首页Home | 收藏本站 | 订阅 | 登录 | 注册 | 手机网 | 微博 | 微信 | 下载中心Download 2015/03/11 10:52:45


无人艇打造水域监测新“慧眼”


近日,由生态环境部牵头的长江入河排污口排查整治专项行动,圆满完成了第一批试点城市——江苏泰州和重庆的排污口排查工作,有效解决了污染源头排查难题,为长江水环境质量改善提供坚实的技术支持。而这一行动的顺利完成得益于无人艇的使用。这表明无人艇的运用正成为一种趋势。












智能控制 小身躯大用途




“无人艇的用途分两种:军用和民事。二战的时候就用来扫雷、反恐、反潜、海上情报的侦查等。民事方面主要是用于测绘、水文、环保。”武汉理工大学船舶工程系主任徐海祥向记者介绍道,无人艇依靠智能控制技术,借助螺旋桨的推力和舵机来实时调节航速和航向,实现自动按照预先设定的航线进行精准的走线、换线及回归等功能。智能控制系统的性能直接影响着无人艇航行的操纵性、经济性和安全性。该系统总结了人的操舵规律,在测量中自动控制无人艇的航速与航向,使得无人艇精准沿预定的测线运行,它能克服各种干扰,使无人艇自动地、稳定地运行,是实现无人艇自动作业和自动回归的核心技术。









记者了解到,当前,智能控制方法及其实现的研究已成为控制领域中一个热门课题。我国自控界在智能控制理论研究方面的成果已达国际水平,但在智能控制理论应用方面还刚刚开始。尽管智能控制理论和技术发展的历史不长,但是,其卓越的性能有道人面在各方面进行了许多应用尝试,并且取得了卓有实效的成果。





“通俗地讲,智能控制就是利用有关知识(方法)来控制对象,按一定要求达到预定目的。智能控制为解决控制领域的难题,摆脱了经典和现代控制理论的困境,开辟了新的途径。”武汉楚航测控科技有限公司(以下称“楚航测控”)工程部经理潘军杰说。




智能控制技术的主要方法有模糊控制、基于知识的专家控制、神经网络控制和集成智能控制等,常用优化算法有:遗传算法、蚁群算法、免疫算法等。




“除了智能控制,无人艇的关键技术还有多传感器集成与数据融合、远距离无线局域网的数据通讯与实时多模控制技术。”潘军杰指出,无人艇以无人化、集成化、自动化与智能化的信息获取方式,一方面为相关职能部门提供水下地形地貌测量、大坝安全监测、饮水安全监测、水质监测、水位水量监测等多项应用服务功能,是水务部门提高水务信息化水平和水资源管理效能,实现水资源的合理开发、优化配置、全面节约、有效保护和高效利用的工具,可大幅度提高测绘、水文、水利及水资源保护基础设施维护和管理水平,另一方面为相关部门科学决策提供详尽、准确的基础资料,对于促进基础设施建设、增强工程服务能力具有重要意义。












颠覆传统 效率精度大提升




据了解,无人艇设计了一个兼容多传感器的船载控制系统,可根据用户需求灵活的搭载GNSS接收机、测深仪、ADCP、电子罗盘、水质采样和在线监测仪等多种传感设备,目前市面上已开发出测绘型、水文型和水资源型三大系列无人艇。无人艇的主要用途与应用领域有:高精度水下地形测绘、水文信息自动化监测、大坝堤防安全检测、水环境自动监测、灾害应急服务。相对于传统的水文和水环境的运用来说,无人艇无疑是对人工时代的一个大颠覆。




传统的水文测量和水环境监测多是依靠燃油船进行,船体较大,复杂水域有些不能前往。“有些河道比较狭窄水流比较急的地方,人也到不了,作业起来比较危险。无人艇就能大显身手了。” 潘军杰告诉记者,传统的方式是在较污浊的水里取一点水样,拿回实验室分析。这种取样必须是人能去到的地方,不一定具备代表性。而无人智能艇是选择几个关键点,在走航的过程中取回整条河的参数,是一个实时的过程。“无人智能艇可以实现水质在线分布的测绘,通过这些数据比较和分析,可以看出污染扩散的情况,并把污染源追踪出来,配合探测设备,找出水底的‘暗管’,最终查出污染企业。”说到无人智能艇的特殊功能,潘军杰还告诉记者:“有的工厂为了排污,遮人耳目,从水底挖一个管道,由于环境局限无法取证。”




