自动化巡检设备

信息化、物联网以及人工智能领域的快速发展，为海洋牧场自动化巡检设备的发展提供了大量可借鉴的新技术和新理念。自动化巡检设备的研发和应用，极大地提高了海洋牧场的管理效率和准确性。      自动化巡检设备作为***种辅助型设备，在海洋牧场的建设和发展中发挥着自身独特的优势。相较于海洋牧场传统的巡检方式和相关工具，自动化巡检设备拥有提高巡检效率、实时监控与数据收集、降低人工成本及风险、***养殖管理、提升养殖质量和产量、环境监测与保护六大优势（杨红生和丁德文，2022）。自动化巡检设备在海洋牧场中的应用，为海洋牧场“降本增效”的发展策略奠定了基础。同时，随着科技的不断进步，未来自动化巡检设备在海洋牧场中的应用将更加广泛和深入，为推动海洋牧场的现代化和智能化提供更为重要的价值（刘小飞等，2023）。 ***、自动化巡检设备发展历程      由于自动化巡检设备需要面对不同种类、不同性质的工作，因此衍生出了具备不同功能的设备，主要有水质监测设备、水下生物监测设备、视频声音监测设备、动态捕捉设备四大类。为了确保自动化巡检设备对海洋牧场进行全方位、立体化的检测，根据工作方位的差异，又将其分为天空、水面、水下三种不同类型的设备，如无人机、巡检船、水下巡检机器人。海洋牧场中自动化巡检设备的广泛应用，不仅提高了巡检效率和安全性，还降低了人工巡检的成本和风险，是现代工业和基础设施管理的重要组成部分。      在***外，早在20 世纪50 年代，西方******海军就在水面舰艇上引进了内外部通信等集成设计技术，到80 年代后期，以美***海军为代表提出了水面舰艇外部与内部通信***体化设计思路，即综合通信系统（ICS）。20 世纪90 年代，美***海军已经开始研究水面无人艇。美***1993 年研制了代号为“海上猫头鹰”的无人艇，采用GPS 进行导航跟踪。此外，20 世纪60 年代，在越南战争中美军使用内燃气动力的水面无人船（unmanned surface vessel，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；20 世纪90 年代后期，美***海军研发了具有自我防御功能的“罗布斯基”（Roboski）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***水雷与反水雷战项目执行办公室（PEOLMW）研发了***款可重构、高速和具有长耐力的半自动USV，在反潜战时，还可配备声呐系统。美***海军水下作战中心联合公司于2002 年起合作开发“斯巴达侦察兵号”无人水面艇（SPARTAN SCOUT USV），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。2009 年11 月4 日，C&C 技术公司（C＆C Technologies，Inc.）联合开发了新的无人半潜式潜水器（USS）。      在***内，20 世纪60～70 年代中后期，我***水面舰艇通信系统设计基本上采用“单机单控”模式来构建通信“系统”；80 年代末期至90 年代中后期，我***形成了第***代综合通信系统设计技术；进入21 世纪，开始大量采用计算机辅助设计及集成优化设计技术，进***步提升了系统的综合信息传输与承载、通信资源管理与控制、天线布置与射频多功能集成等技术水平（于洋，2019）。2002 年，我***北方***基地装备修理厂把退役的导弹快艇改造成无人遥控靶船，实现了远程遥控指挥。在2006 年的珠海航展上，展示了***产新型“XG-2”型水面无人概念艇。在此概念艇的基础上，2008 年中***气象局大气探测技术中心和沈阳航天新光集团有限公司合作，共同研发了“天象***号”USV。2008 年的青岛奥帆赛，该艇作为赛事气象应急装备提供了气象保障服务。同年11 月的珠海航展上，沈阳航天新光集团有限公司展示了新型“XG-3”型“闪电号”水面无人艇，可完成较恶劣海况下的探测、侦察甚至是小目标攻击等任务。 二、自动化巡检设备技术特点      海洋自动化巡检设备涉及的关键技术主要是通信技术、导航技术和航速与航向控制技术。 （***）通信技术      通信技术是指运用各种通信手段，实现对信息的采集、处理、传输、交换与重现的技术。