinno posiadać funkcję monitorowania poziomu energii. Gdy poziom ten stanie się zbyt niski, urządzenie automatycznie wysyła przypomnienie do platformy dowódczej, zapewniając ciągłość transmisji kluczowych informacji.

III. Kluczowe cechy zdalnych urządzeń akustycznych dostosowanych do statków bezzałogowych

Aby spełnić potrzeby związane ze scenariuszami użytkowania statków bezzałogowych, zdalne urządzenia akustyczne muszą posiadać następujące ukierunkowane cechy techniczne, zapewniające skuteczną współpracę z tymi statkami:

• Wysoka ochrona i projekt antykorozyjny: Obudowa wykonana jest z aluminium lub tworzywa inżynieryjnego + materiał powłoki antykorozyjnej, co pozwala na odporność na korozję wywołaną przez wodę morską i słodką oraz zapobiega rdzewieniu i pękaniu spowodowanym długotrwałym zanurzeniem. Interfejs urządzenia wyposażony jest w wodoszczelną konstrukcję uszczelniającą, a przewody danych i zasilania są wyposażone w wodoszczelne złącza, aby zapobiec przedostawaniu się wody do wnętrza obwodu elektrycznego. Jednocześnie urządzenie jest wyposażone we wnękę przeciwwilgociową i przepuszczalną dla powietrza, która wyrównuje ciśnienie powietrza wewnętrzne i zewnętrzne, zapobiegając powstawaniu kondensatu.
• Wysoki poziom ciśnienia akustycznego i wyjście odporne na zakłócenia: Poziom ciśnienia akustycznego może osiągnąć 130 dB – 150 dB, obejmując wrażliwy dla ucha ludzkiego zakres częstotliwości 200 Hz – 20000 Hz, zapewniając, że sygnał dźwiękowy będzie w stanie przenikać przez zakłócenia w środowiskach takich jak szum fal czy hałas silnika. Zastosowano profesjonalny algorytm akustyczny optymalizujący drogę transmisji fali dźwiękowej, zmniejszający tłumienie dźwięku spowodowane odbiciem od powierzchni wody. Nawet w warunkach fal o wysokości 1 metra informacja głosowa pozostaje wyraźnie słyszalna na odległość 800 metrów. Jednocześnie urządzenie obsługuje ponad 10 poziomów regulacji intensywności dźwięku, dostosowując się do potrzeb różnych scenariuszy.
• Niskie zużycie energii i wieloźródłowe dopasowanie mocy: Zastosowano niskomocowy układ scalony oraz projekt obwodu oszczędzającego energię. Moc pobierana w trybie czuwania jest mniejsza niż 3 W, a podczas pracy moc ta mieści się w zakresie 10–15 W. Można go bezpośrednio podłączyć do systemu zasilania statku bezzałogowego, np. baterii litowej lub paneli słonecznych, bez konieczności stosowania dodatkowego źródła rezerwowego. Niektóre urządzenia mają wbudowaną rezerwową baterię litową, która pozwala na nieprzerwaną pracę urządzenia przez ponad 3 godziny w przypadku przerwy w zasilaniu statku bezzałogowego, zapewniając przesyłanie informacji w sytuacjach awaryjnych.
• Lekka i łatwa w instalacji konstrukcja: Całkowita waga urządzenia jest ograniczona do 5 kilogramów, a objętość nie przekracza 20 cm × 20 cm × 20 cm. Można je zamocować na pokładzie lub na szczycie kabiny statku bezzałogowego za pomocą uchwytu, bez wpływu na stabilność nawigacji i nośność statku bezzałogowego. Interfejs montażowy ma znormalizowaną konstrukcję, umożliwiającą szybkie demontowanie i wymianę, co ułatwia późniejszą konserwację i naprawę.

IV. Rozwiązania integracji zdalnych urządzeń akustycznych z innym sprzętem

W systemie statku bezzałogowego urządzenia akustyczne zdalne muszą być zintegrowane z różnorodnym sprzętem, aby utworzyć współdziałający system typu „postrzeganie – decyzja – wykonanie”. Szczegółowe rozwiązania integracyjne są następujące:

