人工智能技术在移动航标上的应用

1、人工智能技术在移动航标上的应用摘要：当前，海洋机器人的控制和自主定位导航技术己经较为成熟，但在我国，将海洋机器人应用于航标领 域的案 例较少，目前航标导助航能力未能覆盖各类海上活动，航标布设和日常维护还主要依赖具有 起吊能力的人 型航标船舶和 人匸操作，智能化程度低，设置和维护本钱高。本文介绍了移动航标的概念和 智能移动航标的主要 应用场景，并对将人 工智能技术引入航标布设的可行性进行了探讨。关键词：人工智能：移动航标：智能航标1. 移动航标定义 移动航标定义为非固定的、不系泊的航标，但不包括从原位置漂移的固定或系泊浮标。目前，国际上将移动 航标分为 两类，实体的移动浮标和虚拟的移动 AIS

2、虚拟标 IALA 建议 R1016 。2. 在我国推广移动航标的意义随着国家海洋强国战略的深入推进，海洋经济活动更加广泛和丰富，水上水下施匸、水上旅游、游艇活动、 油气开 发、养殖捕捞、海洋工程等非运输船舶将成为水上交通新增长点。但是目前航标导助航能力尚未能涵盖各 类海上活动，对 海上资源开发、钻井平台、海上油气运输管道、海底光缆、海上风电场、游艇、水上飞机等辅助 保障作用发挥缺乏，未能 满足不同用户层次、差异化的导助航需求。移动航标的适当应用，能够在特需场景下加强当前航标布设密度，扩人当前我国航标的应用领域和场景。目 前，移 动航标在我国航标管理部门的应用案例较少。 2021 年台风季节，

3、?艘韩国辯废弃驳船因台风影响走锚，船 上无供电设备， 没有 AIS 船台播发 MMSI, 对航行平安造成极人的威胁。广州航标处按照上级 要求启动突发事故的 航标应急反响，在该船 船头及船尾各设置 ?个 AIS 应急示位标，焊接在船头及船尾，并在该标上设置船名及发光装置。这就是典型的移动航标应用。3. 智能航标及其主要应用场景智能航标系统是 ?个由不同电 / 模块构成的自主系统这些模块利用专用软件来实现对航标运行的管理功能，可以理解为?个智能海洋机器人系统，其具有先进的自主定位、导航、避障、水上水下目标识别和跟踪、在指定 位置停留或执行特定 任务、以及群体协作功能，且能解决自身能源供给问题。笔者

4、认为将智能航标系统应用于移 动航标，将极人扩展我国现有 航标功能和应用领域，其主耍应用场景有：够迅速到达船舶1在船舶真正需要的时候捉供航标的增强特性。在人船进港时、或者?些重要转向点、浅点、桥梁区域，智 能航标 系统通过 AIS 、雷达或其他传感设备探测到船舶有碰撞、搁浅风险，或偏离航道风险时，智能移动航标能预计风险水域，同时触发航标增强特性，如高功率灯器、雷达增强器、发岀音响等来警示船舶。2实现应急设标任务。当发生沉船事故时，可以取代应急沉船示位标。当前航标应急设置存在的 ?些难以 解决的问题，比方沉船概位不清楚，人型航标船无法探知水下情况，且由于吃水等因素限制，即使能够看到沉船 有露岀水

5、而局部，也无法靠近，通常只能在沉船位置附近百米左右设置应急沉船标，造成沉船标识位置不够精准。智能航标能够根据水下列图像识别和跟踪技术精确识别沉船位置、且吃水浅、能够精确设置在沉船上方，从而 弥补当前应急沉船示位标设置 的缺乏。智能航标能够根据沉船概位进行自动导航，第 ?时间到达沉船位置附近， 并根据水下列图像识别情况自动布设在沉 船船头船尾，从而精确标识沉船位置。如果沉船随海流移动，智能航标还 可以用水下列图像跟踪技术，随漂浮沉船调整自己 的位置。此外，在 ?些油气开发、水上水下作业施工区域，需要 频繁地调整航标位置，智能航标设置、调整和回收的灵活 性将发挥很人作用。与传统应急设标相比，智能航

