Aplicația Dispozitivelor Acustice Remote pe Nave Fără Echipaj

Cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei navelor neînsoțite în operațiuni maritime, patrulări de securitate, monitorizare ecologică și alte domenii, caracteristicile lor de navigație autonomă și rezistență pe termen lung au devenit suporturi importante pentru operațiunile acvatice. Totuși, funcțiile tradiționale ale navelor fără echipaj se concentrează în mare parte pe colectarea datelor, cum ar fi testarea calității apei și monitorizarea imaginilor, lipsindu-le în același timp de capabilități eficiente de interacțiune sonoră și de deterrență subacvatică. Beneficiind de avantajele cheie ale transmisiei direcționate a sunetului și ale rezistenței la interferențele mediului acvatic, dispozitivele acustice la distanță formează împreună cu navele fără echipaj o „platformă acustică mobilă pentru apă”, compensând astfel eficient lipsa de interacțiune sonoră a acestora și extinzând în continuare valoarea lor aplicativă în scenarii complexe acvatice.

I. Scenarii de aplicare a dispozitivelor acustice la distanță adaptate navelor fără echipaj

Combinarea dispozitivelor acustice la distanță cu navele neînsoțite corespunde în mod precis următoarelor patru scenarii esențiale de apă, rezolvând punctele critice de operare din diferite domenii:

• Scenarii de securitate maritimă și patrulare la frontieră: În zone precum granițele costale și căile navigabile interioare, navele neînsoțite echipate cu dispozitive acustice la distanță pot emite avertizări direcționate către navele care efectuează contrabandă sau transportă pasageri clandestini (de exemplu: "Nava dumneavoastră a intrat în apele sub jurisdicția Chinei, vă rugăm să opriți imediat pentru verificare"). În zone cheie precum porturile și docurile, acestea pot difuza în timp real notificări privind managementul securității (de exemplu: "Este interzisă staționarea în zona canalului navigabil, vă rugăm să aveți grijă să evitați navele care trec") și pot sincroniza dinamica de pe teren cu centrul de comandă terestru, pentru a sprijini personalul de aplicare a legii.
• Scenarii de salvare de urgență: Atunci când persoanele sunt capturate în apă din cauza dezastrelor precum inundațiile și taifunurile, navele fără pilot pot ajunge rapid în zonele afectate de dezastre. Prin dispozitive acustice la distanță, acestea pot transmite rute de salvare persoanelor capturate (de exemplu, "Vă rugăm să vă deplasați în direcția bărcii de salvare portocalii, nava de salvare fiind în stand-by în apropiere") și pot oferi informații despre plutire și evitarea riscurilor. În operațiunile maritime de căutare și salvare, pot emite mesaje de poziționare pentru persoanele căzute în apă (de exemplu, "Economisiți-vă forțele, nava fără pilot va lansa echipament de salvare pentru dumneavoastră") și pot ajuta echipa de salvare să localizeze poziția țintă prin semnale sonore. În cazul accidentelor cu scurgeri de petrol, pot anunța întinderea zonei periculoase către navele din apropiere (de exemplu, "Există o scurgere de petrol în apele XX, vă rugăm să nu vă apropiați") pentru a preveni accidente secundare.
• Scenarii de protecție ecologică și gestionare a apei: În zonele acvatice ale rezervațiilor naturale (cum ar fi zonele umede și lacurile), navele fără pilot echipate cu dispozitive acustice la distanță pot difuza mesaje sonore de avertizare către bărcile care pescuiesc ilegal și navele care descarcă ilegal ape uzate, formând astfel o prezență de descurajare pe apă. În zone precum bazinele de retenție și sursele de apă potabilă, acestea pot transmite notificări de interdicție persoanelor care înoată sau pescuiesc în mod neautorizat (de exemplu: „Aceasta este o zonă protejată de sursă de apă potabilă, intrarea în apă este interzisă”). În zonele de acvacultură, pot respinge organisme acvatice dăunătoare prin unde sonore de frecvență specifică pentru a proteja siguranța speciilor cultivate.
• Scenarii de servicii publice și coordonare a operațiunilor: La locul lucrărilor hidrotehnice (cum ar fi construcția de poduri și dragarea căilor navigabile), navele fără echipaj pot transmite prin dispozitive acustice la distanță (de exemplu, „Vă rugăm să ocoliți cu 100 de metri spre nord față de zona de construcție, vă mulțumim pentru cooperare”) întinderea zonei de construcție și traseul de ocolire altor nave care trec. În timpul evenimentelor nautice (cum ar fi cursele de bărci cu dragon și regate), acestea pot difuza în timp real regulile competiției și recomandări de siguranță (de exemplu, „Bărcile care nu participă la eveniment sunt interzise să intre pe traseul de cursă în timpul probei”), pentru a menține ordinea la fața locului.

