Prática de Aplicação de Dispositivos Acústicos Remotos em Navios Não Tripulados

Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de embarcações não tripuladas em operações marítimas, patrulhamentos de segurança, monitoramento ecológico e outros campos, suas características de navegação autônoma e longa resistência tornaram-se suportes importantes para operações aquáticas. No entanto, as funções tradicionais das embarcações não tripuladas concentram-se principalmente na coleta de dados, como testes de qualidade da água e monitoramento de imagens, e carecem de capacidades eficientes de interação sonora e dissuasão subaquática. Aproveitando as vantagens principais da transmissão direcional de som e da resistência à interferência do ambiente aquático, os dispositivos acústicos remotos formam uma "plataforma acústica móvel aquática" juntamente com embarcações não tripuladas, compensando eficazmente a deficiência de interação sonora dessas embarcações e ampliando ainda mais seu valor aplicado em cenários aquáticos complexos.

I. Cenários de Aplicação de Dispositivos Acústicos Remotos Adaptados a Embarcações Não Tripuladas

A combinação de dispositivos acústicos remotos e navios não tripulados corresponde com precisão aos quatro cenários aquáticos principais a seguir, resolvendo os pontos críticos operacionais em diferentes áreas:

• Cenários de segurança marítima e patrulhamento de fronteiras: em áreas como fronteiras costeiras e vias navegáveis interiores, navios não tripulados equipados com dispositivos acústicos remotos podem emitir alertas direcionais a embarcações envolvidas em contrabando ilegal ou com passageiros clandestinos (por exemplo, "Seu navio entrou nas águas sob jurisdição da China, pare imediatamente para inspeção"). Em áreas estratégicas como portos e docas, podem transmitir avisos de gestão de segurança em tempo real (por exemplo, "É proibido permanecer na via navegável, atente-se a evitar colisões com embarcações em trânsito") e sincronizar as dinâmicas do local com o centro de comando terrestre, auxiliando assim as equipes de fiscalização.
• Cenários de resgate de emergência: Quando pessoas estão presas na água devido a desastres como inundações e tufões, navios não tripulados podem rapidamente alcançar águas afetadas pelo desastre. Por meio de dispositivos acústicos remotos, eles podem transmitir rotas de resgate às pessoas presas (por exemplo, "Por favor, dirija-se na direção da balsa salva-vidas laranja, o navio de resgate está em espera por perto") e fornecer conhecimentos sobre flutuação e prevenção de riscos. Em operações marítimas de busca e salvamento, eles podem emitir sinais sonoros de posicionamento para as pessoas que caíram na água (por exemplo, "Economize suas forças, o navio não tripulado lançará equipamentos de salvamento para você") e auxiliar a equipe de resgate a localizar a posição do alvo por meio de sinais sonoros. Em acidentes com derramamento de óleo, eles podem divulgar a extensão da área perigosa para os navios nas proximidades (por exemplo, "Há um derramamento de óleo nas águas XX, por favor, não se aproxime") para evitar acidentes secundários.
• Cenários de proteção ecológica e gestão hídrica: Em áreas aquáticas de reservas naturais (como zonas úmidas e lagos), embarcações não tripuladas equipadas com dispositivos acústicos remotos podem emitir vozes de advertência a barcos que pescam ilegalmente ou descarregam esgoto ilegalmente, formando uma dissuasão no ambiente aquático. Em áreas como represas e fontes de água potável, podem transmitir avisos proibitivos a pessoas que nadam ou pescam em desacordo com as regulamentações (por exemplo, "Esta é uma área de proteção de manancial para abastecimento de água potável, sendo proibida a entrada na água"). Em áreas de aquicultura, podem repelir organismos aquáticos nocivos por meio de ondas sonoras de frequência específica, protegendo a segurança das espécies cultivadas.
• Cenários de serviços públicos e coordenação operacional: No local de obras aquáticas (como construção de pontes e dragagem de vias navegáveis), navios não tripulados podem transmitir o alcance da área de construção e a rota de desvio para os navios que passam por meio de dispositivos acústicos remotos (por exemplo, "Por favor, desvie 100 metros ao norte da área de construção, agradecemos sua colaboração"). Durante eventos aquáticos (como corridas de barcos-dragão e regatas), eles podem transmitir em tempo real as regras da competição e dicas de segurança (por exemplo, "Navios não participantes são proibidos de entrar na pista durante a competição"), ajudando a manter a ordem no local.