• Integracja z urządzeniami percepcyjnymi: Jest połączona z wysokorozdzielczościową kamerą, czujnikiem sonaru i termowizyjnym detektorem podczerwieni statku bezzałogowego. Gdy kamera wykryje sytuacje nietypowe, takie jak "nielegalne wtargnięcie statku" lub "osoba wpadła do wody", albo sonar wykryje przeszkody podwodne i sprzęt do nielegalnego połowu, automatycznie uruchamia zdalne urządzenie akustyczne, które odtwarza odpowiedni komunikat głosowy (np. "Twój statek nielegalnie wtargnął do strefy zakazanej dla żeglugi, prosimy o natychmiastowe opuszczenie obszaru" oraz "Wykryto osobę wpadłą do wody, statek bezzałogowy udzieli pomocy ratunkowej"). Termowizyjny detektor podczerwieni może wspomagać lokalizację celu w warunkach nocy lub niskiej widoczności, zapewniając dokładne przekazywanie dźwięku przez urządzenie.
• Integracja z urządzeniami komunikacyjnymi: Podłączone do modułu komunikacji 4G/5G statku bezzałogowego lub modułu komunikacji satelitarnej, umożliwia sterowanie na ultra-długich dystansach. Gdy bezzałogowy statek działa w odległych od lądu wodach pozbawionych sygnałów sieci publicznej (takich jak otwarte morze), personel nadbrzeżny może wysyłać polecenia (np. przełączanie trybu pracy, aktualizowanie zaprogramowanych wiadomości głosowych) do urządzenia akustycznego poprzez łącze satelitarne. Urządzenie może przesyłać stan pracy (np. poziom naładowania, głośność, informacje o usterkach) na platformę dowodzenia nadbrzeżnej w czasie rzeczywistym, co ułatwia zdalne monitorowanie i diagnozowanie usterek.
• Integracja z urządzeniami pozycjonowania i nawigacji: W połączeniu z systemem pozycjonowania GPS/Beidou statku bezzałogowego, gdy bezzałogowy statek wchodzi do zaprogramowanego obszaru czułego (takiego jak obszar ochrony źródeł wody pitnej lub strefa wojskowa bez wpływu), zdalne urządzenie akustyczne nadaje ostrzegawczy sygnał głosowy dla statków wchodzących do tego obszaru. Gdy statek bezzałogowy odchyla się od trasy operacyjnej (np. z powodu falowania czy wiatru podczas poszukiwań i ratownictwa), urządzenie natychmiast wysyła alarm dotyczący nieprawidłowego położenia do platformy nadbrzeżnej oraz odtwarza komunikat "Statek bezzałogowy odchylił się od trasy, prosimy zwrócić uwagę na unikanie kolizji" dla otaczających statków.
• Integracja z urządzeniami ostrzegawczymi: Jest połączona z lampą ostrzegawczą LED i lampą błyskową na bezzałogowym statku, tworząc efekt "koordynacji dźwięku i światła". Gdy zdalnie sterowane urządzenie akustyczne uruchamia tryb ostrzegawczy, światło ostrzegawcze włącza się synchronicznie (np. błyskające niebieskie światło). Poprzez podwójne bodźce wzrokowe i słuchowe, skuteczność ostrzegania celu jest zwiększana. Na przykład podczas nocnych ratowań, "koordynacja dźwięku i światła" może pomóc osobom wpadniętym do wody szybko zlokalizować pozycję bezzałogowego statku i poprawić efektywność ratownictwa.

V. Kluczowe zalety połączenia zdalnych urządzeń akustycznych z bezzałogowymi statkami

W porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami akustycznymi wodnymi lub bezzałogowymi statkami działającymi samodzielnie, połączenie zdalnych urządzeń akustycznych z bezzałogowymi statkami może wykazać znaczące zalety w wielu aspektach:

• Rozszerzenie zakresu działania i efektywności: Statki bezzałogowe mogą autonomicznie nawigować i obejmować dużą powierzchnię wodną (jedna operacja może obejmować ponad 20 km²). W połączeniu z zdalnymi urządzeniami akustycznymi, wydajność przesyłania informacji jest od 4 do 6 razy wyższa niż przy rozgłaszaniu z załogowego statku. Na przykład w zarządzaniu zbiornikiem o powierzchni 10 km², bezzałogowe statki w połączeniu z urządzeniami mogą ukończyć rozgłoszenie zakazu pływania na całym obszarze wodnym w ciągu 2 godzin, podczas gdy praca z załogowym statkiem trwa 6–8 godzin.
• Poprawa bezpieczeństwa operacyjnego: W niebezpiecznych sytuacjach (takich jak obszary dotknięte powodzią i wody wycieków ropy naftowej) statki bezzałogowe mogą zastąpić personel, który wchodzi do obszarów wysokiego ryzyka. Odległe urządzenia akustyczne pozwalają personelowi na brzegu na przekazywanie informacji i odstraszanie bez zbliżania się do niebezpiecznych miejsc, znacznie zmniejszając ryzyko ofiar. Na przykład w ratownictwie na wodzie po tajfunie statki bezzałogowe posiadają urządzenia do wchodzenia do wód z silnym wiatrem i falami, aby nadawać instrukcje ratownicze, unikając ryzyka, że personel ratowniczy podejmie ryzyko, prowadząc statki.
• Zrealizuj precyzyjne i ekologiczne działanie: Dzięki technologii kierunkowej transmisji dźwięku oraz precyzyjnej zdolności lokalizacji statków bezzałogowych, dźwięk może być dokładnie przekazywany do obszaru docelowego, unikając zakłóceń środowiskowych spowodowanych rozprzestrzenianiem się dźwięku na otaczające środowisko naturalne. Na przykład w obszarze rezerwatu przyrody ostrzeżenia mogą być nadawane kierunkowo do jednostek rybackich popełniających wykroczenia, bez wpływu na siedliska organizmów wodnych w otoczeniu. Jednocześnie urządzenie może symulować dźwięk naturalnych wrogów, osiągając efekt odstraszania ekologicznego, co pozwala uniknąć zanieczyszczenia wody związanego z użyciem środków chemicznych.
• Zmniejszenie kosztów operacyjnych: Jedno bezzałogowe statko w połączeniu z zdalnym urządzeniem akustycznym może zastąpić pracę 2–3 pracowników zajmujących się operacjami na wodzie. Co więcej, jednorazowy koszt operacji (opłata za energię elektryczną, opłata za konserwację) bezzałogowego statku jest niższy niż koszt obsługi statku przez człowieka. Długoterminowa eksploatacja pozwala znacząco zmniejszyć inwestycje związane z pracą ludzką i czasem. Na przykład podczas codziennych patroli bezpieczeństwa portu jedno bezzałogowe statko może obsłużyć potrzeby patrolowe 5-kilometrowej drogi wodnej, a koszt ten jest niższy o ponad 50% w porównaniu z patrolem prowadzonym ręcznie.

