信息化、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能領(lǐng)域的快速發(fā)展，為海洋牧場(chǎng)自動(dòng)化巡檢設(shè)備的發(fā)展提供了大量可借鑒的新技術(shù)和新理念。自動(dòng)化巡檢設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用，極大地提高了海洋牧場(chǎng)的管理效率和準(zhǔn)確性。      自動(dòng)化巡檢設(shè)備作為***種輔助型設(shè)備，在海洋牧場(chǎng)的建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮著自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。相較于海洋牧場(chǎng)傳統(tǒng)的巡檢方式和相關(guān)工具，自動(dòng)化巡檢設(shè)備擁有提高巡檢效率、實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)收集、降低人工成本及風(fēng)險(xiǎn)、***養(yǎng)殖管理、提升養(yǎng)殖質(zhì)量和產(chǎn)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)六大優(yōu)勢(shì)（楊紅生和丁德文，2022）。自動(dòng)化巡檢設(shè)備在海洋牧場(chǎng)中的應(yīng)用，為海洋牧場(chǎng)“降本增效”的發(fā)展策略奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著科技的不斷進(jìn)步，未來(lái)自動(dòng)化巡檢設(shè)備在海洋牧場(chǎng)中的應(yīng)用將更加廣泛和深入，為推動(dòng)海洋牧場(chǎng)的現(xiàn)代化和智能化提供更為重要的價(jià)值（劉小飛等，2023）。 ***、自動(dòng)化巡檢設(shè)備發(fā)展歷程      由于自動(dòng)化巡檢設(shè)備需要面對(duì)不同種類、不同性質(zhì)的工作，因此衍生出了具備不同功能的設(shè)備，主要有水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、水下生物監(jiān)測(cè)設(shè)備、視頻聲音監(jiān)測(cè)設(shè)備、動(dòng)態(tài)捕捉設(shè)備四大類。為了確保自動(dòng)化巡檢設(shè)備對(duì)海洋牧場(chǎng)進(jìn)行全方位、立體化的檢測(cè)，根據(jù)工作方位的差異，又將其分為天空、水面、水下三種不同類型的設(shè)備，如無(wú)人機(jī)、巡檢船、水下巡檢機(jī)器人。海洋牧場(chǎng)中自動(dòng)化巡檢設(shè)備的廣泛應(yīng)用，不僅提高了巡檢效率和安全性，還降低了人工巡檢的成本和風(fēng)險(xiǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施管理的重要組成部分。      在***外，早在20 世紀(jì)50 年代，西方******海軍就在水面艦艇上引進(jìn)了內(nèi)外部通信等集成設(shè)計(jì)技術(shù)，到80 年代后期，以美***海軍為代表提出了水面艦艇外部與內(nèi)部通信***體化設(shè)計(jì)思路，即綜合通信系統(tǒng)（ICS）。20 世紀(jì)90 年代，美***海軍已經(jīng)開(kāi)始研究水面無(wú)人艇。美***1993 年研制了代號(hào)為“海上貓頭鷹”的無(wú)人艇，采用GPS 進(jìn)行導(dǎo)航跟蹤。此外，20 世紀(jì)60 年代，在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中美軍使用內(nèi)燃?xì)鈩?dòng)力的水面無(wú)人船（unmanned surface vessel，USV）船隊(duì)通過(guò)遠(yuǎn)程控制來(lái)執(zhí)行掃雷任務(wù)；20 世紀(jì)70 年代，USV 被廣泛應(yīng)用于美軍的反水雷艦艇系統(tǒng)上；20 世紀(jì)90 年代后期，美***海軍研發(fā)了具有自我防御功能的“羅布斯基”（Roboski）噴射性USV，并于2000 年初期開(kāi)始在USV 上安裝執(zhí)行機(jī)密任務(wù)的傳感器平臺(tái)，在沿海形成具有戰(zhàn)斗力的USV 船隊(duì)。同時(shí)，美***水雷與反水雷戰(zhàn)項(xiàng)目執(zhí)行辦公室（PEOLMW）研發(fā)了***款可重構(gòu)、高速和具有長(zhǎng)耐力的半自動(dòng)USV，在反潛戰(zhàn)時(shí)，還可配備聲吶系統(tǒng)。美***海軍水下作戰(zhàn)中心聯(lián)合公司于2002 年起合作開(kāi)發(fā)“斯巴達(dá)偵察兵號(hào)”無(wú)人水面艇（SPARTAN SCOUT USV），其目標(biāo)是研發(fā)具有模塊化、可重構(gòu)、多任務(wù)、高速、半自主航行的USV。2009 年11 月4 日，C&C 技術(shù)公司（C＆C Technologies，Inc.）聯(lián)合開(kāi)發(fā)了新的無(wú)人半潛式潛水器（USS）。      