水面智能無人船在燈浮標(biāo)維護(hù)中的應(yīng)用研究

鐘興富 李超華

摘 要：水面智能無人船是除無人機(jī)之外的又一項(xiàng)新型水上安全監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)維護(hù)的設(shè)備，水面智能無人船的合理應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)燈浮標(biāo)的維護(hù)。本文首先介紹了水面智能無人船及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在其基礎(chǔ)上，分析了水面智能無人船在燈浮標(biāo)維護(hù)工作中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水面智能無人船 維護(hù)方法 燈浮標(biāo) 日常巡檢

1.引言

航標(biāo)是保障船舶安全航行的重要設(shè)施，截止到2018年年底，沿海航標(biāo)數(shù)量接近1.6萬座，其中燈浮標(biāo)的數(shù)量為0.4萬座。燈浮標(biāo)的維護(hù)工作總量和難度均為相關(guān)領(lǐng)域工作人員帶來了巨大挑戰(zhàn)。使用水面智能無人船可對(duì)燈浮標(biāo)進(jìn)行有效維護(hù)，所以本文的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

2.水面智能無人船及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1水面智能無人船概述

水面智能無人船簡(jiǎn)稱無人駕駛船或無人船，以動(dòng)力船體作為平臺(tái)，搭載控制設(shè)備、通信設(shè)備和特殊功能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)特殊工作目標(biāo)。水面智能無人船主要以地面基站或者母船控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。無線通訊系統(tǒng)助力于控制中心的各項(xiàng)監(jiān)管和控制工作，進(jìn)而完成無人船發(fā)送出的各種數(shù)據(jù)信號(hào)的接收工作。通過對(duì)接收到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以更好地掌握無人船運(yùn)行狀態(tài)。目前，水面智能無人船仍有較高的研究熱度，但是對(duì)其應(yīng)用的研究主要集中在軍事領(lǐng)域。隨著人類對(duì)于海洋的持續(xù)探索，將水面智能無人船應(yīng)用到海洋商業(yè)開發(fā)以及巡航檢驗(yàn)工作等方面，有利于發(fā)現(xiàn)這些領(lǐng)域的廣闊發(fā)展前景。

2.2水面智能無人船優(yōu)勢(shì)

（1）功能豐富

將預(yù)先設(shè)定好系統(tǒng)參數(shù)的智能機(jī)器人搭載到無人船上，可根據(jù)實(shí)際情況，觸發(fā)相關(guān)指令，完成巡航、檢測(cè)與問題處理。比如，無人船上搭載的智能機(jī)器人可以對(duì)航標(biāo)的太陽能板和燈器進(jìn)行擦拭，對(duì)航標(biāo)本身存在的銹蝕問題除銹和噴漆保養(yǎng)。而且，無人船搭載的水下機(jī)器人還對(duì)航標(biāo)的錨鏈狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。與無人機(jī)相比，水面智能無人船的載荷更大，如果在日常巡檢中發(fā)現(xiàn)了航標(biāo)漂失的問題，可以使用無人船對(duì)漂失的航標(biāo)進(jìn)行追蹤，將丟失航標(biāo)的坐標(biāo)參數(shù)發(fā)回到控制中心，由控制中心制定尋回方案。這一環(huán)節(jié)不需要工作人員直接到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定位、追蹤和尋回操作，有效地節(jié)約了人力物力，而且還提高了航標(biāo)尋回的實(shí)際效率，將損失控制在最低范圍之內(nèi)。

（2）成本低廉

水面智能無人船在實(shí)際運(yùn)行中僅需要二至三名工作人員進(jìn)行操作管理，這一運(yùn)行模式有效地節(jié)約了人力和物力。并且，我國(guó)現(xiàn)階段研究的水面智能無人船設(shè)備最高的航速已經(jīng)達(dá)到了30節(jié)，續(xù)航能力較比之前有了大幅度提升，最高可以達(dá)到上百公里，可以滿足轄區(qū)內(nèi)絕大部分航標(biāo)的巡檢工作，體現(xiàn)出了較高的性價(jià)比。

