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              行業新聞

              來看看國外的無人船有什么黑科技

              時間:2017-02-10 來源:Greenbay瀏覽次數:162

              學名:水面無人艇
               
              英文名稱:
              Unmanned Surface Vessel
               
              簡稱:USV
               

               

              近 年來受到國內外越來越多的關注。雖然當前船舶自動化水平較高,但船舶的正常運行始終離不開人的參與。即使是無人值班機艙,當有緊急情況發生時仍需要船員來 處理。船舶駕駛雖有衛星導航、電子羅盤、電子航道圖和自動舵的輔助,但駕駛臺還未實現無人化。船舶無人化不僅能提高船舶的自動化和智能化水平,也能減少船 舶發生危險的風險。據統計,在船舶碰撞事故中,89%-96%的事故可歸因于人的自身原因,包括明顯的和潛在的原因。

               

               

              國內外有很多研究機構和公司進行了船舶無人化研究,無人水面艇(USV)是研究中的熱點,其在軍事和民用都有廣闊的應用前景。在軍事方面,出于保護人身安全 的目的,在執行掃雷、偵察等危險系數高的任務時USV具有很大的優勢;在民用方面,USV能有效減少人員費用的支出和提高船舶航行的安全性。為此,本文介 紹國內外USV發展的現狀,列出當前世界上主要的USV和性能參數。

               

               

               

              美國USV發展現狀
               

               

              美 國是全球海軍實力最強大的國家,USV發展一直受到美國海軍的關注。早在二戰時期,美軍就在USV上架設了槍炮和導彈,通過遠程操控來對敵人進行攻擊。 1946年美國在測試核爆的“十字路行動”中,使用USV對核彈爆炸區域的水進行取樣,檢查水質的放射性。在20世紀60年代的越南戰爭中,美軍使用內燃 氣動力的USV船隊通過遠程控制來執行掃雷任務。20世紀70年代,USV被廣泛應用于美軍的反水雷艦艇系統上,該系統由一艘母船和若干子船組成,而子船 有USV、水下無人艇(UUVs)和無人飛機3種類型,在軍事監管中發揮了重要的作用。在20世紀90年代后期,美國海軍研發了具有自我防御功能的“Roboski”號噴射性USV,并于2000年初期開始在USV上安裝執行機密任務的傳感器平臺,在沿海形成具有戰斗力的USV船隊。

               

              同 時,美國PEO LMW研發了一款可重構,高速和長耐力的半自動USV,該USV配備具有ARPA功能的雷達、固定攝像機、紅外傳感器、麥克風、水深儀、溫度和風速傳感 器。在反潛戰時,還可配備聲吶系統。美國海軍水下作戰中心聯合公司于2002年起合作開發SPARTAN SCOUTUSV,它被認為是高新技術的示范項目,其目標是研發具有模塊化、可重構、多任務、高速、半自主航行的USV。2003年法國和新加坡也加入其 中。美國海軍航空和海上作戰系統中心機器人小組是SPARTAN SCOUT USV項目組的成員之一,該小組研發了測試樣機和USV通用平臺,旨在提高USV的載重和自主航行能力。

               

               

              在2007年,美國海軍海上系統司令部(NAVSEA)瀕海水雷戰項目執行辦公室制定了《海軍USV 總體規劃》,主要目的在于:

               
              ①滿足美國海軍USV 發展需求
              ②實現美國國防部2020年關于轉變軍事結構的發展目標
               

               

              該計劃提出,USV需要高度自動化水平,以減少遠程通信的需求和操作人員的負擔。該計劃對USV的軍事任務做了如下概括:

               
              ①掃雷
              ②反潛作戰
              ③海事安全
              ④水面戰爭
              ⑤支持特種作戰
              ⑥電子戰爭
              ⑦海事特別任務
               

              除 軍方外,位于弗吉尼亞州的UOV公司研發了以太陽能、風能和回收動力作為能源,理論上續航能力為無限長的UOV,適用于海洋數據收集、測量等。成立于20 世紀90年代的Navtec公司研發了基于噴水動力的USV——Owl MKⅡ,它在隱蔽性和配重能力上有顯著提高,并具有側掃聲吶和攝像功能,被應用在波斯灣。

               

               

              • Owl MKⅡ型USV設計圖

               

               

              • PEO LMW型無人船

               

              • SPARTAN SCOUT型無人船

               

              • Roboski型無人船

               

              • Seadoo challenger2000,美國空間與海上作戰系統中心太平洋分部(SSC PACIFIC)開發的無人船平臺

               

               

               

              以色列USV發展現狀
               

               

              以 色列是在USV軍事化方面領先的國家。最負盛名的是以色列國防部研發的“PROTECTOR”系列的USV,該USV能在不暴露身份的情況下執行一些關鍵 的任務,降低了船員和士兵的作戰風險。“PROTECTOR”采用遠程控制方式,最大航速能達到40kn,該型號USV已被新加坡和美國軍方采購。

