适用于高海况的智能搜救艇研究

林玉璋，刘森林，刘伟平

（天海融合防务装备技术股份有限公司，上海 201612）

1 前言

针对海上恶劣环境导致救援人员难以到达现场的难题，以及救援时间紧迫的需求，利用现有技术基础，开展海上无人智能救援装备及相关配置仪器的实用化研究。重点突破搜救艇的抗风浪自主导控、目标快速定位与漂移预测、恶劣海况下遥控救助等关键技术，大幅提升我国海上应急无人智能搜救力量。

失事后的生命搜救，关键在于实现五急：急找、急估、急到、急救、急返。智能搜救艇是急救环节的核心装备，具有适应高海况的艇型，集成救助吊篮、抛缆云台、收缆绞车、摄像系统、数据传输系统、基础生命支持等各项智能遥控设备。

当智能搜救艇接近救助目标后，先抛射救生缆让目标靠近，再利用柔性救助系统将目标转移上船：对于有人的无动力救生筏，抛拖带缆并将缆绳固定，通过搜救艇上的绞车将其拖带返航；对于落水人员，抛救生缆，呼叫落水人员将缆绑在腰上，用收缆绞车拉至救助吊篮转移上船，提供保暖、供氧、营养等生命支持。

2 船舶简介

该智能搜救艇（以下简称本艇）的设计、建造参考《国际救生设备规则》(LSA)的要求，结构满足CCS《游艇入级与建造规范》（2012）对玻璃钢艇的要求，稳性满足中国海事局《沿海小型船舶检验技术规则2016》的相关要求。

本艇采用快速救助艇的船型，装有智能搜救系统集成与监控设备，艇体为玻璃钢结构，中部设置有柴油发动机，尾部设有喷水推进装置、自扶正装置，可适应恶劣海况。

本艇艇体长5.67 m、宽2.02 m、深0.97 m、吃水0.5 m、满载排水量约3 t；主机功率96 kW；在高海况下具有正常航行的能力，航速约4 kn，在静水中航速不小于10 kn，续航力不小于50 km。

本艇结构采用优质树脂及玻璃纤维增强材料，艇体、甲板、甲板室采用玻璃钢模具成型；肋骨、实肋板等骨架芯材采用聚氨酯泡沫；在局部应力较大的部位，如尾封板等处进行局部结构加强；本艇艇体、舾装及设备的安装，具有高强度和抗风浪的能力，满足高海况的要求。

本艇两侧设有护舷，艇尾上方设有自扶正装置；其框架由钢管制成，浮体采用充气气囊，使用时可自动张开；在艇的首部布置有数据传输天线，中前区域布置2 个救生吊篮，在吊篮下方设有2 台救生牵引用收缆绞车； 2 套抛缆云台布置在尾部两侧，抛缆绳与收缆绞车相连，实现抛缆和收缆功能。当搜救艇到达救生区域时，由云台抛绳装置抛出救生缆绳，同时下放救助吊篮，落水人员抓住救生缆绳后，由收缆绞车拖到搜救艇旁边，在绞车的协助下将落水人员拖到吊篮上，然后通过救助吊篮将落水人员运转到艇甲板面。本艇的总布置图，如图1 所示。

图 1 智能搜救艇总体布置图

3 稳性

本艇需在恶劣海况中进行搜救行动，自扶正能力是安全救生的必备能力，即艇体在恶劣海况下能够自身扶正维持不沉不翻，确保安全救生。

本艇翻转倒扣180°可以自动翻转扶正到0°初始状态，即具有自扶正功能。其复原力臂GZ 曲线图，如图2 所示：在翻转180°时，由于风浪作用浮心偏离重心，浮力与重力又重新形成力偶使艇继续翻转，直至浮心与重心重新达到同一垂线，最终艇回复到初始正浮的位置。

图2 复原力臂曲线图

根据对自扶正时间的计算，其时间T 与横倾角的关系，如图3 所示。

图3 自扶正时间图

4 动力系统

本艇选用柴油机作为推进动力源，相比于电池储能等其他动力源，柴油机具有功率大、响应速度快、适应恶劣工况等特点。

本艇的主机选用适用于高海况的高速柴油机，功率96 kW。如果航行时本艇发生一定角度的纵倾和横倾，柴油机内设置的传感器感知到姿态发生变化，会给出停机信号自动停机；柴油机姿态恢复后，内置传感器感知到姿态恢复正常，会给出起机信号自动重新起动柴油机。