（3）范圍廣闊

與無人機(jī)相比，水面智能無人船的適用范圍更加廣泛。在實(shí)際的應(yīng)用中，無人機(jī)無法在霧霾天氣使用，而無人船可以有效地突破這一技術(shù)壁壘，即便是在霧霾天氣中也能近距離靠近巡航目標(biāo)，在不影響航標(biāo)正常運(yùn)行的情況下對(duì)其進(jìn)行檢查。霧霾天氣以及其他惡劣天氣對(duì)無人船巡航檢查結(jié)果精準(zhǔn)度影響較小。而且，目前我國(guó)投入使用的無人船船身最大不超過10m，無人船本身的體積不大，運(yùn)行更加靈活，在實(shí)際的應(yīng)用中不會(huì)產(chǎn)生通航限制問題。

3.水面智能無人船在燈浮標(biāo)維護(hù)工作中的應(yīng)用研究

3.1燈浮標(biāo)維護(hù)現(xiàn)狀

（1）維護(hù)內(nèi)容

現(xiàn)場(chǎng)巡檢與維護(hù)工作中，主要的維護(hù)內(nèi)容包括了航標(biāo)的顏色、結(jié)構(gòu)以及燈質(zhì)，并對(duì)航標(biāo)的位置進(jìn)行核對(duì)，檢查電壓和電流并校對(duì)燈質(zhì)，同時(shí)還要對(duì)設(shè)備與標(biāo)體進(jìn)行清潔。與此同時(shí)，航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)沿海航標(biāo)維護(hù)工作中進(jìn)行了全面應(yīng)用，但是目前的技術(shù)水平僅能滿足設(shè)備系統(tǒng)電流、電壓、燈質(zhì)與位置的檢查，而且在檢驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)的問題還需要工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核驗(yàn)，因此這一方法只能作為日常巡航維護(hù)工作的補(bǔ)充手段。

（2）維護(hù)方法

燈浮標(biāo)維護(hù)工作主要分為了航標(biāo)巡檢以及航標(biāo)保養(yǎng)等兩種方法。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)燈浮標(biāo)航標(biāo)巡檢工作主要是通過航標(biāo)日常巡檢與維護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)。工作中，首先需要制定出年度、季度、月度的檢驗(yàn)工作計(jì)劃表，檢驗(yàn)的內(nèi)容要涉及到外形、位移、結(jié)構(gòu)腐蝕性等多項(xiàng)內(nèi)容。其次，在工作中嚴(yán)格地落實(shí)日常檢測(cè)項(xiàng)目，并對(duì)其中存在的故障以及失常問題進(jìn)行修復(fù)。最后，以年度為周期定期對(duì)航標(biāo)進(jìn)行全面細(xì)致地保養(yǎng)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查和系統(tǒng)維護(hù)，以維持航標(biāo)整體的穩(wěn)定性。

3.2水面智能無人船的應(yīng)用

（1）日常巡檢

日常工作中，工作人員要根據(jù)巡檢的計(jì)劃，遙控水面智能無人船到達(dá)指定的海域，使用定位、船載攝像以及傳輸設(shè)備，攝像設(shè)備拍攝將這一海域內(nèi)的燈浮標(biāo)的顏色、結(jié)構(gòu)、燈光和實(shí)時(shí)位置等信息畫面進(jìn)行集成并以傳輸設(shè)備傳輸?shù)讲僮骺刂浦行?，接受工作人員的檢查。同時(shí)，在日常巡檢工作中，無人船還要將發(fā)現(xiàn)的小型船舶系泊在浮標(biāo)上以及其他可能對(duì)浮標(biāo)效能產(chǎn)生影響的情況，使用聲音和雷達(dá)等設(shè)備進(jìn)行驅(qū)趕，并利用視頻系統(tǒng)進(jìn)行取證。

