關(guān)于現(xiàn)有救助艇改裝遙控操縱的可行性探討

黃安康

摘? 要：21世紀(jì)，科技信息化高速發(fā)展，我國即將進(jìn)入5G時代，AI、VR、AR、無人駕駛等技術(shù)不斷發(fā)展成熟。在此大背景下，救助裝備的科技信息化發(fā)展已成必然趨勢，海事系統(tǒng)已初步完成智能海上無人巡邏艇的研發(fā)，系統(tǒng)內(nèi)單位已就海上無人救生艇展開研究。本文就如何對現(xiàn)有救助裝備（救助艇）進(jìn)行信息化升級展開探討。關(guān)鍵詞：救助艇;遙控;救生;信息化

0 引 言

現(xiàn)有救助艇為有人操縱模式，在救助中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是目前救助中的重要裝備。但現(xiàn)有救助艇受氣象海況限制明顯，主要原因是在超過一定海況后，人員操縱和收、放艇作業(yè)中的安全風(fēng)險較高，救助人員自身安全受到嚴(yán)重威脅。本文旨在不影響現(xiàn)有救助艇功能及結(jié)構(gòu)的前提下，初步實現(xiàn)救助艇遠(yuǎn)程可視遙控功能，以供緊急或特殊情況下使用。

1 實施方案

1.1 遙控系統(tǒng)組成單元

遙控系統(tǒng)是一個綜合性控制系統(tǒng)，主要由控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、可視系統(tǒng)及語音系統(tǒng)組成，其中核心控制系統(tǒng)由油門控制單元、方向控制單元、正倒車控制單元及遠(yuǎn)程無線數(shù)傳單元等組成，其他系統(tǒng)由相應(yīng)子單元配合組成（見圖1），整套遙控系統(tǒng)的加裝，可初步實現(xiàn)現(xiàn)有救助艇的遠(yuǎn)程可視遙控操縱功能（L1級無人駕駛）。本文主要涉及現(xiàn)有救助艇控制系統(tǒng)的改裝及定位系統(tǒng)、可視系統(tǒng)、語音系統(tǒng)的加裝，著重針對救助艇控制系統(tǒng)的改裝展開討論。

1.2 現(xiàn)有救助艇控制系統(tǒng)工作原理（以DHJ204開敞式救助艇為例）

DHJ204輪開敞式救助艇為單車單舵噴泵推進(jìn)動力系統(tǒng)，噴泵型號為Alamarin Jet 230，如圖2、圖3所示。艇機(jī)型號為4LHA-HTP，其控制系統(tǒng)由舵輪及單控制手柄組成，其中控制手柄集成正倒車控制與油門控制功能。救助艇控制系統(tǒng)具體工作原理如下：

轉(zhuǎn)向控制原理：救助艇噴泵轉(zhuǎn)向控制單元通過軟軸與舵輪連接，舵輪端軟軸前端為螺旋狀蝸齒結(jié)構(gòu)（彈簧形狀），軟軸與舵輪通過齒輪嚙合實現(xiàn)舵輪對方向的控制。正倒車及油門控制原理：DHJ204艇機(jī)油門及噴泵正倒車控制由單一控制手柄操作實現(xiàn)，具體原理如下：如圖4所示，上層結(jié)構(gòu)為油門控制撥片，撥片通過軟軸與艇機(jī)油門連接，控制手柄的轉(zhuǎn)動帶動油門撥片的移動，從而控制艇機(jī)油門的收放;如圖5所示，為正倒車控制撥片，撥片通過特殊齒輪結(jié)構(gòu)與控制手柄轉(zhuǎn)動輪連接，同時撥片通過軟軸與噴泵正倒車控制液壓閥連接。油門與正倒車的集成通過如圖所示結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，工作原理為：當(dāng)控制手柄從零位開始轉(zhuǎn)動時，正倒車控制撥片通過齒輪嚙合同步移動，實現(xiàn)正倒車控制的轉(zhuǎn)換（此時油門控制撥片不隨控制手柄移動），當(dāng)控制手柄移動到一定角度，控制手柄轉(zhuǎn)動輪與正倒車控制撥片齒輪脫開后，撥片不再隨控制手柄的繼續(xù)移動而移動，正倒車控制轉(zhuǎn)換完成;完成正倒車轉(zhuǎn)換后繼續(xù)推動控制手柄，此時手柄轉(zhuǎn)動輪帶動油門控制撥片移動，從而控制艇機(jī)油門的收放。

以上油門、方向及正倒車控制都是通過物理連接（軟軸）的方式與相應(yīng)的操縱手柄連接，充分了解上述系統(tǒng)控制原理和結(jié)構(gòu)是下階段加改裝工作的前提和基礎(chǔ)。

1.3 加裝方案

（1）控制系統(tǒng)改裝方案

控制系統(tǒng)的改裝是本方案的重點，在不改變現(xiàn)有救助艇操縱功能的前提下，如何實現(xiàn)遙控控制是本方案的關(guān)鍵，具體改裝方案如下：

結(jié)合上述救助艇控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理，本方案擬在油門、方向及正倒車控制操作端各合適位置安裝一臺扭力舵機(jī)，扭力舵機(jī)通過連桿與各控制撥片、軟軸固定連接并提供移動力矩（不改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，遙控、手動都可實現(xiàn)操作），各舵機(jī)通過線纜及端口與遙控芯片連接。