随着科学技术的不断进步, 各种新的技术也不断地应用于环境监测中。潘军杰还说,水环境监测日益规范,促使各级水环境监测中心在监测工作中积极采用新技术、新方法、新材料、新设备等,可以对水环境的监测则建议实行水污染的动态监测。




“无人艇以智能化和自动化模式一定程度上代替传统笨重的人工作业,这几年市场需求也更加明朗化。”楚航测控的研发经理许建雄说,对于许多用户单位来说,有了无人艇之后,在测量的效率和速度,包括它的质量都会有很大的提高。“比如测量鱼塘,传统方式就是拿个绳子吊着测一下,最少也要花半天时间。如果是无人艇,可能就是放在水里跑半个小时,相比他们原有的生产方式,会更省时省力、数据更准确。这也是无人艇一个很大的意义。”




许建雄还告诉记者,原有的水上测量客户,有他们自己的方法。如果经常作业,则会租5到6艘渔船,租金600-1000不等,需要半个月完成作业。但无法达到水深在2米或2米以内的区域。“以前是工人穿着到脖子以下的水裤,亲自下到现场。江边可以,水体比较硬,可以踩在上面,但是像有些沿海区域,淤泥可能100多年了,人一下去就不见了。更别谈拿到准确数据。如果是这种情况,用无人艇的话,是一个很好的补充。”












术业专攻 成就新产业集群




近年来,无人艇作为水上最为典型的无人智能平台系统备受世界重视。随着我国“海洋强国”战略的提出,我国的无人艇研发也迈入了新的阶段。




无人艇的关键技术在于感知、导航和控制这三个方向。感知技术为无人艇提供了眼睛和耳朵;导航技术用来接近或规避某些目标,相当于航迹规划或者是综合避障;控制技术就是无人艇的运动姿态进行航线、航向的控制。我国在无人艇所需的关键技术方面的研究已经非常深入,如上海交通大学的人机协同、华中科技大学的集群控制以及中国船舶重工集团公司等,都在无人艇方面提出了很多关键方法和策略,如中船重工704所就研制了能够在横摇过程中保持探头稳定性的稳定平台,大大提高了监测的精度。




“尤其是‘集群控制’,是领域的一个前沿。因为一个无人艇它的任务设定是比较单一的,多个无人艇组成的集群则可以高效地完成较为复杂的任务。”上海海洋大学博士、上海市青年科技英才扬帆计划资助项目主持者邢博闻表示。




在我国,无人艇最重要的应用在于测绘方面。这个应用其实很早之前就有——大概十年之前,东海航海保障中心就曾利用遥控艇绑着测量水深的设备去危险水域探测,可以说是无人艇测绘的开端。经过这么多年的发展,无人艇测绘行业已十分成熟。

据武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心副研究员马枫介绍,无人艇测绘有三种应用方式:第一,可以远程控制测绘,比如现在坐在房间里就可以用控制台加电台的方式来控制它,有点像遥控船;第二,可以定向测绘,即无人艇沿着在地图上轨迹点进行作业;第三,可以自主测绘,即操作者在地图上划定区域,无人艇可以自主选择最佳测绘方式,还可自主避障。

马枫对我国的无人艇技术信心十足,他认为,我国的无人艇研发已迈入了“绝对的”世界先进水平。“这是由于世界上80%的定线制航道在中国,只有定线制航道才有反复测绘的必要,这对于我们来说是一个得天独厚的优势。”



另外,他还告诉记者,我们国家有世界上最大的海上智能船测试场,也有最大的示范县,如珠海的万山和青岛的即墨。我国在无人艇的一些技术方面,比如全船数字孪生、航行数字孪生、视觉增强、全船智能测试系统、全船测试场等,都是世界领先。“这些优势一旦用好了,我国一定会世界上最大的无人艇领域产业集群。”马枫对无人艇的未来充满信心。


来源:中国水运报

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