例如，南海航海保障中心的工作人員在日常巡檢中使用了水面智能無人船對(duì)航標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行了巡檢。巡檢中使用了surf沖浪者型號(hào)無人船設(shè)備，對(duì)巡檢的具體效果以及代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工駕駛船只進(jìn)行巡檢工作的可能性進(jìn)行了探索。巡檢中重點(diǎn)對(duì)南海航道兩側(cè)的燈浮標(biāo)進(jìn)行了日常巡檢，主要內(nèi)容為航標(biāo)檢查以及位移狀況測(cè)定。經(jīng)過了巡航檢查后，工作人員精準(zhǔn)地掌握了燈浮標(biāo)的編號(hào)以及外形結(jié)構(gòu)是否存在變形和損壞等情況，通過激光測(cè)距儀還測(cè)算了航標(biāo)坐標(biāo)，通過對(duì)原本的坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判定航標(biāo)是否存在位移問題。不僅如此，surf沖浪者號(hào)水面智能無人船設(shè)備搭載了CCD相機(jī)，有效的拍攝范圍可以達(dá)到97°，自動(dòng)測(cè)量狀態(tài)下的船速為2m/s，最高速度可以達(dá)到3m/s，續(xù)航時(shí)間超過了10h，抗風(fēng)能力達(dá)到了最高5m/s，即便在惡劣天氣下也能正常運(yùn)行并精準(zhǔn)測(cè)量得到所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

（2）突發(fā)應(yīng)急航標(biāo)管理部門的工作人員在工作中可能會(huì)遇到引航、海事等單位或者個(gè)人發(fā)布的航標(biāo)失常信息，此類問題在航標(biāo)巡檢中也能被發(fā)現(xiàn)。通常情況下，航標(biāo)信息管理部門的工作人員需要先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)之后，判斷信息是否真實(shí)，才能做出相應(yīng)的處理方案。比如，針對(duì)航標(biāo)失常情況，要根據(jù)具體的失常問題以及嚴(yán)重程度，制定出修復(fù)措施。但是，經(jīng)過“接收信息-到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)-確認(rèn)信息-判斷問題-返回控制中心-制定方案”的全過程之后，往往不能在第一時(shí)間對(duì)此類突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處理，延誤了最佳的修復(fù)時(shí)間。應(yīng)用水面智能無人船可以在接收到問題信息的第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，并使用智能設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的浮標(biāo)情況進(jìn)行判斷，工作人員通過視頻監(jiān)控設(shè)備就可以直觀地看到航標(biāo)的具體狀況，進(jìn)而制定出相應(yīng)的問題解決方案。這一操作方法有效地節(jié)約了應(yīng)急事件處理的時(shí)間，提高了燈浮標(biāo)問題解決的效率。

在5G時(shí)代即將全面到來以及我國(guó)對(duì)北斗系統(tǒng)大力推廣的背景下，將水面智能無人船和5G遠(yuǎn)程駕駛系統(tǒng)以及北斗技術(shù)相互結(jié)合，借助“黑科技”解決人工巡航的成本高與管理難問題。比如，中國(guó)聯(lián)通首創(chuàng)了5G無人船巡航技術(shù)，在船體都在高清攝像頭、傳感設(shè)備和探測(cè)儀，可以實(shí)現(xiàn)視頻信息、水質(zhì)、水深以及燈浮標(biāo)狀態(tài)的探測(cè)，為現(xiàn)代航運(yùn)領(lǐng)域的發(fā)展提供了全新且靈活的數(shù)據(jù)采集模式，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)固定式數(shù)據(jù)信息采集工作存在的局限性，為航運(yùn)監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的支撐。

4.總結(jié)

綜上所述，國(guó)際貿(mào)易總運(yùn)輸量的60%以上以及中國(guó)進(jìn)出口貿(mào)易運(yùn)輸總量的90%以上都是通過海上運(yùn)輸方式實(shí)現(xiàn)，燈浮標(biāo)的維護(hù)工作對(duì)于航運(yùn)事業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。對(duì)此，相關(guān)工作人員要在實(shí)際工作中，持續(xù)推進(jìn)水面智能無人船的實(shí)踐應(yīng)用，發(fā)揮出無人船的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)燈浮標(biāo)的有效維護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

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