【儀表網 儀表研發(fā)】無人帆船是一種以風能海洋環(huán)境為驅動動力的新型海洋機器人，適用于長時間、大范圍海氣界面觀測作業(yè)，具有遠程可控、數據實時傳輸、低成本的特點。與傳統的海洋移動觀測平臺相比，無人帆船可以實現低成本的長航時、大范圍、高時空分辨率海洋觀測，特別是海氣界面的海表氣象數據和次表層海洋數據等海洋環(huán)境要素的精細觀測。
近日，中國科學院沈陽自動化研究所海洋機器人前沿技術中心研發(fā)團隊在無人帆船設計方面研究取得新進展。相關成果以Towards a General Design Evaluation Tool: The Development and Validation of a VPP for Autonomous Sailing Monohulls為題發(fā)表在海洋工程領域期刊Applied Ocean Research上。
航行速度是單體無人帆船的一個重要性能指標，它對無人帆船在海洋科學任務中的區(qū)域通過性、水團跟蹤能力和觀測效率有較大影響。由于單體無人帆船的船體和龍骨的設計通?；谌蝿招枨?，采用傳統的、基于經驗公式和梯度求解器的速度預測程序(VPPs)來估計速度性能會導致較大的誤差。
科研人員提出了一種通用的VPP，用于幫助設計者在設計初始階段有效的評估特定設計在各種風力條件下的速度性能?？蒲腥藛T一是創(chuàng)新性地開發(fā)了一個增強的遺傳算法(GA)求解器，用來幫助VPP在沒有先驗性能估計的情況下快速收斂；二是創(chuàng)新性地提出了一個基于鄰域信息的優(yōu)化(NIBO)策略，在獨立預測每個外界條件下的性能后，進一步利用相鄰狀態(tài)(相同的真風速或真風角)的鄰域信息加速和優(yōu)化速度預測過程。
基于“海鷗號”無人帆船的數值仿真和試驗證明，該方法可以作為一個有效的無人帆船設計評估工具。“海鷗”號無人帆船以風力作為航行驅動力，用太陽能為控制系統和傳感器供電，可實現長時間連續(xù)作業(yè)。
沈陽自動化所海洋機器人前沿技術中心研發(fā)團隊自2018年起對面向海洋觀測的無人帆船的航行機理、設計與優(yōu)化等問題展開基礎性研究，并研發(fā)出一型樣機“海鷗號”。相關論文發(fā)表在海洋工程領域期刊Ocean Engineering和Applied Ocean Research上。
該系列研究得到了國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金等大力支持。(海洋機器人前沿技術中心)
預測結果與海試數據對比
“海鷗”號無人帆船航速性能預測結果
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