在***內(nèi)，20 世紀(jì)60～70 年代中后期，我***水面艦艇通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本上采用“單機(jī)單控”模式來(lái)構(gòu)建通信“系統(tǒng)”；80 年代末期至90 年代中后期，我***形成了第***代綜合通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)；進(jìn)入21 世紀(jì)，開(kāi)始大量采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及集成優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)***步提升了系統(tǒng)的綜合信息傳輸與承載、通信資源管理與控制、天線布置與射頻多功能集成等技術(shù)水平（于洋，2019）。2002 年，我***北方***基地裝備修理廠把退役的導(dǎo)彈快艇改造成無(wú)人遙控靶船，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控指揮。在2006 年的珠海航展上，展示了***產(chǎn)新型“XG-2”型水面無(wú)人概念艇。在此概念艇的基礎(chǔ)上，2008 年中***氣象局大氣探測(cè)技術(shù)中心和沈陽(yáng)航天新光集團(tuán)有限公司合作，共同研發(fā)了“天象***號(hào)”USV。2008 年的青島奧帆賽，該艇作為賽事氣象應(yīng)急裝備提供了氣象保障服務(wù)。同年11 月的珠海航展上，沈陽(yáng)航天新光集團(tuán)有限公司展示了新型“XG-3”型“閃電號(hào)”水面無(wú)人艇，可完成較惡劣海況下的探測(cè)、偵察甚至是小目標(biāo)攻擊等任務(wù)。 二、自動(dòng)化巡檢設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)      海洋自動(dòng)化巡檢設(shè)備涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要是通信技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)和航速與航向控制技術(shù)。 （***）通信技術(shù)      通信技術(shù)是指運(yùn)用各種通信手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集、處理、傳輸、交換與重現(xiàn)的技術(shù)。通信技術(shù)復(fù)雜多樣，按多種方式分類，比如按傳輸手段可分為有線通信、無(wú)線通信和簡(jiǎn)單手段通信， 按波長(zhǎng)可分為長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、超短波通信和微波通信等，按承載業(yè)務(wù)可分為語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)通信、圖像通信和視頻通信，按傳輸帶寬度量可分為窄帶通信、寬帶通信和超寬帶通信，按承載平臺(tái)可分為固定臺(tái)站通信和移動(dòng)通信。      目前由于我***計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)同在，隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐步完善及終端功能的豐富，擁有豐富內(nèi)容資源的服務(wù)提供商將增大其在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的投入。目前規(guī)模***大的三大網(wǎng)是電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)，它們都各有優(yōu)點(diǎn)和不足。每個(gè)載體在技術(shù)上都存在很大的提升空間， 因此在設(shè)備及服務(wù)商方面，未來(lái)將追求更高的帶寬、更快的網(wǎng)速，開(kāi)發(fā)更智能、更靈活的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。研發(fā)者在追求更高效的業(yè)務(wù)升***和新業(yè)務(wù)上線的同時(shí)，必須注重研發(fā)更綠色、更安全的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，促使網(wǎng)絡(luò)朝著更快速、更智能、更靈活、更安全和更綠色的方向發(fā)展。 （二）導(dǎo)航技術(shù)      導(dǎo)航技術(shù)是指通過(guò)航位推算、無(wú)線電信號(hào)、慣性解算、地圖匹配、衛(wèi)星定位及多種方式組合運(yùn)用，確定運(yùn)載體的動(dòng)態(tài)狀態(tài)和位置等參數(shù)的綜合技術(shù)。導(dǎo)航技術(shù)根據(jù)導(dǎo)航信息獲取原理的不同，可分為無(wú)線電導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、地形輔助導(dǎo)航、綜合導(dǎo)航與組合導(dǎo)航，以及專門用于指導(dǎo)飛機(jī)等飛行器著陸的著陸系統(tǒng)等。能夠完成***定導(dǎo)航定位任務(wù)的所有設(shè)備組合的總稱即導(dǎo)航系統(tǒng)，如無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、天文導(dǎo)航系統(tǒng)等。      隨著船舶導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科越來(lái)越多的技術(shù)成果被引入船舶導(dǎo)航領(lǐng)域。當(dāng)前，需要對(duì)船舶導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行信息化和自動(dòng)化的改造和提升，構(gòu)建***個(gè)高度信息化、高度自動(dòng)化、統(tǒng)***操控的船舶導(dǎo)航平臺(tái)。