本艇采用喷水推进，相比于螺旋桨推进、喷水推进，其结构简单，操作灵活，不易对获救人员造成二次伤害。

本艇的任务设备，如救助吊篮、抛缆云台、收缆绞车都包含液压执行机构，在机舱设置液压泵站为上述设备提供液压源；主机通过轴系驱动喷泵，轴系上设置PTO 驱动液压泵站的液压泵。

表1 为“柴油机+喷泵”与“电池储能+电推”两种推进形式的对比。

表1 两种推进形式对比

5 任务设备

（1）抛缆云台

抛缆云台将气动抛缆器和二自由度云台集成在搜救母船的船尾，主要针对有生命意识的落水人员。抛出缆绳后，落水人员将缆绳固定，由搜救艇绞车、吊篮拖回搜救艇甲板上；气动抛缆器自带高压气瓶，通过液压油缸遥控扳机，切换气路，抛射带细缆的橡胶弹头；细缆的另一端是收缆绞车。图4 为抛缆云台三维图。

图 4 抛缆云台

（2）收缆绞车

采用变量马达驱动单卷筒，通过自动排缆机构将抛出去的缆绳有序地排列在卷筒上，将目标物体拉回到搜救艇附近；自动排缆采用链传动，带动往复丝杆进行布缆，如图5 所示。

图 5 收缆绞车

（3）救助吊篮

救助吊篮安装在搜救艇前端两侧，采用四个油缸控制收放装置运动，如图6 所示：吊篮伸出船舷外，落水人员拉到吊篮上，吊篮升起把落水人员营救到搜救艇上。

图 6 吊篮装置救援伸出状态

（4）电控系统

电控系统主要通过定位系统、搜寻系统及数据传输系统实现航路规划与实时避障，进而实现辅助母船进行海面落水人员的远程施救工作。其中：（1）定位系统，采用新型的无线超宽带定位技术，基站安装在母船，信标安装在搜救艇，可全方位测量搜救艇的精确相对位置；（2）搜寻系统，配置四台高精度摄像头及一台激光雷达，摄像头采用三轴防抖稳态，以保持画面的稳定性；基于搜寻设备图像信息的融合结果，凝炼背景与目标信息，快速重构失事海域的动、静背景，定位失事目标，预测目标漂移的速度方向，评估涌浪变化趋势，进行全局路径规划和局部路径修正，实时调整搜救艇的路径，控制搜救艇救生全程迎浪前进、高效往返；（3）数据传输系统，采用高精度的无线图传模块，保证搜救艇与母船之间的高速、远距离、实时的无线视频与数据混合传输；建立搜救艇与母船、岸基指挥部间的信息纽带，同时与多站点进行数据传输，接收母船遥控指令和搜救艇周转的环境信息，上传搜救艇位姿信息，缩短延时，共享搜救信息，扩大工作范围，提高通讯可靠性，实现搜救信息的实时广播，保障搜救艇的安全性、可控性和搜救效果。

6 结语

智能搜救系统中的装备必须具有以下能力：快速定位目标，预测涌浪变化趋势；对抗强风、巨浪快速接近目标，配置生命维持、柔性救助等装置；稳定可靠的通讯、运输和收放能力。

基于智能无人搜救艇等海上救助作业平台，集成无人机、雷达、红外光电、北斗示位标、激光雷达等搜寻定位设备，以及抛缆云台、救助吊篮、保暖、供氧、营养等救助与生命保护设备；通过多设备的协同搜寻、图像融合、动静背景重构、目标识别与定位，实现综合监视；远程控制多套救助设备协同救助；最终建立基于无人机→岸基指挥部→救助船→搜救艇的联合智能搜救系统，能在岸、船基监控干预下，在高海况下自主释放智能无人搜救艇，搜救目标、自主回收、快速撤离。本艇于2021 年9 月交付，并在海上救助部门示范应用。