成果名称: 无人海道测量系统技术研究与应用
完成单位: 交通运输部南海航海保障中心广州海事测绘中心,安徽科微智能科技有限公司
主要人员: 何开全,王华强,徐文华,陈贵花,夏维,陈良,黄伟,杨冰倩,邓小鹏,乔军
介绍:

    一、成果来源及技术性能: 广州海事测绘中心和安徽科微智能科技有限公司组成的联合研发团队经过自主攻关,历时三年建成了一套达到国内领先水平的无人海道测量系统。项目主要建设成果包括两个部分——艇体硬件集成和系统控制,最终实现无人智能化测量平台。 项目主要成果之一是实现了无人海道测量系统的艇体硬件集成,建成M型双涵道流线型无人海道测量艇一艘:艇长5.73米,总宽2.42米,型深0.81米,艇身采用碳纤维和凯夫拉复合材料;系统动力部分采用静音型柴油发电机和智能电池混合供能模式,使用涵道式防缠绕双螺旋桨推进系统,经济航速6节,纯电力续航超过5小时,油电混合动力续航时间超过48小时;系统整合安装了LTE一体化基站、4G公网、北斗等多模实时通信系统,艇端搭载自动驾驶系统和机舱自动化系统,还安装有导航雷达、激光雷达、AIS、状态监控系统、陀螺减摇装置、温控系统等等;常规搭载有惯性导航系统(同时为系统航迹控制和测量作业提供定位姿态信息)和单波束测深系统,并可选择搭载多波束测深系统、侧扫声呐、验流仪等海道测量设备。主要用于沿海近岸浅水区测量工作(特别是环岛礁浅水测量工作)和常规多波束测深作业,并可在危险水域开展海事应急扫测工作。 项目主要成果之二是建成无人测量艇控制系统一套,该控制系统集成了无人艇通信系统、监控系统、航线规划、动力系统、推进系统、远程测量作业控制系统等系统,可以对无人测量艇进行精准航行操控和实时全艇状态监控,实现无人测量艇的自主无人行驶和智能化测量。整个控制系统可以细分为三个模块:监控模块、控制模块和ENC模块。①监控模块可以实时对艇体物理状态(位置、姿态、温度、电量、油量等)监控,以及对系统其他子系统模块功能的监控;②控制模块主要是用于对航行状态(自主航行、驻停、自动上线、自动返航等)的控制,调节艇体转弯参数,实现对电机、发电机、充能控制以及对水油电路阀门、船灯、避障和减摇的控制;③ENC模块主要是开展S57电子海图的读入管理,并可实现简单测量分析,支持测线在线编辑和其他格式导入,并可实现测线的二次编辑和发送。

    二、技术的创造性先进性: 无人海道测量艇的主要创新点如下:(1)采用了一种优化创新的M型艇体设计,利用碳纤维复合材料和改良地制造工艺确保了系统作为测量平台的稳定性和精准性,满足了高精度浅水测量的需要;(2)系统使用了包含高带宽LTE独立一体化基站、4G公网、北斗在内的三种通信信号,可实现超过13km的最远通信距离,而且三通信号可以自动无感知切换,既保证了系统测量作业时的连续性和安全性,也保证了岸端和艇端远距离的大数据量传输;(3)艇体中舱的转换法兰,预留设备电缆通道,可搭载多波束测深系统、侧扫声呐和验流仪等多种设备,丰富的搭载能力为多种海道测量任务的实施提供了更多可能;(4)采用了基于惯性导航系统的自适应PID控制技术,实现了无人海道测量艇航行路径的精准控制,三级海况下平均偏航距不超过2.5米,确保测量作业期间的平台姿态和轨迹控制达到海道测量规范的要求;(5)系统能量供给采用智能电池和静音型柴油发电机,油电满载时续航里程超过288海里,油电混合供能系统和涵道式电力推进系统为长续航条件下的低噪音、低振动、低水体干扰提供了保障;(6)基于导航雷达和激光雷达,利用自研算法对障碍物进行识别,在距离障碍物60米时,动态避障技术可以在2秒内实时调整艇体速度和航向,在距离障碍物30米时,系统可以自主紧急制动,从而实现了无人海道测量系统的复杂自主控制,大幅提升了系统的安全性。

    三、技术成熟度: 经以魏子卿院士为主任委员的成果评价委员会鉴定,系统整体水平达到国内领先水平,在系统结构设计、通信信号无感知切换、系统多任务搭载、路径精准控制技术和油电混合供能方面,达到了国际先进水平。 无人海道测量系统的设计、建造和应用,切实推动了无人测量艇技术在海道测量领域的创新和演进,积极响应了当前智能航海保障服务的改革创新要求,有效提升了航海保障业务的智能化水平,为持续深入的推进智能化海洋装备应用提供了新思路、新方案和新实践。

    四、应用范围及推广: 无人海道测量系统在投入应用以后,由于其续航长、无线传输距离长、体积小重量轻、机动灵活、可适应浅河道和海岛礁等复杂水域等优势,在重大海洋工程建设、周期性海图测量、海岛礁测量、通航尺度核定测量、海事应急扫测等任务中发挥了重大作用。 HC08无人测量艇先后在港珠澳大桥2号码头测量、水东内港海图测量、西沙某岛礁测量和大湾区海事应急测绘中得到有效应用,并且在央视新闻新媒体和南方日报南方+获得在线直播宣传,取得了良好的经济效益和显著的社会效益。

    五、历年获奖情况: 《无人海道测量系统技术研究与应用》获2020年度中国测绘学会科学技术奖二等奖; 《新型无人海道测量艇(HC08)的设计与应用研究》获2021年度中国航海学会科学技术奖二等奖。

批准登记号:
登记日期: 2022-05-23
研究起止时间: 2016-01-01至2018-12-31
所属行业: 交通运输、仓储和邮政业
所属高新技术类别: 地球、空间与海洋
评价单位名称: 中国测绘学会
评价日期: 2020-05-31