专业展示赛赛道技术方案

1. 背景介绍

AUV作为智能水下机器人的一个种类,是一个复杂的系统,集成了水下通信、人工智能、水下目标探测与识别、数据融合、智能控制以及组合导航等各子系统,是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人作业平台。大赛响应国家海洋强国和“一带一路”战略,主要针对海洋国防、海产养殖、海洋环境监测、海上防险救生等海洋应用需求,推动水下机器人技术和水下通信技术发展减少人员水下作业风险,开展全天候水下有效作业。

以无人机、无人艇和自主水下机器人为代表的的无人自治平台具备智能、灵活、快速、机动的特点,在海洋观测、探测感知具有潜在优势,具备在大空间尺度内开展快速、立体、同步海洋探测能力,具备应对复杂环境、多样探测等任场景的能力,具备智能、高效、处理和分析数据的能力。现阶段,无人系统跨域组网发展迅速,但在智能化、适应性、可靠性等方面仍存在很大的提升空间。在未来需要重点关注广域、异构、跨介质无人系统组网系统控制,复杂海洋环境下的高可靠度组网协同通信,以及复杂海洋环境下无人系统的探测感知等任务执行能力。

通过专业展示赛技术展示,遴选与引领优秀人才、团队及技术项目,助力创新人才探索基础科学和前沿核心技术,推进技术向产业赋能,牵引海洋智能装备技术和水下通信技术发展。

表演赛由参赛队结合自身AUV/USV技术创新点,拟定表演内容和流程,提交表演演示动画至组委会技术专家组审核,审核通过后将邀请参加专业展示赛。

2. 专业展示赛赛道设置

共设置如下展示项目:

1)空海潜协同演示组;

2)USV识别跟踪组;

3)自主可控协同组。

在专业展示赛现场设置赛事直播大屏,通过岸基摄像、空中航拍、参赛机器人第一视角、比赛立体态势图多角度展现水面、水下展示实时场景,并通过自媒体视频直播,邀请专家进行解说。

3. 专业展示赛项目方案

3.1. 赛前适配性训练

参赛前,参赛航行器可在检录码头附近的比赛区域,如下图所示,开展赛前适配性训练。

1比赛水域示意

3.2. 展示项目一:空海潜协同演示组——空海潜智能协同执行驱离任务展示赛 

3.2.1. 情景设定

100m×150m范围的任务水域内,发现某不明目标物正在该水域开展水面水下活动,立即部署无人机、无人艇和水下机器人前往进行探测并利用携带的水下声呐设备对水下目标物进行探测识别,精准跟踪目标物直至将其驱逐出任务水域,并将水面、水下监测图像实时传回岸基。设置入场区、任务水域和出场区。

 

2空海潜智能协同执行驱离展示赛示意图

3.2.2. 基本流程

某日,依照计划派遣无人机前往任务水域执行巡逻,岸基指挥下令己方无人机起飞前往侦查,指挥大屏切换至该水域态势图,精准显示己方无人机飞行轨迹和无人机传回的侦查画面。

己方无人机抵达任务水域开始空中侦查,发现水面不明物,抵近侦查,指挥大屏实时呈现无人机传回的不明无人艇位置坐标和画面,经岸基指挥研判水下有不明目标物活动,立即启动水下应对方案,派遣己方水面无人艇和自主水下机器人协同编队出发前往任务水域,对水下目标物活动状态进行确认。自主水下机器人实时将水下态势和自身位置坐标传回岸基指挥,指挥大屏态势图上精准呈现运动轨迹和水下态势画面。

在安全距离外,己方自主水下机器人利用搭载的水下声学设备率先探测到水下目标物并快速对其进行识别定位,确认非己方活动,同时已将水下目标物图像、坐标位置信息通过无人艇传回岸基指挥进行分析,岸基指挥大屏随即呈现出水下目标物画面,经岸基指挥研判为侵入目标物。