II. Necessidades Principais dos Clientes em Cenários de Navios Não Tripulados

Na aplicação de navios não tripulados, as necessidades dos clientes em relação a dispositivos acústicos remotos giram em torno de "resistência à água, estabilidade e eficiência", manifestando-se especificamente da seguinte forma:

• Necessidades de forte resistência à água e adaptabilidade ambiental: os navios não tripulados operam na água por longos períodos, portanto, exige-se que o dispositivo tenha um nível de proteção IP65 ou superior, capaz de resistir à corrosão da água do mar, imersão em chuva e impacto de ondas. Ao mesmo tempo, deve adaptar-se às variações de temperatura da água e do ar na faixa de -20°C a 60°C, evitando falhas em ambientes com exposição a altas temperaturas ou congelamento em baixas temperaturas. Além disso, deve possuir capacidade de resistência ao vento e às ondas, podendo transmitir som de forma estável com vento inferior a força 5, sem ser encoberto pelo ruído ambiental (como o som das ondas e o ruído do motor).
• Necessidades de transmissão sonora clara em longa distância: A área de operação de embarcações não tripuladas é na maioria das vezes de 1 a 5 quilômetros de extensão aquática. Portanto, exige-se que o dispositivo tenha uma distância eficaz de transmissão sonora de pelo menos 800 metros em áreas aquáticas abertas sem obstáculos. O sinal de voz não deve apresentar distorção nem ruído. Mesmo em ambientes com vento e ondas fortes, as pessoas na água devem receber claramente as informações. Para alvos específicos (como uma única embarcação ou uma pessoa isolada em situação de aprisionamento), exige-se a capacidade de transmissão sonora direcional, evitando a difusão do som que possa interferir em áreas não relacionadas.
• Necessidades de controle remoto e coordenação: Ele permite operação remota por meio do sistema de controle de embarcação não tripulada ou da plataforma de comando terrestre, incluindo ajuste de volume, alternância de modo de funcionamento (direcional/omnidirecional), reprodução de mensagens pré-gravadas e entrada de áudio em tempo real. Não é necessário embarque manual para configuração. Ao mesmo tempo, precisa estar integrado ao posicionamento GPS da embarcação não tripulada, câmera de alta definição e sensor sonar. Quando o sensor detecta um alvo (como pessoas presas ou embarcações ilegais), aciona automaticamente o dispositivo acústico.
• Baixo consumo de energia e necessidades de adaptação à resistência: A autonomia por operação única de embarcações não tripuladas é na maioria das vezes de 8 a 24 horas. Portanto, exige-se que o dispositivo possua características de baixo consumo de energia, com um consumo em funcionamento inferior a 15 W. Pode ser conectado diretamente ao sistema de alimentação da embarcação não tripulada, evitando afetar a operação devido a recargas frequentes. Ao mesmo tempo, deve possuir função de monitoramento de energia. Quando a energia do dispositivo estiver muito baixa, envia automaticamente um lembrete à plataforma de comando, garantindo que a transmissão de informações essenciais não seja interrompida.

