• 無人機在船舶引航領域的應用

    中國港口 2021-09-08 11:36:19

    如果把AIS、GPS、雷達、電子海圖等助航儀器歸結為基于本船的助航儀器,那么,由無人機發展出的助航系統則應該是一個位于本船外的船外助航儀器

    如果把AIS、GPS、雷達、電子海圖等助航儀器歸結為基于本船的助航儀器,那么,由無人機發展出的助航系統則應該是一個位于本船外的船外助航儀器(系統)。

    一、無人機在引航領域的可能用途

    無人駕駛飛機簡稱“無人機”,英文縮寫為“UAV”,是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術角度定義可以分為:無人固定翼機、無人垂直起降機 、無人飛艇、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機等。

    按應用領域,無人機可分為軍用與民用。軍用方面,無人機分為偵察機和靶機。民用方面,無人機+ 行業應用是無人機真正的剛需,目前在航拍、農業、植保、自拍、快遞運輸、野生動物觀察、傳染病監控、測繪、新聞報道、電力巡檢、救災、影視拍攝等領域的應用,大大拓展了無人機本身的用途,發達國家也在積極擴展行業應用與發展無人機技術。

    無人機若要應用在船舶引航領域,可以借助其跟蹤、定位、遙控、航拍、數據傳輸等功能,實現地面站(建立在引航站)對船舶的多角度實時實景遠程監測 ,地面站還能實時將采集來的船舶航行信息進行分析,與此同時生成非常重要的助航信息甚至是操船指令。若再將此信息或建議指令實時傳遞給引航員,引航員便得到了來自本船外的第三方的協助,引航工作就可以開展得更加穩健,如虎添翼。

    二、無人機參與到引航工作的作用

    引航員在工作過程中根據基于本船的各助航儀器以及對當時身臨環境的觀察,判斷并發出操控船舶的指令,并與港口各部門保持信息溝通。

    可見,引航員本身的工作是非常繁重且復雜的。如果引進無人機,可以獲得來自第三方的引航信息,這個信息是否能在船外(例如引航站)進行處理,從而實時協助其引航,起到降低引航風險、提高引航服務質量的目的呢?

    無人機應用在引航領域的主要功能包括以下幾個方面:

    一是同地面站協同工作,建立一個第三方助航系統,形成引航新思維。

    二是可以形成對引航員的支持。引航員(持有終端)可以通過無人機與地面站建立的助航系統獲取無人機采集船舶實時動態信息和建議,并與當時身臨環境進行比對,如同獲得了全方位立體式的導航概念,更有利于確保引航工作的正確執行。

    三是可以形成對船舶導航的支持。無人機將采集的信息(視頻等)實時傳給地面站(地面站應該建立在引航站),地面站可以通過對信息的觀察和計算等,判斷船舶船位、航向、航速是否準確,并能及時給予提示。

    四是對船舶進行護航作業。無人機除了跟蹤本船采集并傳輸信息外,還可以接收護航指令,靠近礙航船只的同時發出聲光信號給以警示,起到護航作用。

    五是對國際避碰規則的支持。避碰規則作為海事國際準則,相當于船舶駕駛的交通法規,而無人機可作為一種切實可行的視覺手段,對其非常重要的第五條(lookout)、第六條(safe speed)和第七條(risk of collision)均有重要的技術支持作用。例如,第五條的瞭望規則,無人機可對瞭望行為進行有效補充。特別是當遇到能見度不良天氣的情況下,無人機又可以迅速移動到遠距離定點進行巡視,成為一種有獨特優勢的瞭望手段。對于第六條的安全航速規則,地面站分析無人機采集的信息亦有助于對安全航速的判定。對于第七條的碰撞危險,地面站也可以對船舶之間的會遇局面作出測算與估計,有助于對碰撞危險的判斷。

    六是對船舶操縱的支持??侩x碼頭是引航過程中的重要階段,現在的大型船舶造價動輒上億元,輕微發生碰撞就會造成巨大損失。無人機助航系統可以實現對船舶靠離泊動態的即時實景觀測,地面站可以進行行動預判,從而確保引航員操船準確無誤。

    隨著無人機科技的發展,其在引航領域的應用必將滲透到引航過程中的更多環節。

    三、建立無人機助航引航新思維

    無人機助航系統應該包括地面站、無人機、可移動信息接收終端三大部分。

    地面站的建立。地面站應建立在引航站,并具有以下功能:控制無人機的功能;針對無人機采集的信息進行實時接收和處理的功能;形成助航信息及指令的功能;傳送信息的功能。

    助航無人機。助航無人機應該是一種專門采集船舶引航信息,并能將信息傳送給地面站和移動終端(引航員)的特殊無人機,而且能夠即時執行地面站發出的指令。

    可移動信息接收終端。該終端應該能接收和顯示由地面站(或無人機)發出的信息,并能發出請求信息。

    一個簡單的無人機助航系統包括:無人機進行對當時引航環境的信息采集并傳輸,而地面站負責對采集來的信息進行接收及處理,再將處理好的信息傳遞給引航員。

    四、無人機在引航領域應用的可行性分析

    無人機助航系統的建立應滿足以下要求。

    一是對無人機的要求。無人機作為暴露在現場的助航儀器,應滿足極為苛刻的硬件要求,其中包括:無人機對惡劣環境的可抗性能,特別是在極端自然環境下的定位、航行的可靠性;續航性能(電池);數字采集和傳輸的性能(傳感器,無線設備)。

    二是對地面站的要求。應有能力對無人機傳輸的數據進行接收、整理、測算、估計和實時傳送。

    三是對引航員終端的要求。用手持終端應能實時接收地面站信息以及無人機的圖像信息等,并能夠協助引航員結合當時的引航工作狀態對局勢作出正確判斷。

    無人機助航體系可以讓引航工作不再局限于某引航員在船上進行船舶操控的單一方式,而是可以發展成為全方位立體式的引航新思維。

    在引航工作中引入無人機協助并建立完善的無人機助航系統,打造一種全新的第三方引航信息平臺,無疑可以提高引航員乃至整個引航界的引航技術水平。

    正如一條在大洋航行的船舶可以接收到遠在陸地氣象公司發出的氣象導航推薦航線一樣,隨著通信技術的不斷提高,我們可以大膽設想,將來的地面站可能建在了首都北京,而無人機呢,則可以在千里之外的上海港協助引航員對一條船舶進行引航任務。

    隨著科技水平的不斷提高,無人機助航系統的建立及發展必將更加完善,如果無人機助航體系能做到如同引航員在船上給出的操船命令一樣的指令,那么,我們有理由相信,在不久的將來,地面站對船舶的直接實景遠程操控的目標可以實現,進而有望實現引航工作無人化。

    文| 張立庭

    唐山港引航站



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