6、标的 布设和回收能节省 ?个具有起吊能力的船舶两个班次的油耗、机械 损耗、 22-25 个人力/ 班次的人力本钱。且具 有轻便航速快、定位准确、投放和回收简单易操作的特点。3移动海洋数据采集系统 ODA 如海流、天气，用于海洋和潮流研究。当前，广州航标处与气象局合作，在一些大型灯船上安装了水文气象探测设备，可以观测有效波高、波浪周期、温度、气压等数据。但安装 范围局限，发挥作 用有限。移动智能航标可以抛置在危险天气路线、浅水区、海难多发区等区域，它能够沿危险 天气条件的路线漂移，扩人 了水文气象观测范围。4水下地形测量和水下地形变化实时监测。智能移动航标搭载水下地形测量设备，将水下地形实时回传

7、，能够实现电f?海图的动态更新。5 辅助海底油气运输管道、电缆敷设、警戒：标识移动警戒区和船队：加强军事行动中的航行平安，例如扫雷、军 事演习期间禁止航行区等。6搜索和救援。利用水上水下动态目标识别实现搜索，搭载救生设备实现救援。7为游艇活动、水上旅游、水上飞机等提供移动助航作用。4. 在我国推广智能移动航标的可行性分析智能海洋机器人需要解决的关键技术包括： 1体系结构：智能海洋机器人不同于传统的遥控式海洋机器人， 其显著 区别在于它有自己的思维模式，并且可以按照思维模式自主地做出判断，进行推理从而决定行为。如何提高海洋机器人的自主性，适应复杂的海洋环境并完成各种任务是表达系统智能化的重要衣现

8、。2运动控制技术： 由于海洋环境的复杂性，海洋机器人动力学模型也比拟复杂。通常机器人控制方式有 PID 控制、神经网络控制和 模糊逻辑控制三种。 3 智能规划 与决策技术：智能海洋机器人的规划与决策主要包括三个局部：全局路径规划， 局部路径规划和任务决策调度。海洋环境 中的风流量是复杂多变的，对于智能海洋机器人来说，海流对智能规划 与决策系统提岀了较高的要求 ' 七智能海洋机器人因其具有智能化、 快速性、续航力人，作业区域范围广的特点， 航行速度可到达 40节约 20米/秒，到世界各国的重视己经能够完成诸如海事遇难人员搜救、重要目标监视与保护、反恐巡逻等特殊任务，因而越来越多受七据悉，

9、-些国家己推岀3D打印智能水面机器人。这些机器人可以在真实的环境中使用，并且可以成百上千地进行部署，可应用在环境监测、搜索、救援和海上侦査等领域。该类机器人的船体由CNC加工的聚苯乙烯塑料泡沫制成，并装上 3D打印的部件。每款机器人还配有指南针、GPS,其制造本钱约300欧元约合 人民币2200元。研究人员正在研发第二代水上群体机器人，将会给它们配备更加先进的传感器，使其适于长距离操作，这些水上机器人可以取代船只，来完成 ？些人类不能完成或者非常危险的任务。目前，我国己成功研发岀具有水而清洁能力的智能水上机器人。由中科院合肥研究院智能研究所“973首 席科学家刘锦淮研究员带着的-个研究小组最新

10、研发了 ？款名为“风光互补自主式水而机器人，如图1所示。这款水ffilTI动清洁机器人由水而漂浮物自动回收装置和水而机器人组成，类似于家庭清洁机器人，主耍应用于各种海洋、湖泊、河道、滩涂及景区内的湖泊、池塘的固体垃圾、浮萍等清理，以及危险区域进行远程作业，提高平安性和高效性。该水而机器人相对于现有水面无人船具有独特优势：动力来源于人容量电池、风力和太阳能发电混合电源系统，解决了水而机器人长时间持续巡航的动力问题；采用视觉和雷达双模目标识别方法，在此根底 上自主开发了水而目标的路径优化和白主避障等智能算法， 解决了水面 机器人的全局路径规划和局部实时避障问 题：融合了多模导航系统、三维电/罗盘、驱动器自动调速控制技术、 高带宽无线数据实时传输技术以及人匚智能等技术，解决了水血目标自动控制问题叫图1： ?款名为“风光互补自主式水面机器人智能海洋机器人技术的成熟为智能移动航标的研究应用提供了根底。智能航标可以充分借鉴此类水面机器人的控制系统设计，根据实际使用场景进行订制化设计即可。在技术实现上难度不人。5 ?结论目前智能水面机器人技术开展己经较为成熟，具备应用到移动航标设置的根底条件。智能移动航标的引入，能扩展航标应用领域，极人减