III. Características Principais de Dispositivos Acústicos Remotos Adaptados a Embarcações Não Tripuladas

Para atender às necessidades dos cenários de embarcações não tripuladas, os dispositivos acústicos remotos precisam ter as seguintes características técnicas específicas para garantir uma colaboração eficiente com essas embarcações:

• Design de alta proteção e anti-corrosão: O invólucro é feito de liga de alumínio ou plástico de engenharia + material de revestimento anti-corrosão, que pode resistir à corrosão da água do mar e da água doce e evitar ferrugem e rachaduras devido à imersão prolongada. A interface do equipamento adota uma estrutura de vedação impermeável, e os cabos de dados e os cabos de energia são equipados com conectores impermeáveis para impedir a infiltração de água no circuito interno. Ao mesmo tempo, uma válvula à prova de umidade e respirável é instalada no interior do dispositivo para equilibrar a pressão do ar interna e externa e evitar a formação de água condensada.
• Alto nível de pressão sonora e saída anti-interferência: O nível de pressão sonora pode atingir 130 dB - 150 dB, cobrindo a faixa de frequência sensível ao ouvido humano de 200 Hz - 20000 Hz, garantindo que o sinal sonoro ainda possa penetrar interferências em ambientes como ruído de ondas e de motores. Utiliza um algoritmo acústico profissional para otimizar o trajeto de transmissão da onda sonora, reduzindo a atenuação do som causada pela reflexão na superfície da água. Mesmo em um ambiente com ondas de 1 metro de altura, as informações de voz ainda podem ser claramente recebidas a 800 metros. Ao mesmo tempo, suporta mais de 10 níveis de ajuste de intensidade sonora para se adaptar às necessidades de diferentes cenários.
• Baixo consumo de energia e adaptação múltipla à alimentação: Adota um chip de baixa potência e um design de circuito econômico em energia. O consumo em modo de espera é inferior a 3 W, e o consumo durante o funcionamento é controlado entre 10 e 15 W. Pode ser conectado diretamente à bateria de lítio do barco não tripulado ou ao sistema de alimentação solar, sem necessidade de uma fonte de alimentação auxiliar adicional. Alguns dispositivos possuem uma bateria de lítio interna de reserva, que pode manter o funcionamento contínuo do dispositivo por mais de 3 horas quando a alimentação elétrica do barco não tripulado é interrompida, garantindo a transmissão de informações em situações de emergência.
• Design leve e fácil de instalar: O peso total do dispositivo é controlado dentro de 5 quilogramas, e o volume não excede 20 cm × 20 cm × 20 cm. Pode ser fixado no convés ou na parte superior da cabine do navio não tripulado por meio de um suporte, sem afetar a estabilidade de navegação e capacidade de carga do navio autônomo. A interface de instalação adota um design padronizado, com suporte para desmontagem rápida e substituição, facilitando a manutenção e revisão posterior.

IV. Soluções de Integração de Dispositivos Acústicos Remotos com Outros Equipamentos

No sistema de navio não tripulado, os dispositivos acústicos remotos precisam ser integrados a diversos equipamentos para formar um sistema colaborativo de "percepção - decisão - execução". As soluções específicas de integração são as seguintes:

• Integração com equipamentos de percepção: Está conectado à câmera de alta definição, sensor de sonar e imagem térmica infravermelha do navio não tripulado. Quando a câmera identifica situações anormais, como "invasão ilegal por embarcação" e "pessoa caindo na água", ou quando o sonar detecta obstáculos subaquáticos e equipamentos para pesca ilegal, aciona automaticamente o dispositivo acústico remoto para reproduzir a mensagem de voz correspondente (como, por exemplo, "Sua embarcação invadiu ilegalmente uma área de navegação proibida, por favor, saia imediatamente" e "Foi detectada uma pessoa caindo na água, o navio não tripulado irá realizar o resgate"). O imageador térmico infravermelho pode auxiliar no direcionamento do alvo em ambientes noturnos ou com baixa visibilidade, garantindo que o dispositivo transmita o som com precisão.
• Integração com equipamentos de comunicação: É conectado ao módulo de comunicação 4G/5G do navio não tripulado ou ao módulo de comunicação por satélite para permitir o controle em ultra longa distância. Quando o navio não tripulado opera em águas distantes da costa e sem sinal de rede pública (como no mar aberto), a equipe em terra pode enviar comandos (como mudar o modo de operação e atualizar o áudio pré-gravado) para o dispositivo acústico por meio do enlace por satélite. O dispositivo pode transmitir o status de operação (como energia, volume e informações de falha) em tempo real para a plataforma de comando em terra, facilitando o monitoramento remoto e a resolução de falhas.
• Integração com equipamentos de posicionamento e navegação: combinado com o sistema de posicionamento GPS/Beidou do navio não tripulado, quando o navio não tripulado entra em uma área sensível predefinida (como uma área de proteção de fonte de água potável e uma área militar de proibição de navegação), o dispositivo acústico remoto transmite uma mensagem de aviso para os navios que entram nesta área. Quando o navio não tripulado se desvia da rota de operação (como desviar-se da área de busca e salvamento devido ao vento e ondas), o dispositivo envia imediatamente um alarme de anomalia de posição à plataforma terrestre e reproduz a mensagem "O navio não tripulado desviou-se da rota, por favor, atente-se à evasão" para os navios nas proximidades.
• Integração com equipamentos de luz de aviso: Está ligado à luz de aviso LED e à luz estroboscópica do navio não tripulado, formando um efeito de "coordenação sonora e luminosa". Quando o dispositivo acústico remoto ativa o modo de aviso, a luz de aviso é ativada simultaneamente (por exemplo, uma luz estroboscópica azul). Através da dupla estimulação visual e auditiva, o efeito de aviso sobre o alvo é reforçado. Por exemplo, em resgates noturnos, a "coordenação sonora e luminosa" pode ajudar as pessoas que caíram na água a localizar rapidamente a posição do navio não tripulado, melhorando a eficiência do resgate.

V. Vantagens Principais da Combinação de Dispositivos Acústicos Remotos e Navios Não Tripulados

Em comparação com dispositivos acústicos aquáticos tradicionais ou navios não tripulados operando isoladamente, a combinação de dispositivos acústicos remotos e navios não tripulados pode exercer vantagens significativas em diversos aspectos:

• Amplie a faixa de operação e eficiência: navios não tripulados podem navegar autonomamente e cobrir uma grande área aquática (uma única operação pode abranger mais de 20 quilômetros quadrados). Combinado com dispositivos acústicos remotos, a eficiência de transmissão de informações é 4 a 6 vezes maior do que a transmissão manual por barcos. Por exemplo, na gestão de um reservatório de 10 quilômetros quadrados, navios não tripulados combinados com dispositivos podem concluir a transmissão do aviso de proibição de natação em toda a área aquática em até 2 horas, enquanto o método manual leva de 6 a 8 horas.
• Melhore a segurança operacional: Em cenários perigosos (como áreas atingidas por enchentes e águas com derramamento de óleo), navios não tripulados podem substituir pessoal para entrar em áreas de alto risco e realizar operações. Dispositivos acústicos remotos permitem que o pessoal em terra complete a transmissão de informações e realize dissuasão sem se aproximar de ambientes perigosos, reduzindo significativamente o risco de vítimas entre os funcionários. Por exemplo, no resgate aquático após um tufão, navios não tripulados transportam dispositivos para adentrar águas com ventos fortes e ondas elevadas, transmitindo instruções de resgate, evitando que as equipes de resgate corram riscos ao conduzir embarcações.
• Realize operação precisa e ecológica: por meio da tecnologia de transmissão direcional de som e da capacidade de posicionamento preciso dos barcos não tripulados, o som pode ser transmitido com exatidão para a área-alvo, evitando interferências ambientais causadas pela difusão sonora no ambiente ecológico circundante. Por exemplo, em uma área aquática de uma reserva natural, é possível transmitir advertências direcionadas a embarcações que praticam pesca ilegal sem afetar o habitat dos organismos aquáticos ao redor. Ao mesmo tempo, o dispositivo pode simular o som de predadores naturais para obter repelência ecológica, evitando a poluição da água provocada pelo uso de agentes químicos.
• Reduzir os custos de operação: Um navio não tripulado combinado com um dispositivo acústico remoto pode substituir a carga de trabalho de 2 a 3 funcionários de operação aquática. Além disso, o custo de operação individual (taxa de eletricidade, taxa de manutenção) do navio não tripulado é menor do que o custo de condução manual do navio. A operação a longo prazo pode reduzir significativamente o investimento em mão - de - obra e tempo. Por exemplo, na patrulha diária de segurança do porto, um navio não tripulado pode cobrir as necessidades de patrulha de uma via navegável de 5 quilômetros, e o custo é reduzido em mais de 50% em comparação com as patrulhas manuais de navegação.