船舶導(dǎo)航是***個(gè)系統(tǒng)的工程，主要導(dǎo)航方式有三種：系統(tǒng)導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、雷達(dá)導(dǎo)航。系統(tǒng)導(dǎo)航分為星基導(dǎo)航和陸基導(dǎo)航，星基導(dǎo)航是利用衛(wèi)星導(dǎo)航，陸基導(dǎo)航就需要修建大規(guī)模的信號(hào)站，不過(guò)隨著 GPS 的出現(xiàn)，現(xiàn)在陸基導(dǎo)航系統(tǒng)均已停止使用。      北斗系統(tǒng)是中***自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼美*** GPS（全球定位系統(tǒng)）、俄羅斯 GLONASS（格洛納斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）之后，世界上第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)能夠?yàn)槿蛴脩籼峁┤旌颉⑷鞎r(shí)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、漁業(yè)、氣象監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警等民用和社會(huì)領(lǐng)域。***內(nèi)各高校越來(lái)越重視基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研制。例如，上海交通大學(xué)采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）實(shí)現(xiàn)了嵌入式捷聯(lián)慣性導(dǎo)      航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)（SINS/GPS）微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)方案，并完成了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與軟硬件實(shí)現(xiàn)；南京理工大學(xué)設(shè)計(jì)出了基于 DSP 的 SINS/GPS 微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)；沈陽(yáng)理工大學(xué)和哈爾濱理工大學(xué)各自設(shè)計(jì)出了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）的 SINS/GPS 微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)。      盡管目前各高校、公司都研制出了相應(yīng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，但專用于 USV 的微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)市面上卻很少。考慮到 USV 的工作環(huán)境是水面，良好的密封設(shè)計(jì)是微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)***要考慮的因素。目前，船艇的導(dǎo)航以 GPS 和北斗系統(tǒng)居多。 （三）航速與航向控制技術(shù)      對(duì)于無(wú)人艇的控制，***主要的是無(wú)人艇的航速與航向的控制，主要研究方法有“比例-積分-微分”（PID）以及改進(jìn) PID 控制、李雅普諾夫（Lyapunov）直接法、反步（Backstepping）設(shè)計(jì)法、滑模控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等。      意大利馬爾科 ·卡恰（M.Caccia）等針對(duì)“查理”號(hào) USV（“Charlie”號(hào)無(wú)人水面艇）和“羅斯”號(hào) USV（“ROSS”號(hào)無(wú)人水面艇）進(jìn)行了大量研究，如圖 7-27  所示。比布利姆（Bibulim）等基于航向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的控制設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了比例-微分-積分控制器（I-PD 控制器）和卡爾曼（Kalman）濾波器的航向控制器，并在海港中進(jìn)行了實(shí)船試驗(yàn)，取得了較好的控制效果。      ***內(nèi)已有大量關(guān)于 USV 的研究報(bào)告，吳恭興研究了某噴水推進(jìn)型 USV 的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題，從軟件、硬件角度設(shè)計(jì)了嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，并提出基于小腦模型的運(yùn)動(dòng)協(xié)控制策略。仿真試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)保證了 USV 具有較好的操控性能。      總體而言，無(wú)人艇的控制主要是航速和航向的控制，發(fā)展趨勢(shì)是以微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等為基礎(chǔ)，促進(jìn)通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)的深度融合。 注：文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除