行业新闻

                                  来看看国外的无人船有什么黑科技

                                  时间:2017-02-10 来源:Greenbay浏览次数:162

                                  学名:水面无人艇
                                   
                                  英文名称:
                                  Unmanned Surface Vessel
                                   
                                  简称:USV
                                   

                                   

                                  近 年来受到国内外越来越多的关注。虽然当前船舶自动化水平较高,但船舶的正常运行始终离不开人的参与。即使是无人值班机舱,当有紧急情况发生时仍需要船员来 处理。船舶驾驶虽有卫星导航、电子罗盘、电子航道图和自动舵的辅助,但驾驶台还未实现无人化。船舶无人化不仅能提高船舶的自动化和智能化水平,也能减少船 舶发生危险的风险。据统计,在船舶碰撞事故中,89%-96%的事故可归因于人的自身原因,包括明显的和潜在的原因。

                                   

                                   

                                  国内外有很多研究机构和公司进行了船舶无人化研究,无人水面艇(USV)是研究中的热点,其在军事和民用都有广阔的应用前景。在军事方面,出于保护人身安全 的目的,在执行扫雷、侦察等危险系数高的任务时USV具有很大的优势;在民用方面,USV能有效减少人员费用的支出和提高船舶航行的安全性。为此,本文介 绍国内外USV发展的现状,列出当前世界上主要的USV和性能参数。

                                   

                                   

                                   

                                  美国USV发展现状
                                   

                                   

                                  美 国是全球海军实力最强大的国家,USV发展一直受到美国海军的关注。早在二战时期,美军就在USV上架设了枪炮和导弹,通过远程操控来对敌人进行攻击。 1946年美国在测试核爆的“十字路行动”中,使用USV对核弹爆炸区域的水进行取样,检查水质的放射性。在20世纪60年代的越南战争中,美军使用内燃 气动力的USV船队通过远程控制来执行扫雷任务。20世纪70年代,USV被广泛应用于美军的反水雷舰艇系统上,该系统由一艘母船和若干子船组成,而子船 有USV、水下无人艇(UUVs)和无人飞机3种类型,在军事监管中发挥了重要的作用。在20世纪90年代后期,美国海军研发了具有自我防御功能的“Roboski”号喷射性USV,并于2000年初期开始在USV上安装执行机密任务的传感器平台,在沿海形成具有战斗力的USV船队。

                                   

                                  同 时,美国PEO LMW研发了一款可重构,高速和长耐力的半自动USV,该USV配备具有ARPA功能的雷达、固定摄像机、红外传感器、麦克风、水深仪、温度和风速传感 器。在反潜战时,还可配备声呐系统。美国海军水下作战中心联合公司于2002年起合作开发SPARTAN SCOUTUSV,它被认为是高新技术的示范项目,其目标是研发具有模块化、可重构、多任务、高速、半自主航行的USV。2003年法国和新加坡也加入其 中。美国海军航空和海上作战系统中心机器人小组是SPARTAN SCOUT USV项目组的成员之一,该小组研发了测试样机和USV通用平台,旨在提高USV的载重和自主航行能力。

                                   

                                   

                                  在2007年,美国海军海上系统司令部(NAVSEA)濒海水雷战项目执行办公室制定了《海军USV 总体规划》,主要目的在于:

                                   
                                  ①满足美国海军USV 发展需求
                                  ②实现美国国防部2020年关于转变军事结构的发展目标
                                   

                                   

                                  该计划提出,USV需要高度自动化水平,以减少远程通信的需求和操作人员的负担。该计划对USV的军事任务做了如下概括:

                                   
                                  ①扫雷
                                  ②反潜作战
                                  ③海事安全
                                  ④水面战争
                                  ⑤支持特种作战
                                  ⑥电子战争
                                  ⑦海事特别任务
                                   

                                  除 军方外,位于弗吉尼亚州的UOV公司研发了以太阳能、风能和回收动力作为能源,理论上续航能力为无限长的UOV,适用于海洋数据收集、测量等。成立于20 世纪90年代的Navtec公司研发了基于喷水动力的USV——Owl MKⅡ,它在隐蔽性和配重能力上有显著提高,并具有侧扫声呐和摄像功能,被应用在波斯湾。

                                   

                                   

                                  • Owl MKⅡ型USV设计图

                                   

                                   

                                  • PEO LMW型无人船

                                   

                                  • SPARTAN SCOUT型无人船

                                   

                                  • Roboski型无人船

                                   

                                  • Seadoo challenger2000,美国空间与海上作战系统中心太平洋分部(SSC PACIFIC)开发的无人船平台

                                   

                                   

                                   

                                  以色列USV发展现状
                                   

                                   

                                  以 色列是在USV军事化方面领先的国家。最负盛名的是以色列国防部研发的“PROTECTOR”系列的USV,该USV能在不暴露身份的情况下执行一些关键 的任务,降低了船员和士兵的作战风险。“PROTECTOR”采用远程控制方式,最大航速能达到40kn,该型号USV已被新加坡和美国军方采购。

                                   

                                   