VI. Casos de aplicação dos dispositivos acústicos remotos em navios não tripulados

Caso 1: Aplicação colaborativa de patrulhas de navios não tripulados nas fronteiras costeiras e dispositivos acústicos remotos

Um departamento de gestão de fronteiras costeiras introduziu 8 embarcações não tripuladas de patrulhamento, cada uma equipada com um dispositivo acústico remoto, além de uma câmera de alta definição, um sistema de posicionamento Beidou e um módulo de comunicação por satélite. Durante as patrulhas diárias, as embarcações não tripuladas navegam nas águas fronteiriças segundo rotas predefinidas. Quando a câmera identifica uma embarcação suspeita se aproximando da linha de fronteira, o dispositivo acústico remoto muda automaticamente para o modo direcional e reproduz a mensagem de advertência "Seu navio se aproximou da linha de fronteira da China, por favor, vire e saia imediatamente, caso contrário medidas adicionais serão tomadas" em direção à embarcação suspeita. Se a embarcação suspeita se recusar a partir, o dispositivo sincroniza as informações de posição e rota da embarcação ao centro de comando terrestre por meio do enlace por satélite. O centro de comando pode ajustar remotamente o volume do dispositivo para aumentar continuamente a intensidade do aviso. Além disso, quando as patrulhas manuais não podem ser realizadas devido ao mau tempo (como chuva forte ou nevoeiro denso), as embarcações não tripuladas ainda podem operar normalmente e transmitir as regulamentações de controle de fronteira às embarcações que passam pelo dispositivo, evitando assim incidentes de travessia ilegal da fronteira. Após a implementação deste sistema, o número de incidentes de travessia ilegal nas águas fronteiriças diminuiu em 75%, e o custo de patrulhamento foi reduzido em 60% em comparação com o uso de embarcações tripuladas.

Caso 2: Aplicação Prática de Navios Não Tripulados para Resgate em Casos de Alagamento Urbano e Dispositivos Acústicos Remotos

Quando uma cidade sofreu desastres de alagamento causados por fortes chuvas, a equipe de resgate colocou em uso 5 barcos não tripulados de emergência. Cada barco não tripulado estava equipado com um dispositivo acústico remoto, um termógrafo infravermelho e um dispositivo de lançamento de equipamentos de salvamento. Os barcos não tripulados entraram rapidamente nas ruas alagadas e nas águas das comunidades. Quando o termógrafo infravermelho detectou pessoas presas no telhado e na varanda, o dispositivo acústico remoto foi imediatamente ativado e reproduziu a instrução "Por favor, permaneça em um local elevado para ser resgatado; o barco não tripulado irá lançar coletes salva-vidas e alimentos para você; não entre na água sem autorização" para as pessoas presas. Ao mesmo tempo, o dispositivo transmitiu as informações de localização das pessoas presas ao centro de comando de resgate por meio do módulo de comunicação 4G, auxiliando na organização da equipe de resgate. Na área perigosa onde a profundidade da água excede 1,5 metro, os barcos não tripulados transmitiram o aviso "Aqui a correnteza é forte, por favor não se aproxime" às pessoas ao redor por meio do dispositivo, evitando que entrem acidentalmente em águas perigosas. Neste resgate, a combinação do dispositivo acústico remoto com o barco não tripulado ajudou a equipe de resgate a transferir mais de 230 pessoas presas em 4 horas. A eficiência de transmissão de informações foi 10 vezes maior do que a de um megafone tradicional, e nenhum membro da equipe de resgate ficou ferido.