对无人艇技术发展的一点冷思考

近年来，无人艇成为了国际海事界新热点。但实际上海上无人艇的发展滞后于空中、陆地无人器，这个问题究竟出在什么地方？

一般而言，人们将无人系统技术分为三个部分：智能控制、载荷、平台。智能控制相当于人的大脑，处于中心地位；载荷，包括感知和执行设备，是与外界交互的纽带；平台是承载智能控制和载荷的物理平台。

要厘清无人艇发展滞后的问题，首先就要了解无人艇智能控制及其现实状况。想在海上顺利完成自主航行，无人艇必须具备导航、识别等功能，导航包含了定位、路径规划、避碰、路径跟随、位置保持等；识别则包含了目标探测、跟踪、海洋环境感知等。此外，还有资源管理等功能。如果是无人艇群，还包括蜂群管理，如聚集和同步、队形控制，以及协同管理等等。我们看到，真实的海况是复杂多样的，无人艇需要高智商才能从容应对现实航行需要。依赖于计算机技术发展和数据中心强大的计算能力，智能控制目前已经取得了很大进步，但还缺乏对海上真实环境下的算法研究。基于控制论的方法，虽有深厚的理论基础，但其模型还不能完全反映海上瞬息万变的真实世界。无人艇模型试验同样表明还难以解决海上的复杂问题，其智能控制仍然存在风险，可扩展性也有限，这可能是无人艇技术发展缓慢的最重要因素。

其次，无人艇上搭载的载荷还存在很大的局限性。这些载荷包括导航设备、传感器、通信设备等。导航设备包括惯性导航、GPS、水声、导航雷达、测深仪、光学设备等。这些设备在导航定位上都各有优劣，通常都是联合使用，以提高精度，降低误差。无人艇使用GPS导航，但在卫星信号不可用的地方，也使用惯性导航和雷达。无人潜器无法使用GPS信号，而是依靠声学系统、摄像机、惯导等进行导航。综合而言，目前的导航设备精度仍然达不到长航程无人航行的要求，是亟待解决的问题。采用多传感器数据融合的方法有助于导航，但需要提供更多的电力，这对于有能源限制的平台而言，是一个挑战。

无人艇搭载的探测传感器包括单波束和多波束声呐，S波段、X波段雷达，温盐深等海洋环境测量、光学探测和激光线扫等设备。同样，多传感器数据融合，是提高效率的最佳方式，因为要快速提升单项传感器技术比较难。另一个受制约的领域，就是对大量海洋环境、海底地理数据的收集处理工作还不完善，这些数据恰恰是无人艇远航的重要保障。海上通信系统相对成熟，卫星和无线电通信是目前最可靠的高速率数据传播方式，但容易被干扰和截获，而光纤通信则受限于线缆的长度。水声通信速率较低，难以满足复杂、大数据量的通信需求。

最后，涉及到无人艇平台设计。目前世界上无人艇长度大多数小于6米。由于尺寸较小，受限于艇上空间、载重量、以及动力，因此执行复杂任务所需的大量数据的处理能力受到限制。15米以上的大型平台主要用于水声研究、海洋地理调查，这些船对续航力和传感器配置要求非常高。无人艇的动力形式直接关系到续航力，在目前的技术条件下，无人艇电力最常用的是锂电池，其功率密度高，虽然存在着火的安全风险，但相比有人船而言，安全系数较高。采用柴油或汽油动力的无人艇，有着更高的功率输出，能够保障船舶有较高航速，但采用这样的动力，增加了控制系统的复杂性。

目前国内外无人艇技术发展方兴未艾，但在短期内，还不可能指望无人艇在动态变换的海上环境中，独立作出分毫无误的判断和决策。毕竟没有信息化与机械化的高度发展，谈无人艇的实际使用是没有意义的。