               

               

              以 色列國防部還研發了一款自動航行的中型USV——“Silver Marlin”,通過岸邊監控系統和衛星通信控制系統實現對其的監控。該USV能夠實現船舶的自動避碰,并具有自動航行和超視距操作的功能,能攜帶多個傳 感器和武器系統,應用于執行沿海智能化巡邏任務,是防衛、反恐、掃雷、搜救和救援的重要保障。

               

              2005年以色列Elbit公司推出一款“黃貂魚(Stingary)”號USV,它是基于Elbit公司在無人機的基礎上研發的,船型小、隱蔽性好,能夠完成海岸物標識別、智能巡邏、電子戰爭等多項任務。

               

               

               

              • Protector型無人船

               

              • Silver Marlin型無人船

               

              • Stingary型無人船

              美國、以色列發展的USV主要是服務于國防,而其他國家發展的USV更多地服務于民用領域,比如航運、海洋環境保護、航道測量等。歐洲有很多科研機構從事USV的研發,日本對USV也有相應的研究。以下列出USV研究比較著名的項目和有代表性的船舶。

               
               

              2012 年9月,由Fraunhofer CML(海事物流和服務弗勞恩霍夫中心)、MARINTEK(挪威海事技術研究所)等8家研究機構共同合作完成一項MUNIN項目,項目預計完成日期為 2015年8月。MUNIN項目組以船長為200m的散貨輪作為對象,研究內容包括船舶自主航行、引擎自動控制、岸基遠程控制和物標探測,如下兩圖所示。

               

               

               

               

               
               

               

               

              英國無人船
               

              2004 年英國普利茅斯大學MIDAS 科研小組開始研發USV——“Springer”,如下圖所示。該船為雙體船,主要用途是在內河、水庫和沿海等淺水水域追蹤污染物,測量環境和航道信息, 還用于傳感器采集技術、測量技術以及能源控制系統研究的人。該船用直流電機驅動,使用SLAM技術克服GPS定位可靠性不夠高的缺點,能基于船舶航行環境 預估船舶下一步位置。普利茅斯大學Naeem W對Springer自動導航、環境監測和基于COLREGs的規則自動避碰進行了較為深入的研究。

               

               

               

              意大利無人船
               

              意 大利熱那亞CNR-ISSIA研究機構研發的“Charlie”號USV是一艘雙體船,主要作用是在南極洲對海洋微表層進行取樣和收集大氣海洋界面的數據 以及在淺水區域探測魚雷,如下圖所示。該船由無刷直流電機驅動,并在船上配備太陽能板。Caccia等對Charlie導航、控制、路徑規劃和避碰均有研 究,并進行了很多相關實驗。

               

               

               

               

              葡萄牙
               

               

              Delfim 是由葡萄牙DSOR(動力系統和海洋機器人實驗室)研發的小型自動航行的雙體ASV(自動水面船舶),用于與AUV(自動水下船舶)聯合作業,執行海洋數 據的實時采集和傳輸,如下圖所示。ASV上裝有DGPS、USBL(水下定位裝置)、高速通信模塊以及海洋數據測量設備,在執行任務時,ASV向AUV傳 輸定位數據以供AUV定位,AUV向ASV傳輸海洋測量數據,ASV再將這些數據傳回岸邊或者周圍的船舶。該項研究由歐盟資助,執行時間是1998年到 2000年。

               

               

              德國
               

               

              德國Veer公司在1997年就開始研發USV,起始階段研究工作主要集中在漁業,生產了“STIPS I”和“STIPS Ⅱ”兩種USV。在2005年,Veer公司研發了多任務的VSV“MMSV Ⅲ”,如下圖所示。


              1998年至2000年期間,德國聯邦科技部資助MESSIN項目,該項目研發了一條雙體USV船舶,該船用于在低于5m水深的水域執行多種測量和研究任務。

               

               

              法國
               

               

              ROAZ是由法國波爾多工程研究所自主系統實驗室研發的ASV,如下圖所示。與Delfim類似,ROAZ通過視覺信息來計算AUV與ASV的相對位置和方位,在內河環境下實現AUV 的自動靠泊服務。

               

               


               

               

               

              日本
               

               

              日 本雅馬哈公司研發了兩種USV,一種是高速無人艇UMV-H型,另一種為海洋無人艇UMV-O型。UMV-H型USV使用水噴射動力,最大功 率達到90kW,長為4.44m,可攜帶常用的一些設備,比如水下攝像機和聲吶,UMV-H的最主要特點是既可以載人也可以無人航行。UMV-O型USV 是一個針對遠洋航行的USV,主要目的是監控海洋和大氣的生物地球化學和物理參數,具有很長的續航能力。第一艘UMV-O型USV取名為“Kan- Chan”號,是由日本的科學與技術機構研發成功。

               

               

               

               

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