II. Nevoile principale ale clienților în Scenarii cu nave fără echipaj

În aplicația navelor fără echipaj, nevoile clienților legate de dispozitivele acustice la distanță se concentrează asupra „rezistenței la apă, stabilității și eficienței”, manifestându-se în mod specific astfel:

• Necesități ridicate de rezistență la apă și adaptabilitate la mediu: navele fără echipaj funcționează pe apă timp îndelungat, astfel că dispozitivul trebuie să aibă un grad de protecție IP65 sau mai mare, putând rezista la coroziunea apei de mare, imersiunea în apă de ploaie și impactul valurilor. În același timp, trebuie să se adapteze la variațiile de temperatură a apei și a aerului în intervalul de -20°C la 60°C, pentru a evita defecțiunile în condiții de expunere la temperaturi înalte sau îngheț la temperaturi scăzute. În plus, trebuie să aibă capacitatea de rezistență la vânt și valuri și să poată transmite sunetul în mod stabil în condiții de vânt sub forța 5, fără a fi acoperit de zgomotul de fond al mediului (cum ar fi zgomotul valurilor sau cel al motorului).
• Necesități de transmisie clară a sunetului pe distanțe lungi: Raza de acțiune a navelor neînsoțite este în general de 1-5 kilometri peste zone acoperite cu apă. Prin urmare, dispozitivul trebuie să aibă o distanță eficientă de transmisie sonoră de cel puțin 800 de metri într-o zonă acoperită cu apă deschisă și fără obstacole. Semnalul vocal nu trebuie să aibă distorsiuni și să fie fără zgomot. Chiar și în condiții de vânt puternic și valuri mari, personalul aflat pe apă trebuie să poată primi informațiile în mod clar. Pentru obiective specifice (de exemplu, o singură navă sau o singură persoană prinsă în capcană), este necesară capacitatea de a transmite sunetul direcționat, pentru a evita răspândirea acestuia și interferența cu zonele neimplicate.
• Necesități de control și coordonare la distanță: Suportă operațiuni la distanță prin intermediul sistemului de control al navei neînsoțite sau al platformei de comandă terestre, inclusiv ajustarea volumului, comutarea modului de funcționare (direcțional/omnidirecțional), redarea mesajelor vocale predefinite și introducerea în timp real a mesajelor vocale. Nu este necesară urcarea manuală pentru configurare. În același timp, trebuie să fie conectat la sistemul de poziționare GPS al navei neînsoțite, camera cu înaltă definiție și senzorul sonar. Când senzorul detectează un obiectiv (cum ar fi persoane capturate sau nave ilegale), declanșează automat dispozitivul acustic.
• Necesități de consum redus de energie și adaptare la autonomie: Autonomia unică de funcționare a navelor neînsoțite este în general de 8-24 de ore. Prin urmare, dispozitivul trebuie să aibă caracteristici de consum scăzut de energie, cu un consum în funcționare mai mic de 15 W. Poate fi conectat direct la sistemul de alimentare al navei fără echipaj, pentru a evita afectarea operațiunii din cauza reîncărcărilor frecvente. În același timp, ar trebui să dispună de o funcție de monitorizare a energiei. Când nivelul bateriei dispozitivului este prea scăzut, acesta trimite automat o notificare platformei de comandă, asigurând astfel că transmiterea informațiilor esențiale nu este întreruptă.

