無人艇研發需要重點抓住什么？

鄭銳聰

廣州海工船舶設備有限公司多年來一直專注于無人艇的研發和制造，對無人艇的主要組成系統包括自扶正船體、電力推進系統、無線傳輸和通訊、智能航行控制、信息和位置感知、無軸推進器、數據管理系統、全自動作業裝備等方面技術，都進行了深入研究和大量試驗，研發出適合于各種用途和各種場合的無人艇，包括廣泛應用于不同的海洋漁業作業的燈光誘魚無人艇、穿浪型探魚無人艇、拖網作業無人艇，以及廣州市第一條5G無人艇5G水質監測無人艇、海洋科研使用的太陽能無人艇和執法無人艇等。除了提供整艇和后臺數據管理系統外，廣州海工還研發和銷售無人艇專用設備，如全自動卷揚機、無軸式電力推進器等。

無人艇作為一種新型的海洋或水上作業工具，是一種水上機器人，其用途廣泛、技術復雜、集成度高，研發需要具備多個專業和學科甚至新興技術領域的知識，比如人工智能、5G通訊，不僅技術新，且很少有先例可以參考，這就給研發帶來了較大難度。同時，無人艇又有別于有人艇，比如可靠性、智能化程度等要求高，需要采用先進技術如電力推進，以提高動力系統的可靠性和安全冗余度，需要更新的無線傳輸和通訊技術以確保可靠信息和指令傳輸。此外，智能航行駕駛需采用靈敏的多傳感器信息融合和決策技術，對周圍環境做出充分感知和及時判斷，使無人艇以一定規則和動作行駛。無人艇針對不同的用途搭載不同的設備，而很多設備都是高度自動化和智能化，需要重新研發。雖然有部分共性技術或通用設備可以在有人船艇上的類似設備上得到參考，但應用在無人環境下會產生新的問題，而這些問題并非可以完全預測，需要通過大量試驗甚至試用和發現才能解決。上述這些都給無人艇的研發和制造帶來了難度。

無人艇研發的重點是安全可靠的船體和設備，以及智能完善的控制系統。以廣州海工的漁業無人艇為例：首先，船體研發是重點。在風高浪急的海域進行誘魚作業，船體要做得穩定、堅固和耐撞擊，無人艇的回收和下放需要特殊的吊裝，船艙內柴油機要有進氣、排煙、散熱通道設計，誘魚燈要有燈筒。無人艇要求船體能承受日曬雨淋，耐高溫、耐波浪、耐腐蝕，且無人艇被打翻后要防止進水、可自動扶正。這就對無人艇的船體設計提出了更高要求。

其次，船載設備也是研發的重點。船艙內設備要經受不同海況下長期顛簸、振動，設備固定螺絲需要防松設計、防腐蝕設計，柴油機供電系統需要遠程啟停，燈光系統需要自動收放，動力系統需要新型環形推進動力，轉舵系統需要自主轉舵功能，控制系統需要冗余設計，通信系統需要穩定可靠，幾乎所有設備都需要經過特殊改造或者二次開發。

第三，無人艇關鍵的性能要求是可靠性，尤其是動力系統的可靠性。相比系統復雜、故障率高的柴油機驅動系統，采用電力推進系統及高可靠性的無軸推進器是良好的選擇。在無人艇設計中，要根據工況和作業要求，采用混合動力系統、純電池系統，以及裝備結構簡單、原理可靠的無軸式電力推進器。這就需要解決系統之間的匹配，以及無軸推進器的材料、控制、工藝、水動力等諸多技術問題。純電池系統+無軸推進器是無人艇的最佳選擇，在續航要求較高的情況下，柴電推進或混合動力推進也是一個不錯的選擇，適合無人艇的高可靠性要求。

最后，無人艇的控制系統更是重中之重。控制系統是無人艇的靈魂核心，有了智能的控制系統，無人艇才真正具備智能化、無人化自主作業的能力。無人艇的自動巡航、自動返航、自動避障、自動跟隨、計劃任務等功能，都需要系統具有強大的運算能力。無人艇的控制系統龐大而復雜，甚至可以單獨拆分成幾十個單獨的專業化信息處理系統，所以無人艇智能控制系統要做的不單單是整合，更要使這些系統融合，只有這些系統相互之間配合無間，才會帶來無人艇的靈動與智慧。

5G通訊、新能源、推進器等技術的發展，大大促進了無人艇技術進步。譬如，5G通訊技術因為通信帶寬的大幅增加、數據延時大幅減少，給無人艇帶來了新的發展機遇。以廣州海工的5G水質監測無人船為例，這款應用智慧河涌管理的智能化無人艇可用來代替傳統的人工取樣監測。

5G水質監測無人船分為船體、手機客戶端和管理系統三大部分。5G無人船可以自主航行、自動充電、自動檢測水質和自動將數據上傳到服務器，船上還配置了攝像頭等傳感器。用戶可以通過手機客戶端、管理系統操控平臺遠程控制無人船，客戶端、操控平臺可實時顯示船上攝像頭的圖像、水質數據、電量參數、定位參數等。5G技術的強大通訊功能使得無人船遠程實時駕駛成為可能，視頻和數據的延遲少于0.1秒，操作流暢無卡頓，操作體驗性非常好，有網絡的地方都可以進行，不受地域和距離的限制。通過管理系統，用戶還可以規劃任務，讓無人船按時定點巡航，自動將數據上傳到服務器上，全程不受人工干預，杜絕了人工操作可能產生的差錯。

此款水質監測船還配備了最新無軸電力推進器，成為了全球第一款使用無軸推進器的水質監測無人艇。值得一提的是，該推進器無需傳動軸，避免了無人艇受水草纏繞、異物卡塞的意外，從而適應更廣泛的作業環境。

無人艇已經廣泛應用于水質監測、科學考察、地形測繪、軍事掃/排雷等領域，隨著技術不斷發展、成熟，無人艇的應用領域必將越來越廣泛，包括漁業、航運、海上平臺等高危險、大強度的人工作業將逐步由無人艇取代。