岸基指挥迅速下达指令,各小组对侵入目标物活动发出警告并进行驱离,目标物开始移动,己方无人机、自主水下机器人与无人艇协同编队始终保持一定距离对目标物跟踪监视和周围水下环境探测,不间断将水面、水下态势信息传回岸基指挥,在岸基指挥大屏实时展示目标物和己方运动轨迹和水面、水下态势信息,供岸基指挥动态决策。

至目标物驶离任务水域,自主水下机器人对态势确认后将目标物驶离任务水域信息传回岸基指挥,岸基指挥综合研判确认入侵目标物水下活动结束,下令任务结束并返航。

3.2.3. 展示关键技术

1)空海潜跨域协同

2)跨域组网通信

3)水面水下感知探测能力

4)水面水下导航定位能力

3.3. 展示项目二:USV识别跟踪组——USV识别跟踪展示赛 

3.3.1. 情景设定

任务水域200m×100m和80m×50m的两块相邻水域组成,参赛USV识别跟踪领航USV,在跟踪过程中需要完成随机投放障碍物避障,完成后继续跟踪。比赛水域设置入场区和出场区供参赛队伍使用。

3 USV识别跟踪展示赛示意图

3.3.2. 基本流程

参赛USV在入场区准备完毕,领航USV在距离出发点20m处某定点准备完毕,现场指挥员下达“任务开始”口令后,参赛USV和领航USV同时出发,领航按照预定航线和航速航行,参赛USV需要识别并跟踪领航USV,一直保持参赛USV与领航USV间距为20m,领航USV最大航速为4节,在跟踪过程中无人机会在预定地点投掷一个半径约0.5m的球状障碍物,参赛USV需要避开投掷的障碍物,并继续跟踪领航USV,同时保持20m间距,领航USV到达结束点时,完成比赛,领航USV和参赛USV返回出场区。

3.3.3. 展示关键技术

1)探测感知能力

2)路径规划能力

3)避障能力

3.3.4. AI自主识别跟踪与人员识别跟踪对抗

专业展示赛现场可邀请观众进行真人识别跟踪体验,观众遥控参赛USV对领航USV进行跟踪,要求保持20m间距,能够避开障碍物并进行跟踪,观众完成后,可将观众的跟踪误差与自动识别跟踪误差进行量化对比展示。

本专业展示赛旨在展示USV自主识别跟踪优势,相较于真人识别跟踪,具有如下特点:

1)24小时不间断运行,能达到全天候常态化;

2)夜间识别跟踪不受影响,真人识别跟踪在夜间一般很难实施;

3)跟踪精度高,安全性强,自主跟踪能够实现精确的定距跟踪,能够对干扰进行有效处理,真人跟踪则很难实现,甚至发生事故;

4)USV自主运行,能够适应恶劣复杂的海况,真人遥控在复杂海况下很难实现精准控制;

5)自主识别跟踪能够实现研判与识别跟踪分离,可将获取的信息传输到后方,供指控人员研判,真人识别跟踪需要同时进行研判识别跟踪,会发生信息不全面造成误判等情况。

3.4. 自主可控协同组 

由参赛队结合自身AUV/USV技术特点,拟定表演内容和流程,提交组委会技术专家组审核,审核通过后将邀请参加专业展示赛。考核技术点应切合如下需求中的一条或多条,展示应具有国内领先创新性,同时具有较强的观赏性:

1)水下通信或跨介质通信或协同组网;

2)跨域协同或集群协同;

3)水面、水下探测感知、定位。

附件1  展示水下自主自机器人搭载合作信标

1、概述

图片10.png 

4信标外形图

该信标可通过向船载超短基线平台发送简单脉冲信号实现水下定位,具有典型的轻量化、小型化等特点,在小范围内定位精度优势突出。信标平行外挂与航行器壳体表面,无外部电缆连接,如图13所示。

 

5信标安装示意图

2、基本指标

工作频率: Sonardyne MF (19-34 kHz)

深度: 500m

发射声源级:184dB

能源形式:无线充电锂电池

重量:不大于458g,水中重量:不大于140g

外形尺寸:圆柱体,直径不大于55mm,长度不大于154mm

 


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