                                  以 色列国防部还研发了一款自动航行的中型USV——“Silver Marlin”,通过岸边监控系统和卫星通信控制系统实现对其的监控。该USV能够实现船舶的自动避碰,并具有自动航行和超视距操作的功能,能携带多个传 感器和武器系统,应用于执行沿海智能化巡逻任务,是防卫、反恐、扫雷、搜救和救援的重要保障。

                                   

                                  2005年以色列Elbit公司推出一款“黄貂鱼(Stingary)”号USV,它是基于Elbit公司在无人机的基础上研发的,船型小、隐蔽性好,能够完成海岸物标识别、智能巡逻、电子战争等多项任务。

                                   

                                   

                                   

                                  • Protector型无人船

                                   

                                  • Silver Marlin型无人船

                                   

                                  • Stingary型无人船

                                  美国、以色列发展的USV主要是服务于国防,而其他国家发展的USV更多地服务于民用领域,比如航运、海洋环境保护、航道测量等。欧洲有很多科研机构从事USV的研发,日本对USV也有相应的研究。以下列出USV研究比较著名的项目和有代表性的船舶。

                                   
                                   

                                  2012 年9月,由Fraunhofer CML(海事物流和服务弗劳恩霍夫中心)、MARINTEK(挪威海事技术研究所)等8家研究机构共同合作完成一项MUNIN项目,项目预计完成日期为 2015年8月。MUNIN项目组以船长为200m的散货轮作为对象,研究内容包括船舶自主航行、引擎自动控制、岸基远程控制和物标探测,如下两图所示。

                                   

                                   

                                   

                                   

                                   
                                   

                                   

                                   

                                  英国无人船
                                   

                                  2004 年英国普利茅斯大学MIDAS 科研小组开始研发USV——“Springer”,如下图所示。该船为双体船,主要用途是在内河、水库和沿海等浅水水域追踪污染物,测量环境和航道信息, 还用于传感器采集技术、测量技术以及能源控制系统研究的人。该船用直流电机驱动,使用SLAM技术克服GPS定位可靠性不够高的缺点,能基于船舶航行环境 预估船舶下一步位置。普利茅斯大学Naeem W对Springer自动导航、环境监测和基于COLREGs的规则自动避碰进行了较为深入的研究。

                                   

                                   

                                   

                                  意大利无人船
                                   

                                  意 大利热那亚CNR-ISSIA研究机构研发的“Charlie”号USV是一艘双体船,主要作用是在南极洲对海洋微表层进行取样和收集大气海洋界面的数据 以及在浅水区域探测鱼雷,如下图所示。该船由无刷直流电机驱动,并在船上配备太阳能板。Caccia等对Charlie导航、控制、路径规划和避碰均有研 究,并进行了很多相关实验。

                                   

                                   

                                   

                                   

                                  葡萄牙
                                   

                                   

                                  Delfim 是由葡萄牙DSOR(动力系统和海洋机器人实验室)研发的小型自动航行的双体ASV(自动水面船舶),用于与AUV(自动水下船舶)联合作业,执行海洋数 据的实时采集和传输,如下图所示。ASV上装有DGPS、USBL(水下定位装置)、高速通信模块以及海洋数据测量设备,在执行任务时,ASV向AUV传 输定位数据以供AUV定位,AUV向ASV传输海洋测量数据,ASV再将这些数据传回岸边或者周围的船舶。该项研究由欧盟资助,执行时间是1998年到 2000年。

                                   

                                   

                                  德国
                                   

                                   

                                  德国Veer公司在1997年就开始研发USV,起始阶段研究工作主要集中在渔业,生产了“STIPS I”和“STIPS Ⅱ”两种USV。在2005年,Veer公司研发了多任务的VSV“MMSV Ⅲ”,如下图所示。


                                  1998年至2000年期间,德国联邦科技部资助MESSIN项目,该项目研发了一条双体USV船舶,该船用于在低于5m水深的水域执行多种测量和研究任务。

                                   

                                   

                                  法国
                                   

                                   

                                  ROAZ是由法国波尔多工程研究所自主系统实验室研发的ASV,如下图所示。与Delfim类似,ROAZ通过视觉信息来计算AUV与ASV的相对位置和方位,在内河环境下实现AUV 的自动靠泊服务。

                                   

                                   


                                   

                                   

                                   

                                  日本
                                   

                                   

                                  日 本雅马哈公司研发了两种USV,一种是高速无人艇UMV-H型,另一种为海洋无人艇UMV-O型。UMV-H型USV使用水喷射动力,最大功 率达到90kW,长为4.44m,可携带常用的一些设备,比如水下摄像机和声呐,UMV-H的最主要特点是既可以载人也可以无人航行。UMV-O型USV 是一个针对远洋航行的USV,主要目的是监控海洋和大气的生物地球化学和物理参数,具有很长的续航能力。第一艘UMV-O型USV取名为“Kan- Chan”号,是由日本的科学与技术机构研发成功。

                                   

                                   

                                   

                                   

                                  本文标签:
                                  今日幸运快三彩票