III. Caracteristicile principale ale dispozitivelor acustice la distanță adaptate navelor fără echipaj

Pentru a satisface necesitățile scenariilor cu nave fără echipaj, dispozitivele acustice la distanță trebuie să aibă următoarele caracteristici tehnice specializate, pentru a asigura o colaborare eficientă cu navele fără echipaj:

• Protecție ridicată și design anti-coroziv: Carcasa este realizată din aliaj de aluminiu sau plastic tehnic + material cu acoperire anti-corozivă, care poate rezista la coroziunea provocată de apa de mare și apa dulce și poate evita ruginirea și crăparea datorită imersării pe termen lung. Interfața echipamentului adoptă o structură etanșă la apă, iar cablurile de date și cele de alimentare sunt echipate cu conectori impermeabili pentru a preveni pătrunderea apei în circuitul intern. În același timp, dispozitivul este prevăzut cu o supapă impermeabilă și permeabilă la aer, care echilibrează presiunea aerului din interior și exterior și evită formarea condensului.
• Nivel înalt de presiune sonoră și ieșire anti-interferențe: Nivelul de presiune sonoră poate atinge 130 dB - 150 dB, acoperind banda de frecvență sensibilă pentru urechea umană de 200 Hz - 20000 Hz, asigurând că semnalul sonor poate pătrunde totuși prin interferențe în medii precum zgomotul valurilor și cel al motorului. Este utilizat un algoritm acustic profesional pentru a optimiza traseul de transmisie al undei sonore, reducând atenuarea sunetului cauzată de reflexia pe suprafața apei. Chiar și în condiții cu valuri de 1 metru înălțime, informația vocală poate fi recepționată clar la 800 de metri. În același timp, suportă mai mult de 10 niveluri de ajustare a intensității sunetului pentru a se adapta nevoilor diferitelor scenarii.
• Consum redus de energie și adaptare la mai multe surse de alimentare: Este utilizat un cip cu consum redus de energie și o schemă circuit electric economicoasă. Consumul în stand-by este mai mic de 3 W, iar consumul în funcționare este controlat între 10-15 W. Poate fi conectat direct la bateria de litiu a navei neînmanate sau la sistemul de alimentare solar fără a necesita o sursă de rezervă suplimentară. Unele dispozitive au o baterie de rezervă internă din litiu, care poate menține funcționarea continuă a dispozitivului timp de peste 3 ore atunci când alimentarea navei neînmanate este întreruptă, asigurând transmisia informațiilor în situații de urgență.
• Design ușor și facil de instalat: Greutatea totală a dispozitivului este menținută sub 5 kilograme, iar volumul nu depășește 20 cm × 20 cm × 20 cm. Poate fi fixat pe punte sau pe partea superioară a cabinei navei neomane prin intermediul unui suport, fără a afecta stabilitatea în navigație și capacitatea de încărcare a acesteia. Interfața de instalare adoptă un design standardizat, care permite demontarea rapidă și înlocuirea ușoară, facilitând întreținerea ulterioară și reparațiile.

IV. Soluții de integrare a dispozitivelor acustice la distanță cu alte echipamente

În sistemul navei neomane, dispozitivele acustice la distanță trebuie integrate cu o varietate de echipamente pentru a forma un sistem colaborativ de tip „percepție – decizie – execuție”. Soluțiile specifice de integrare sunt următoarele:

• Integrare cu echipamente de percepție: Este conectat la camera înaltă definiție, senzorul sonar și imaginea termică infraroșie a navei fără echipaj. Când camera identifică situații anormale precum „pătrunderea ilegală a unei nave” și „persoană căzută în apă”, sau când sonarul detectează obstacole subacvatice și echipamente pentru pescuit ilegal, declanșează automat dispozitivul acustic la distanță pentru a reda mesajul vocal corespunzător (de exemplu, „Nava dumneavoastră a pătruns ilegal în zona interzisă de navigație, vă rugăm să plecați imediat” și „A fost detectată o persoană căzută în apă, nava fără echipaj va interveni pentru salvare”). Imaginea termică infraroșie poate ajuta la localizarea țintei în condiții de noapte sau vizibilitate redusă, asigurând o transmitere precisă a sunetului.
• Integrare cu echipamente de comunicație: Este conectat la modulul de comunicație 4G/5G al navei fără echipaj sau la modulul de comunicație prin satelit pentru a realiza controlul la distanță extrem de lung. Atunci când nava fără echipaj operează în ape îndepărtate de țărm și fără semnale de rețea publică (cum ar fi în largul mării), personalul de la baza de la mal poate trimite comenzi (cum ar fi comutarea modului de funcționare și actualizarea mesajelor vocale preînregistrate) către dispozitivul acustic prin legătura satelitară. Dispozitivul poate transmite starea de funcționare (precum nivelul bateriei, volumul și informațiile despre defecțiuni) înapoi către platforma de comandă de la mal în timp real, facilitând astfel monitorizarea la distanță și diagnosticarea defecțiunilor.
• Integrarea cu echipamentele de localizare și de navigație: în combinație cu sistemul de localizare GPS/Beidou al navei fără pilot, atunci când nava fără pilot intră într-o zonă sensibilă prestabilită (cum ar fi o zonă de protecție a surselor de apă potabilă și o zonă militară interzis Când nava fără pilot se abate de la ruta de operaţiune (cum ar fi devierea de la zona de căutare şi salvare din cauza vântului şi a valurilor), dispozitivul trimite imediat o alarmă de anomalie a poziţiei pe platforma de pe ţărm şi transmite semnalul "Nava fără pilot se abate de
• Integrare cu echipamentul de lumină de avertizare: Este conectat la lumina LED de avertizare și la lumina stroboscopică a navei fără echipaj pentru a crea un efect de „coordonare sonoră și luminoasă”. Când dispozitivul acustic la distanță activează modul de avertizare, lumina de avertizare se aprinde sincron (de exemplu, o lumină stroboscopică albastră). Prin stimularea dublă vizuală și auditivă, efectul de avertizare asupra țintei este intensificat. De exemplu, în cazul salvării nocturne, „coordonarea sonoră și luminoasă” poate ajuta persoanele căzute în apă să localizeze rapid poziția navei fără echipaj și să îmbunătățească eficiența operațiunii de salvare.

V. Avantajele principale ale combinației dintre dispozitivele acustice la distanță și navele fără echipaj

În comparație cu dispozitivele acustice clasice sau cu navele fără echipaj care funcționează separat, combinarea dispozitivelor acustice la distanță cu navele fără echipaj poate oferi avantaje semnificative în mai multe aspecte:

• Extindeți zona de operare și eficiența: Navele fără echipaj pot naviga autonom și acoperi o suprafață mare de apă (o singură operațiune poate acoperi peste 20 de kilometri pătrați). În combinație cu dispozitive acustice la distanță, eficiența transmisiei informațiilor este de 4 - 6 ori mai mare decât cea a difuzării prin nave conduse manual. De exemplu, în gestionarea unui rezervor de 10 kilometri pătrați, navele fără echipaj combinate cu dispozitive pot finaliza difuzarea mesajului interzicerii înotului în întreaga zonă acvatică în 2 ore, în timp ce navele conduse manual necesită 6 - 8 ore.
• Îmbunătățirea siguranței operațiunilor: În scenarii periculoase (cum ar fi zone afectate de inundații sau ape contaminate cu petrol), navele fără echipaj pot înlocui personalul pentru a pătrunde în zone cu risc ridicat. Dispozitivele acustice la distanță permit personalului de la mal să finalizeze transmiterea informațiilor și să exercite măsuri de descurajare fără a se apropia de medii periculoase, reducând astfel semnificativ riscul de victime umane. De exemplu, în operațiunile de salvare maritimă după un taifun, navele fără echipaj transportă dispozitive pentru a pătrunde în zone cu valuri puternice și vânt intens, difuzând instrucțiuni de salvare, evitând astfel ca echipajele de salvare să riște conducing nave proprii.
• Realizați o funcționare precisă și ecologică: Prin tehnologia de transmisie direcționată a sunetului și capacitatea de poziționare precisă a navelor fără pilot, sunetul poate fi transmis cu exactitate către zona țintă, evitând interferențele de mediu cauzate de difuzarea sunetului în mediul ecologic înconjurător. De exemplu, într-o zonă acvatică dintr-o rezervație naturală, pot fi emise avertizări direcționate către navele care pescuiesc ilegal, fără a afecta habitatul organismelor acvatice din jur. În același timp, dispozitivul poate simula sunetul dușmanilor naturali pentru a realiza respingerea ecologică, evitând poluarea apei cauzată de utilizarea agenților chimici.
• Reducerea costurilor de operare: O singură navă neînsoțită, combinată cu un dispozitiv acustic la distanță, poate înlocui munca a 2-3 persoane implicate în operațiuni maritime. În plus, costul individual al operațiunii (taxa de electricitate, întreținere) pentru nava fără echipaj este mai mic decât cel al navei conduse manual. Pe termen lung, aceasta poate reduce semnificativ investițiile în forță de muncă și timp. De exemplu, în cadrul patrulării zilnice de securitate dintr-un port, o singură navă autonomă poate acoperi necesarul de patrulare pe o distanță de 5 kilometri de drum acvatic, iar costurile se reduc cu peste 50% în comparație cu patrularea efectuată cu nave conduse manual.