通信技术复杂多样，按多种方式分类，比如按传输手段可分为有线通信、无线通信和简单手段通信， 按波长可分为长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信和微波通信等，按承载业务可分为语音通信、数据通信、图像通信和视频通信，按传输带宽度量可分为窄带通信、宽带通信和超宽带通信，按承载平台可分为固定台站通信和移动通信。      目前由于我***计算机网络通信行业的机遇和挑战同在，随着网络建设逐步完善及终端功能的丰富，拥有丰富内容资源的服务提供商将增大其在互联网领域的投入。目前规模***大的三大网是电信网、有线电视网、计算机网，它们都各有优点和不足。每个载体在技术上都存在很大的提升空间， 因此在设备及服务商方面，未来将追求更高的带宽、更快的网速，开发更智能、更灵活的网络设备。研发者在追求更高效的业务升***和新业务上线的同时，必须注重研发更绿色、更安全的网络服务，促使网络朝着更快速、更智能、更灵活、更安全和更绿色的方向发展。 （二）导航技术      导航技术是指通过航位推算、无线电信号、惯性解算、地图匹配、卫星定位及多种方式组合运用，确定运载体的动态状态和位置等参数的综合技术。导航技术根据导航信息获取原理的不同，可分为无线电导航、卫星导航、天文导航、惯性导航、地形辅助导航、综合导航与组合导航，以及专门用于指导飞机等飞行器着陆的着陆系统等。能够完成***定导航定位任务的所有设备组合的总称即导航系统，如无线电导航系统、卫星导航系统、天文导航系统等。      随着船舶导航技术的发展，各学科越来越多的技术成果被引入船舶导航领域。当前，需要对船舶导航技术进行信息化和自动化的改造和提升，构建***个高度信息化、高度自动化、统***操控的船舶导航平台。船舶导航是***个系统的工程，主要导航方式有三种：系统导航、惯性导航、雷达导航。系统导航分为星基导航和陆基导航，星基导航是利用卫星导航，陆基导航就需要修建大规模的信号站，不过随着 GPS 的出现，现在陆基导航系统均已停止使用。      北斗系统是中***自行研制的全球卫星导航系统，也是继美*** GPS（全球定位系统）、俄罗斯 GLONASS（格洛纳斯全球导航卫星系统）之后，世界上第三个成熟的卫星导航系统。北斗系统能够为全球用户提供全天候、全天时的定位、导航和授时服务，广泛应用于交通运输、渔业、气象监测、灾害预警等民用和社会领域。***内各高校越来越重视基于微机电系统（MEMS）的微型组合导航系统的研制。例如，上海交通大学采用数字信号处理器（DSP）实现了嵌入式捷联惯性导      航系统/全球定位系统（SINS/GPS）微型组合导航系统方案，并完成了组合导航系统的设计与软硬件实现；南京理工大学设计出了基于 DSP 的 SINS/GPS 微型组合导航系统；沈阳理工大学和哈尔滨理工大学各自设计出了基于现场可编程门阵列（FPGA）的 SINS/GPS 微型组合导航系统。      尽管目前各高校、公司都研制出了相应的组合导航系统，但专用于 USV 的微型组合导航系统市面上却很少。考虑到 USV 的工作环境是水面，良好的密封设计是微型组合导航系统***要考虑的因素。目前，船艇的导航以 GPS 和北斗系统居多。 （三）航速与航向控制技术      对于无人艇的控制，***主要的是无人艇的航速与航向的控制，主要研究方法有“比例-积分-微分”（PID）以及改进 PID 控制、李雅普诺夫（Lyapunov）直接法、反步（Backstepping）设计法、滑模控制、自适应控制、模糊控制等。      意大利马尔科 ·卡恰（M.Caccia）等针对“查理”号 USV（“Charlie”号无人水面艇）和“罗斯”号 USV（“ROSS”号无人水面艇）进行了大量研究，如图 7-27  所示。比布利姆（Bibulim）等基于航向运动数学模型的控制设计方法，设计了比例-微分-积分控制器（I-PD 控制器）和卡尔曼（Kalman）滤波器的航向控制器，并在海港中进行了实船试验，取得了较好的控制效果。      ***内已有大量关于 USV 的研究报告，吴恭兴研究了某喷水推进型 USV 的运动控制问题，从软件、硬件角度设计了嵌入式运动控制系统，并提出基于小脑模型的运动协控制策略。仿真试验表明，该系统保证了 USV 具有较好的操控性能。      总体而言，无人艇的控制主要是航速和航向的控制，发展趋势是以微电子、计算机技术、自动控制技术、卫星通信技术等为基础，促进通信、导航、计算机以及网络的深度融合。 注：文章来源于网络，如有侵权，请联系删除