1、智 慧 交 通 新 业 态Maritime Safety 水上安全1作者简介：于光辉，男，硕士，初级专业技术，研究方向为航海导航定位。复杂海区无人艇引导舰船航行问题研究于光辉（海军大连舰艇学院航海系，辽宁大连 116018）摘要：复杂海区无人艇引导舰船航行是指利用无人艇来引导舰船在复杂的海区进行航行。复杂海区通常指的是水深浅、岛屿众多、航道狭窄等条件复杂的海域。无人艇通常配备有先进的导航和避碰系统，能够通过传感器和算法实时监测海域情况，包括水深、岛屿、障碍物等，并根据预定的航线来引导舰船航行。无人艇可以通过通信系统与舰船进行实时的信息交流，提供航行建议和警告，确保舰船安全航行。这种技术可以提高
2、舰船在复杂海区的航行安全性和效率，减少事故风险。关键词：复杂海区；无人艇；舰船；航行0 引言随着科技的发展和应用的广泛，无人艇在海上的应用也逐渐增多。复杂海区的导航一直是船舶航行中的一个重要挑战，特别是在海上交通密集的地区或是充满障碍物的海域。无人艇引导舰船航行的原理是利用先进的传感器和导航系统，通过无人艇在海上的实时监测和数据收集，为舰船提供准确的导航指引1。无人艇可以搭载各种传感器，如雷达、声呐、摄像头等，用于探测海上的障碍物和其他船只的位置。通过对这些数据进行处理和分析，无人艇可以实时生成航行路线和避碍策略，为舰船提供安全的导航指引。相比传统的人工导航方式，无人艇引导舰船航行具有以下优势
3、。首先，无人艇可以在复杂的海区环境中进行高精度的探测和监测，避免了人为因素对导航精度的影响。其次，无人艇可以实时收集海上的各种数据，包括天气、海流、水深等信息，为舰船提供更全面的导航指引。无人艇引导舰船航行是一项具有广阔应用前景的技术，可以有效地提高舰船在复杂海区的导航精度和安全性。随着技术的不断进步和应用的推广，相信无人艇引导舰船航行技术将在未来得到更广泛的应用和发展。1 复杂海区的多方面挑战1）海上交通密集。在某些海域，特别是港口附近或航线交汇处，船舶的密度非常高，导致航行空间狭窄，船舶之间的距离很近。这给导航带来了巨大的压力，需要船舶保持高度警觉，避免与其他船只发生碰撞。2）海上障碍物。
4、复杂海区常常存在各种各样的障碍物，如礁石、浮标、渔网、海上平台等。这些障碍物对船舶的导航带来了困难，需要及时探测和避让，以免造成船舶的损坏或触礁。3）恶劣天气条件。复杂海区往往受到恶劣天气的影响，如大风、大浪、暴雨等。这些恶劣的天气条件会对船舶的航行安全造成威胁，需要船员具备良好的应对能力和决策能力。4）海洋环境变化。复杂海区的海洋环境往往变化多端，如海流、潮汐、水深等。这些变化对船舶的航行产生影响，需要及时获取并准确应对这些变化，以确保船舶的安全航行。5）人为因素。复杂海区中存在着人为因素的干扰，如非法操纵船舶、渔船进入航道、船舶交通管理不善等。这些人为因素会给船舶的导航带来不确定性和风险，
5、需要加强监管和管理。2 无人艇的定义和特点无人艇是指无需人员操控或直接驾驶的船舶，通过自主导航、遥控操作或预先设定的航线进行航行和任务执行的水上交通工具2。无人艇通常具备以下特点：1）自主导航能力。无人艇配备先进的导航系统和传感器，如全球卫星导航系统（globalnavigationsatellitesystem，GNSS）、惯性导航系统、雷达、声纳智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第10 期2等，可以实现自主导航，根据预定航线或任务需求进行航行。2）远程遥控。无人艇可以通过远程遥控设备，如地面控制站或卫星链路，在一定距离范围内进行遥控操作，实现对艇体运动和任务执行的实时控制。
6、3）智能决策能力。无人艇配备人工智能和自主决策系统，可以根据环境变化和任务需求做出智能决策，如避开障碍物、调整航向、选择最优路径等。4）多传感器集成。无人艇可以搭载各种传感器和设备，如摄像机、红外相机、气象传感器、声呐、潜水设备等，实现对海洋环境、目标物体等的监测、探测和采集。5）灵活适应复杂环境。无人艇具备适应复杂海区环境的能力，可以在恶劣天气、复杂水域和高风浪等条件下进行航行和任务执行。6）低成本和高效率。相比于传统有人船舶，无人艇具有较低的运营成本和更高的工作效率，无需人员驾驶，可以长时间连续作业，减少人力资源和燃料消耗。3 无人艇在复杂海区引导舰船航行中作用无人艇技术在复杂海区的作用主