VI. Cazuri de utilizare ale dispozitivelor acustice la distanță pe navele fără echipaj

Cazul 1: Aplicație colaborativă a patrulărilor cu nave fără echipaj la granița maritimă și dispozitive acustice la distanță

Un departament de gestionare a frontierelor maritime a introdus 8 nave de patrulare neîntrupate, fiecare echipată cu un dispozitiv acustic la distanță, o cameră de înaltă definiție, un sistem de poziționare Beidou și un modul de comunicare prin satelit. În timpul patrulărilor zilnice, navele fără echipaj navighează în apele de frontieră conform traseelor prestabilite. Când camera identifică o navă suspectă care se apropie de linia frontierei, dispozitivul acustic la distanță comută automat în mod direcțional și redă mesajul sonor de avertizare „Nava dumneavoastră s-a apropiat de linia frontierei Chinei, vă rugăm să virați imediat și să părăsiți zona, altfel vor fi luate măsuri suplimentare” către nava suspectă. Dacă nava suspectă refuză să plece, dispozitivul sincronizează informațiile despre poziția și cursul navei către centrul de comandă de la mal prin intermediul legăturii satelitare. Centrul de comandă poate regla la distanță volumul dispozitivului pentru a intensifica continuu avertizarea. În plus, atunci când patrulările manuale nu pot fi efectuate din cauza vremii nefavorabile (cum ar fi ploaia torențială sau ceața densă), navele fără echipaj pot continua să funcționeze normal și să difuzeze regulile de gestionare a frontierelor către navele care trec, utilizând acest dispozitiv, pentru a preveni incidentele de trecere ilegală a frontierei. După punerea în aplicare a acestei soluții, numărul incidentelor de trecere ilegală a frontierei în apele de frontieră a scăzut cu 75%, iar costul patrulării s-a redus cu 60% în comparație cu utilizarea navelor conduse manual.

Cazul 2: Aplicare practică a navelor fără pilot pentru intervenție în caz de inundații urbane și dispozitive acustice la distanță

Când un oraș a suferit dezastre cauzate de inundații datorate ploilor abundente, echipa de salvare a introdus în funcțiune 5 nave neomane de urgență. Fiecare navă neomana era echipată cu un dispozitiv acustic la distanță, un imager termic infraroșu și un dispozitiv de lansare a echipamentelor de salvare. Navele neomane au intrat rapid pe străzile inundate și în zonele acvatice ale comunității. Atunci când imagerul termic infraroșu detecta persoane blocate pe acoperișuri sau balcoane, dispozitivul acustic la distanță era activat imediat și reda instrucțiunea: „Vă rugăm să rămâneți într-un loc înalt pentru a fi salvați, nava neomana va lansa vestele de salvare și alimente pentru dumneavoastră, vă rugăm să nu intrați în apă fără permisiune”, adresată persoanelor blocate. În același timp, dispozitivul transmitea informațiile privind localizarea persoanelor blocate către centrul de comandă al operațiunii de salvare prin modulul de comunicație 4G, pentru a ajuta la organizarea echipei de salvare. În zona periculoasă unde adâncimea apei depășea 1,5 metri, navele neomane transmiteau prin dispozitiv avertizarea „Apa curge rapid aici, vă rugăm să nu vă apropiați” către persoanele din apropiere, pentru a preveni intrarea accidentală în apele periculoase. În această operațiune de salvare, combinația dintre dispozitivul acustic la distanță și nava neomana a ajutat echipa de salvare să transporte peste 230 de persoane blocate în termen de 4 ore. Eficiența transmiterii informațiilor a fost de 10 ori mai mare decât cea a difuzorului tradițional, iar niciun membru al echipei de salvare nu a fost rănit.