Ключевые технологии для беспилотной морской техники.
Беспилотная морская техника (БМТ) представляет собой быстро развивающийся сегмент в области автономных систем, который находит применение в различных сферах, включая исследование океанов, охрану морских границ, добычу ресурсов и экологический мониторинг. Из текущего состояния развития технологий как в стране, так и за рубежом видно, что в последние годы технологии беспилотного оборудования на море стремительно развиваются, а их характеристики постоянно улучшаются. Это в основном проявляется в следующих областях: высоконадежное оборудование, модульные технологии, морская связь, долгосрочная выносливость и искусственный интеллект. Они могут значительно расширить диапазон применения морского беспилотного оборудования, улучшить эксплуатационные характеристики и обеспечить более эффективную реализацию интеллектуальных стратегий.
В этой статье мы рассмотрим ключевые технологии, которые формируют будущее беспилотной морской техники
▎1 Высоконадежные технологии
Надежность определяется как способность оборудования выполнять определенные функции в течение заданного времени и в специфических условиях. Во время эксплуатации беспилотные аппараты на море подвержены воздействию природных факторов, таких как ветер, волны и течения, а также могут стать объектом злонамеренного вмешательства. Поскольку обслуживать оборудование невозможно в случае сбоя, это может привести к провалу миссии. Поэтому крайне важно обеспечить высокую надежность оборудования в сложных условиях эксплуатации. Для повышения надежности морского беспилотного оборудования и снижения частоты отказов необходимо тщательно проанализировать потенциальные виды отказов, оценить вероятность их возникновения в зависимости от конкретной рабочей среды и принять эффективные меры по улучшению или профилактике. При этом стандарты оценки для оборудования различной критической важности должны учитывать его значимость: для важного оборудования необходимо обеспечить достаточный уровень надежности.
▎2 Модульные технологии оборудования
Модульность оборудования значительно способствует исследованиям и разработкам в области морского беспилотного оборудования. С одной стороны, аппаратные средства, такие как датчики, вычислительные микросхемы и интеллектуальное программное обеспечение управления, быстро обновляются; с другой стороны, эволюция самого оборудования происходит медленно. Для своевременного обновления компонентов беспилотного оборудования необходимо разработать модульную структуру с возможностью «plug-and-play», а также стандартизировать интерфейсы и методы монтажа различных устройств и компонентов. Это позволит осуществлять мгновенное обновление оборудования, сокращая время и затраты на его модернизацию. Кроме того, модули можно легко заменять в зависимости от выполняемых задач, что позволит удовлетворить различные эксплуатационные требования и достигнуть концепции «один корпус — много задач».
▎3 Технологии морской связи
Безопасная и надежная высокоскоростная передача данных является ключевой технологией для беспилотных систем. Средства связи для морских беспилотных аппаратов обычно делятся на:
1) Связь между оборудованием и базовой станцией. Эта связь передает информацию о состоянии работы носителя, данные, полученные в результате обнаружения, командные указания от базовой станции и т.д. Из-за больших расстояний для связи чаще всего используются спутники. Для увеличения дальности и пропускной способности передачи информации применяются многолучевой и узколучевой режимы работы, а также разрабатываются более высокие диапазоны частот.
2) Связь между интеллектуальными устройствами в одном строю. Эта связь в основном передает данные, необходимые для совместного использования в рамках формирования, а также информацию управления для координации действий группы. Поскольку расстояние между оборудованием в строю относительно небольшое, для связи обычно используется диапазон ультракоротких волн. Это позволяет эффективно решать задачи распознавания целей, визуального мышления и отслеживания в реальном времени. В определенной степени такие системы достигают или даже превосходят точность человеческого суждения.
Система стратегического управления использует информацию, полученную посредством визуального распознавания, для выдачи инструкций по управлению беспилотным оборудованием на море. Способность автономно осуществлять стратегическое управление является необходимым качеством для интеллекта беспилотного морского оборудования. Обучение с подкреплением — это метод, который исследует оптимальные стратегии для последовательных задач принятия решений в естественных и социальных науках, а также в инженерии, взаимодействуя с окружающей средой посредством непрерывной «оптимизации методом проб и ошибок». Это ключ к реализации интеллекта беспилотного морского оборудования.
Традиционные стратегии обучения с подкреплением используют результаты визуального распознавания в качестве входных данных, постоянно исследуют окружающую среду и реализуют процесс оптимизации на основе обратной связи. В последние годы быстрое развитие технологий, таких как глубокое обучение с подкреплением и имитационное обучение, сделало возможными стратегии сквозного контроля. Эта технология пропускает процесс визуального распознавания, напрямую вводя необработанные пиксельные данные и возвращая команды управления, что позволяет избежать накопления ошибок вторичного обучения и расширяет эксплуатационные возможности интеллектуального агента.
Кроме того, благодаря сочетанию с трансферным обучением интеллектуальный агент, разработанный в среде моделирования, может быть непосредственно перенесен на беспилотное морское оборудование. Это не только позволяет избежать неблагоприятных последствий, вызванных ошибочными попытками во время обучения, но и значительно сокращает цикл обучения. Метод метаобучения создает основную ценность для модели, исследуя распределение задач и накапливая опыт метазнаний в процессе обучения. Это позволяет интеллектуальному агенту учиться тому, как учиться, и дополнительно повышать уровень своего интеллекта.
Беспилотная морская техника продолжает развиваться благодаря внедрению новых технологий и подходов. Автономные навигационные системы, обработка данных с использованием ИИ, надежные системы связи, эффективные энергетические технологии и интеграция с другими системами — все это ключевые компоненты, которые определяют будущее БМТ. С каждым годом мы становимся ближе к созданию полностью автономных морских аппаратов, способных выполнять сложные задачи с высокой степенью эффективности и безопасности.