7、要表现为可以为舰船提供有效的导航引导、海上监测、搜索救援和科学研究支持，提高海上安全性和效率，减少人员风险和成本等。无人艇可以配备先进的导航设备和传感器，如 GNSS 接收机、雷达、声纳等，通过自主导航和遥控操作，为船舶提供实时的导航信息和海洋环境数据3。无人艇可以在复杂海区进行巡航，及时发现并报告海上障碍物、浅滩、水下障碍物等，提供可靠的导航引导，帮助船舶避免碰撞和触礁。海上巡逻和监测是海上活动最频繁的工作，无人艇可以在复杂海区进行巡逻和监测任务，对海上交通、渔船活动、海洋环境等进行实时监测和数据收集。无人艇还可以搭载高清摄像机、红外相机、气象传感器等设备，通过自主巡航或遥控操作，收集海上信
8、息并传输回岸基中心，提供数据支持和决策参考。另外，复杂海区的搜救和救援往往具有很大挑战，无人艇通过自主搜索和遥控操作，寻找和定位紧急情况下的船舶或人员，因为它可以配备定位设备、潜水设备、救生设备等，提供紧急救援支持，在复杂海区提高搜救效率和减少风险。海洋科学研究也是各国竞相发展的领域，无人艇可以在复杂海区进行海洋科学研究任务，如海洋生态调查、水质监测、海底地质勘探等，它可以搭载科学仪器和传感器，进行数据采集和样品收集，帮助科学家深入了解复杂海区的海洋环境和生态系统。随着无人艇技术的不断发展和完善，其在复杂海区的应用前景将更加广阔。4 无人艇引导舰船航行的关键技术1）导航和定位技术。无人艇需要具
9、备高精度的导航和定位能力，以实现对舰船的准确引导。这包括使用 GNSS 和惯性导航系统（inertialnavigationsystem，INS）等传统导航技术，以及使用激光雷达、摄像头、声纳等传感器进行环境感知和位置估计。2）智能路径规划和避障技术。无人艇需要具备智能的路径规划和避障能力，以保证舰船能够安全、高效地航行。这需要结合海洋环境数据、海图数据等，采用先进的算法和模型，对航线进行规划，并实时监测和避开障碍物。3）环境感知和目标识别技术。无人艇需要能够感知和理解海洋环境，包括海况、气象、水下地形等。同时，无人艇还需要能够识别和追踪舰船及其他目标，以实现对舰船的准确引导和协同工作。4）通
10、信和协同控制技术。无人艇需要能够与舰船进行实时的通信和协同控制，以实现对舰船的引导和任务执行。这包括使用无线通信技术进行数据传输和指令控制，以及使用网络协议和通信算法进行协同工作和决策。5）可靠性和安全性技术。无人艇引导舰船航行需要具备高可靠性和安全性，以确保舰船的航行安全和任务执行的成功。这包括使用冗余设计和故障检测、容错和恢复技术，以及采用加密和认证技术保护通信和数据的安全。综上所述，无人艇引导舰船航行的关键技术包括导航和定位技术、智能路径规划和避障技术、环境感知和目标识别技术、通信和协同控制技术，以及可靠性和安全性技术。这些技术的发展和应用将推动无人艇引导舰船航行的能力和应用前景。5 无
11、人艇与舰船的通信方式及协同工作5.1 无人艇与舰船之间的通信技术和通信方式无人艇与舰船之间的通信技术和通信方式包括无线通信技术、数据链路、网络通信、遥控系统和数据传输协议等。这些技术和方式可以确保无人艇和舰船之间的实时通信和数据传输，实现良好的协同作战和航行引导效果。1）无线电通信技术。无人艇和舰船可以通过无线电通信方式进行数据传输和指令交互。这包括使用射频通信技术进行点对点通信，如无线电对讲机、无线电调制解调器等。无线电通信可以在近距离范围内进行，并可以通过合适的频率和协议进行通信。2）卫星链路通信技术。通过卫星链路可以实现无人艇与舰船之间的远程通信。无人艇可以配备卫星通智 慧 交 通 新
12、业 态Maritime Safety 水上安全3信设备，通过卫星传输数据和指令，实现与舰船之间的长距离通信。这种方式适用于海上远程航行或区域性任务。3）移动通信网络技术。无人艇和舰船可以利用现有的移动通信网络进行通信。无人艇可以配备移动通信设备，通过第四代移动通信技术（fourthgenerationmobilecommunicationtechnology，4G）、第五代移动通信技术（5th-generationmobilecommunicationtechnology，5G）等移动网络进行数据传输和指令交互。这种方式适用于近岸或近海范围内的通信需求。5.2 无人艇与舰船的协同工作无人艇与舰