VI. Przypadki zastosowania zdalnych urządzeń akustycznych na bezzałogowych statkach

Przypadek 1: Współpraca bezzałogowych statków patrolujących wybrzeża oraz zdalnych urządzeń akustycznych

Wybrzeżny wydział zarządzania granicą wprowadził 8 bezzałogowych statków patrolowych, z których każdy wyposażony jest w zdalnie sterowane urządzenie akustyczne, kamerę wysokiej rozdzielczości, system pozycjonowania Beidou oraz moduł komunikacji satelitarnej. Podczas codziennych patroli bezzałogowe statki przemierzają wody graniczne zgodnie z zaprogramowanymi trasami. Gdy kamera wykryje podejrzany statek zbliżający się do linii granicznej, urządzenie akustyczne automatycznie przełącza się na tryb kierunkowy i odtwarza ostrzegawczy komunikat: „Twój statek zbliża się do chińskiej linii granicznej, prosimy natychmiast zawrócić i opuścić ten obszar, w przeciwnym razie zostaną podjęte dalsze działania” skierowany do załogi podejrzanego statku. Jeśli podejrzany statek odmówi opuszczenia obszaru, urządzenie przesyła poprzez łącze satelitarne dane o pozycji i kursie statku do naziemnego centrum dowodzenia. Centrum może zdalnie regulować głośność urządzenia, nasilając w sposób ciągły intensywność ostrzeżenia. Dodatkowo, gdy z powodu złej pogody (takiej jak ulewa lub gęsta mgła) niemożliwe jest prowadzenie patroli ręcznych, bezzałogowe statki nadal mogą normalnie działać i nadawać przepisy dotyczące zarządzania granicą do mijanych statków, zapobiegając tym samym próbom nielegalnego przekroczenia granicy. Po wdrożeniu tego rozwiązania liczba incydentów związanych z nielegalnym przekraczaniem granicy w wodach przygranicznych zmniejszyła się o 75%, a koszty patroli obniżyły się o 60% w porównaniu z tradycyjnymi metodami z udziałem załogi.

Przypadek 2: Praktyczne zastosowanie bezzałogowych statków ratunkowych do sytuacji awaryjnych powodzi w terenach zurbanizowanych oraz zdalnych urządzeń akustycznych

Gdy miasto doznało klęski powodziowej spowodowanej ulewami, zespół ratunkowy uruchomił 5 awaryjnych bezzałogowych statków ratunkowych. Każdy bezzałogowy statek był wyposażony w zdalne urządzenie akustyczne, termowizyjny obrazownik podczerwieni oraz urządzenie do zrzutu sprzętu ratunkowego. Statki bezzałogowe szybko dostały się na zalane ulice i tereny wodne osiedli. Gdy termowizyjny obrazownik podczerwieni wykrył ludzi w pułapce na dachach i balkonach, natychmiast uruchamiano zdalne urządzenie akustyczne, odtwarzając instrukcję: „Prosimy pozostać w miejscu wysuniętym, aby można było was uratować; bezzałogowy statek zrzuci dla was kamizelki ratunkowe i żywność, nie wchodźcie do wody bez pozwolenia”. Jednocześnie urządzenie przesyłało informacje o lokalizacji osób w pułapce do centrum dowodzenia ratowniczego poprzez moduł komunikacyjny 4G, wspomagając organizację zespołów ratunkowych. Na obszarach niebezpiecznych, gdzie głębokość wody przekraczała 1,5 metra, bezzałogowe statki nadawały ostrzeżenie: „Prąd wody jest tutaj silny, nie zbliżajcie się”, informując w ten sposób otaczających, by przypadkowo nie weszli do niebezpiecznych stref wodnych. W trakcie tej akcji ratunkowej połączenie zdalnego urządzenia akustycznego z bezzałogowym statkiem pozwoliło zespołowi ratunkowemu ewakuować ponad 230 osób znajdujących się w pułapce w ciągu 4 godzin. Efektywność przekazywania informacji była 10 razy wyższa niż przy użyciu tradycyjnych głośników, a żaden członek zespołu ratunkowego nie odniósł obrażeń.