（2）可視及語音系統(tǒng)加裝方案

遙控操作距離超出視距范圍時，需要加裝視覺及語音設(shè)備提供輔助，具體方案為：在救助艇制高點（扶正浮箱位置）安裝一部云臺及前后攝像頭、語音設(shè)備，攝像頭與無線圖傳設(shè)備連接;云臺可確保攝像頭在救助艇搖擺時畫面的穩(wěn)定性和視角的移動控制，整個裝置通過適當(dāng)材質(zhì)的半圓形透明罩進(jìn)行水密保護(hù)，并存放適量干燥劑，確保設(shè)備環(huán)境干燥。

（3）整體遠(yuǎn)程可視遙控功能的實現(xiàn)

經(jīng)過上述的加改裝，救助艇已基本具備遠(yuǎn)程可視遙控操縱功能，只需將相應(yīng)的設(shè)備（包括GPS模塊）通過線纜及端口與遙控芯片連接，并通過遠(yuǎn)程無線圖傳、數(shù)傳設(shè)備與遙控器保持實時的數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程可視遙控操縱功能。

本方案中所涉及的電子元件的加改裝在安裝后都要進(jìn)行水密保護(hù)處理并保持設(shè)備環(huán)境干燥，確保各設(shè)備穩(wěn)定運行。

1.4 現(xiàn)有技術(shù)條件

要實現(xiàn)上述功能，需要無線數(shù)、圖傳送設(shè)備，扭力舵機(jī)，無線云臺、攝像頭，以及遙控芯片等設(shè)備的支持，根據(jù)前期的摸底查詢，目前上述設(shè)備現(xiàn)有技術(shù)已比較成熟，具體性能如下：

（1）無線數(shù)、圖傳送設(shè)備

現(xiàn)有性能較好的設(shè)備基本采用雙路冗余、雙天線雙模塊設(shè)計，具備超遠(yuǎn)鏈路擴(kuò)頻技術(shù)及全角度增益天線。在無大型物體遮擋環(huán)境下，理論通信距離可達(dá)30～50 km，實測性能可達(dá)在10 km左右傳輸，5 km左右穩(wěn)定傳輸，且不需要互聯(lián)網(wǎng)支持，滿足遠(yuǎn)海環(huán)境條件使用。

（2）扭力舵機(jī)

以現(xiàn)有產(chǎn)品為例，尺寸：9.5*6*10（cm），工作電壓：12～24 V間都能運行，最大扭矩：180 kg/cm（24V），響應(yīng)速率：0.12S/60°（24V）?，F(xiàn)有扭力舵機(jī)產(chǎn)品大小適中，力矩大，響應(yīng)速度高，適合在救助艇內(nèi)較小空間安裝及快速反應(yīng)操縱。

（3）無線云臺及攝像頭

目前，現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)品已非常成熟，攝像頭圖像回傳分辨率可達(dá)高清以上，云臺方向角度可通過遠(yuǎn)程調(diào)整控制，符合在遠(yuǎn)程遙控時視角的轉(zhuǎn)換需求。

（4）遙控芯片

遙控芯片是整個遙控系統(tǒng)的核心部件，需將所有附加設(shè)備全部整合到一起，實現(xiàn)多通道的聯(lián)合控制。目前，現(xiàn)有的遙控芯片可實現(xiàn)24通道以上的設(shè)備連接整合（本方案只需8通道），且可通過手機(jī)APP或電腦軟件連接對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和控制，滿足現(xiàn)有改裝方案的需求。

結(jié)合上述加改裝方案及現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)條件，本人認(rèn)為對現(xiàn)有救助艇在不改變現(xiàn)有功能及結(jié)構(gòu)的條件下，改裝遙控操縱的難度適中，成本不高，技術(shù)條件滿足，改裝方案可行性較高。

2 應(yīng)用前景

2.1 提升應(yīng)急能力

具備遠(yuǎn)程可視遙控功能的救助艇可作為應(yīng)急手段，在惡劣天氣下無法有人操作或不適合人員上艇作業(yè)等特殊情況或緊急情況下使用，作為自身應(yīng)急處置能力儲備。

2.2 鍛煉隊伍，儲備技術(shù)

救助裝備科技信息化升級發(fā)展是必然趨勢，經(jīng)過信息化升級后的救助艇可作為日常訓(xùn)練裝備，提前培養(yǎng)和訓(xùn)練一批初步具備操控信息化救助裝備的人員，為建設(shè)國際現(xiàn)代化救助隊伍儲備人才和技術(shù)。

2.3 補(bǔ)充救助手段，提升救助能力

現(xiàn)有救助艇雖受氣象海況限制明顯，但機(jī)動性能良好，抗風(fēng)浪能力較強(qiáng)且具有自扶正功能，經(jīng)過信息化升級后的救助艇可在較惡劣海況下遙控作業(yè)，規(guī)避人員安全風(fēng)險，作為現(xiàn)有救助手段的補(bǔ)充，提升現(xiàn)在救助能力。

2.4 探索道路，提升信息化水平

我國現(xiàn)代化航運發(fā)展起步較晚，在航海技術(shù)和航運裝備方面較西方發(fā)達(dá)國家還存在一定距離，尤其是海上信息化救助裝備的研發(fā)和投入較航運發(fā)達(dá)國家還存在較大差距，面對部分西方國家對我國的技術(shù)封鎖，唯有自身摸索，不斷研究，才能自立自強(qiáng)。本方案對現(xiàn)有救助艇的信息化改裝亦基于上述觀點，通過自身的探索和積累，逐步發(fā)展強(qiáng)大，不斷提升救助裝備科技信息化水平。

3 結(jié) 語

以上是本人在實際工作中的一點想法和感悟，僅供各位同行參考，希望能為國家救助事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一點力量，如有不足之處，請批評指正。