13、船是紧密联系的，他们之间的协同工作必须适时高效准确，才能保证各自发挥优势，为我们创造最大的价值。无人艇可以通过数据传输、实时监测与通知、自主决策与规划以及航行指令和控制等方式，向舰船提供航行建议和警告，以保障舰船的航行安全和顺利。无人艇与舰船的协同工作主要体现在以下几方面：1）数据传输。无人艇可以通过无线通信技术将收集到的航行数据传输给舰船。这些数据可以包括海图、测量数据、水文气象信息等。舰船可以根据这些数据作出决策和调整航行计划。2）实时监测与通知。无人艇可以配备各种传感器和设备，如雷达、摄像机、声纳等，用于实时监测周围环境的障碍物、航道状况、船只等。当无人艇检测到潜在的危险或需要引起舰船注
14、意时，可以通过通信系统发送警告信息给舰船。3）自主决策与规划。无人艇可以根据收集到的数据和感知信息，利用智能算法和决策系统进行航行决策和规划。无人艇可以根据舰船的航行需求，提供航行建议，如选择最佳航线、调整航速、避开障碍物等。4）航行指令和控制。无人艇可以接收舰船的指令，并根据指令进行相应的航行操作。例如，舰船可以通过无线通信向无人艇发送航向调整指令或速度变化指令，无人艇接收到指令后可以及时进行航行调整。6 无人艇引导舰船航行的优势和应用前景近年来，许多国家都在竞相发展无人艇，无人艇的应用非常广泛，不仅在民用方面发挥着巨大作用，在军事方面有更广泛的应用前景。尤其在引导舰船航行方面具有自主性、实
15、时监测和预警、数据支持和决策辅助等优势，可以提高航行安全性、效率和减少人员风险。随着技术的进一步发展，无人艇引导技术将在航行领域发挥越来越重要的作用。无人艇具有很强的自主性和灵活性，无人艇可以通过自身的智能算法和传感器，实现自主的航行决策和规划。相比传统的航行引导方式，无人艇可以更加灵活地适应不同的航行需求和环境变化，提供个性化的航行引导服务。另外，无人艇配备各种传感器和设备，可以实时监测海况、航道状况、障碍物等信息，并及时将警告信息传输给舰船。这有助于提前预警潜在的危险，减少事故发生的风险。在气象方面，无人艇可以收集和传输海图、水文气象数据等信息给舰船，为舰船提供准确的航行数据和决策支持。这
16、有助于舰船制定更合理的航行计划，提高航行的效率和安全性。传统的航行引导通常需要人员在现场进行操作和决策，存在一定的人员风险。而无人艇引导舰船航行可以避免人员直接接触危险环境，减少人员伤亡风险。根据以上无人艇的优势分析，我们可以看到无人艇在舰船航行方面的应用前景非常广阔，海上交通管理、海洋石油勘探、海上救援、信息收集、战争分析等领域。随着自动化技术和人工智能的不断发展，无人艇引导技术将有更广阔的应用前景。7 结束语无人艇引导舰船航行在复杂海区具有提高航行安全性、提高航行效率、减少人员风险和适应多样化需求的优势。无人艇配备先进的传感器和智能算法，能够实时监测海况、航道状况以及障碍物等信息。通过将这
17、些信息传输给舰船，可以提前预警潜在的危险，减少事故的发生风险，从而提高航行的安全性。无人艇还具备自主决策和规划能力，可以根据航行需求和环境变化灵活调整航行路径。通过实时监测和分析海况、水文气象数据等信息，无人艇可以为舰船提供准确的航行数据和决策支持，帮助舰船制定更合理的航行计划，从而提高航行的效率。在复杂海区进行航行引导通常需要人员在现场进行操作和决策，存在一定的人员风险。而无人艇引导舰船航行可以避免人员直接接触危险环境，减少人员伤亡风险。复杂海区的航行需求多样化，需要根据不同的情况和要求进行航行引导。无人艇具备自主性和灵活性，可以根据不同的需求和环境变化提供个性化的航行引导服务，满足舰船在复杂海区的多样化需求。随着技术的不断发展，无人艇引导技术将在复杂海区的航行领域发挥越来越重要的作用。8 参考文献1 谢伟,陶浩,龚俊斌,等.海上无人系统集群发展现状及关键技术研究进展J.中国舰船研究,2021,16(1):7-17,31.2 桂士宏,邹念洋,李楠.国外军用领域人工智能发展规划及舰船智能化技术运用 J.舰船科学技术,2020,42(13):174-177.3 宋太亮.舰船装备保障性系统工程的新观点 J.中国舰船研究,2010,5(1):43-47,67.
