无人艇研发需要重点抓住什么？

郑锐聪

广州海工船舶设备有限公司多年来一直专注于无人艇的研发和制造，对无人艇的主要组成系统包括自扶正船体、电力推进系统、无线传输和通讯、智能航行控制、信息和位置感知、无轴推进器、数据管理系统、全自动作业装备等方面技术，都进行了深入研究和大量试验，研发出适合于各种用途和各种场合的无人艇，包括广泛应用于不同的海洋渔业作业的灯光诱鱼无人艇、穿浪型探鱼无人艇、拖网作业无人艇，以及广州市第一条5G无人艇5G水质监测无人艇、海洋科研使用的太阳能无人艇和执法无人艇等。除了提供整艇和后台数据管理系统外，广州海工还研发和销售无人艇专用设备，如全自动卷扬机、无轴式电力推进器等。

无人艇作为一种新型的海洋或水上作业工具，是一种水上机器人，其用途广泛、技术复杂、集成度高，研发需要具备多个专业和学科甚至新兴技术领域的知识，比如人工智能、5G通讯，不仅技术新，且很少有先例可以参考，这就给研发带来了较大难度。同时，无人艇又有别于有人艇，比如可靠性、智能化程度等要求高，需要采用先进技术如电力推进，以提高动力系统的可靠性和安全冗余度，需要更新的无线传输和通讯技术以确保可靠信息和指令传输。此外，智能航行驾驶需采用灵敏的多传感器信息融合和决策技术，对周围环境做出充分感知和及时判断，使无人艇以一定规则和动作行驶。无人艇针对不同的用途搭载不同的设备，而很多设备都是高度自动化和智能化，需要重新研发。虽然有部分共性技术或通用设备可以在有人船艇上的类似设备上得到参考，但应用在无人环境下会产生新的问题，而这些问题并非可以完全预测，需要通过大量试验甚至试用和发现才能解决。上述这些都给无人艇的研发和制造带来了难度。

无人艇研发的重点是安全可靠的船体和设备，以及智能完善的控制系统。以广州海工的渔业无人艇为例：首先，船体研发是重点。在风高浪急的海域进行诱鱼作业，船体要做得稳定、坚固和耐撞击，无人艇的回收和下放需要特殊的吊装，船舱内柴油机要有进气、排烟、散热通道设计，诱鱼灯要有灯筒。无人艇要求船体能承受日晒雨淋，耐高温、耐波浪、耐腐蚀，且无人艇被打翻后要防止进水、可自动扶正。这就对无人艇的船体设计提出了更高要求。

其次，船载设备也是研发的重点。船舱内设备要经受不同海况下长期颠簸、振动，设备固定螺丝需要防松设计、防腐蚀设计，柴油机供电系统需要远程启停，灯光系统需要自动收放，动力系统需要新型环形推进动力，转舵系统需要自主转舵功能，控制系统需要冗余设计，通信系统需要稳定可靠，几乎所有设备都需要经过特殊改造或者二次开发。

第三，无人艇关键的性能要求是可靠性，尤其是动力系统的可靠性。相比系统复杂、故障率高的柴油机驱动系统，采用电力推进系统及高可靠性的无轴推进器是良好的选择。在无人艇设计中，要根据工况和作业要求，采用混合动力系统、纯电池系统，以及装备结构简单、原理可靠的无轴式电力推进器。这就需要解决系统之间的匹配，以及无轴推进器的材料、控制、工藝、水动力等诸多技术问题。纯电池系统+无轴推进器是无人艇的最佳选择，在续航要求较高的情况下，柴电推进或混合动力推进也是一个不错的选择，适合无人艇的高可靠性要求。

最后，无人艇的控制系统更是重中之重。控制系统是无人艇的灵魂核心，有了智能的控制系统，无人艇才真正具备智能化、无人化自主作业的能力。无人艇的自动巡航、自动返航、自动避障、自动跟随、计划任务等功能，都需要系统具有强大的运算能力。无人艇的控制系统庞大而复杂，甚至可以单独拆分成几十个单独的专业化信息处理系统，所以无人艇智能控制系统要做的不单单是整合，更要使这些系统融合，只有这些系统相互之间配合无间，才会带来无人艇的灵动与智慧。

5G通讯、新能源、推进器等技术的发展，大大促进了无人艇技术进步。譬如，5G通讯技术因为通信带宽的大幅增加、数据延时大幅减少，给无人艇带来了新的发展机遇。以广州海工的5G水质监测无人船为例，这款应用智慧河涌管理的智能化无人艇可用来代替传统的人工取样监测。

5G水质监测无人船分为船体、手机客户端和管理系统三大部分。5G无人船可以自主航行、自动充电、自动检测水质和自动将数据上传到服务器，船上还配置了摄像头等传感器。用户可以通过手机客户端、管理系统操控平台远程控制无人船，客户端、操控平台可实时显示船上摄像头的图像、水质数据、电量参数、定位参数等。5G技术的强大通讯功能使得无人船远程实时驾驶成为可能，视频和数据的延迟少于0.1秒，操作流畅无卡顿，操作体验性非常好，有网络的地方都可以进行，不受地域和距离的限制。通过管理系统，用户还可以规划任务，让无人船按时定点巡航，自动将数据上传到服务器上，全程不受人工干预，杜绝了人工操作可能产生的差错。

此款水质监测船还配备了最新无轴电力推进器，成为了全球第一款使用无轴推进器的水质监测无人艇。值得一提的是，该推进器无需传动轴，避免了无人艇受水草缠绕、异物卡塞的意外，从而适应更广泛的作业环境。

无人艇已经广泛应用于水质监测、科学考察、地形测绘、军事扫/排雷等领域，随着技术不断发展、成熟，无人艇的应用领域必将越来越广泛，包括渔业、航运、海上平台等高危险、大强度的人工作业将逐步由无人艇取代。