本文對水域安防巡邏領域無人船技術的發展現狀進行了綜合評述，并對未來研究進行了展望。分析未來水域安防的發展趨勢，指出未來水域巡防將是智能化巡防，并且無人船是未來水域巡防的主力軍。從無人船技術的智能化、機器設備系統的智能化及作業運籌的智能化三個方面對無人船技術在未來智能化水域安防巡邏中的應用給出建議。
綜述表明，智慧化協同無人船集群作業是未來水域安防的主要形態，人工智能、分布式是當前以及未來一段時間內無人船技術的研究熱點。
引言
習近平指出，新一代人工智能正在全球范圍內蓬勃興起，為經濟社會發展注入了新動能，正在深刻改變人們的生產生活方式。(2018世界人工智能大會開幕賀詞)
改革開放以前，由于受經濟發展的限制，中國的安防主要以人防為主，安全技術防范還只是一個概念，技術防范產品幾乎還是空白。20世紀80年代初，安防作為一個行業在上海、北京、廣州等經濟發達城市和地區悄然興起，經過20年的發展，中國安防產業的發展已基本成型，且頗具規模。進入21世紀，安全技術防范產品行業又有了進一步的發展，智能化以及高科技電子產品、全數字網絡產品的大量涌現，都極大促進了技防產品市場蓬勃發展。
當今世界正處于新一輪科技革命與產業革命發展的關鍵時期，在人工智能領域帶動下，大量新技術涌現，必將對安防領域產生廣泛而深遠的影響。
未來水域安防的發展趨勢
01未來水域安防巡邏是智能化安防
在水域安防領域中，數據的主要來源是監控視頻，也有部分音頻、雷達、激光等數據;需要提取的信息主要包括感興趣目標、事件、統計特征等;智能分析技術負責建立從數據到信息的映射關系。由于數據主要由視頻構成，所以智能分析技術中常用的算法也以計算機視覺領域的算法為主，如前背景建模、目標檢測、分類、識別、跟蹤、特征點提取、匹配、運動估計等等。智能分析技術可以代替人力，從視頻等數據中提取出客戶感興趣的信息。
隨著軟硬件技術的發展，智能分析技術早已不局限在安防領域，而是成為人工智能領域的關鍵技術。在這樣的形式下，安防企業迎來了巨大的機遇和挑戰。一方面，安防企業對智能分析技術一直非常重視，也取得了很多成果，由于擁有海量的視頻數據，在發展大數據、深度學習、云計算等技術時具有一定優勢，可以憑借智能分析相關軟硬件技術的積累，向其它領域擴展業務。另一方面，新的領域也將帶來更多的投入和競爭，如何通過合理的規劃來迎接這些挑戰，是需要不斷思考的問題。
02無人船平臺是未來水域安防的主力軍
在未來智能化水域安防的“分布式”巡查模式中，人在后方，集群式無人船安防巡邏裝備執行具體巡查、監控、勘察等任務的作業，關鍵在于如何讓人能夠從巡查的各個任務和環節中解脫出來，實現統籌指揮的能力。對此，研究新型智能算法和軟件，探索無人船的自主和協同技術，通過人船鏈路實現交互，使無人船集群可以在一名操作人員的管理下完成發現、識別、跟蹤和監控目標等安保巡邏的各個環節，實現“一對多”的操作，并能使無人船集群具備在復雜環境中的執行任務能力，降低人的介入干擾程度。
基于上述水域安防概念和模式分析，未來的智能化水域安防將表現出三個主要特點：
(1)無人船主戰。
智能無人船平臺將取代人工以及傳統的安防設備成為主要的安防巡邏力量，人與機器將逐步分離，人由巡防的前沿退向后方，主要負責決策和指揮;智能無人船平臺加載機器設備走向巡防前沿，成為安防巡邏的主要執行者。
(2)萬物互聯。
要求機器設備或無人船平臺互聯互通，自主和無人/有人系統實現互聯，才能針對水面上下瞬息萬變的情況自主協同、配合行動。同時要求有強大的信息高速公路，在復雜環境下構建低延時、高容量、高可靠的基礎網絡鏈路，基于智能網絡算法實現動態連接、隨遇接入、功能可重組、快速自組織等能力。
(3)算法致勝。
算法是人工智能的核心，算法優勢賦予無人系統更高的自主性，取得行動優勢。人工智能算法在知識積累、重復性和準確性方面有較大優勢，能夠提高信息處理、感知和決策的質量和速度，加快“觀察-判斷-決策-行動”OODA環，取得主動權。無人船的平臺技術是基礎，但是智能算法是靈魂，智商欠佳、徒有肌肉的無人船是不能贏得最終的勝利的。
無人船主戰、萬物互聯、算法致勝也是未來智能水域安防的三大致勝機理，無人船作為其主要載體，是未來智能化水域安防的主力軍。
中國無人船技術發展現狀
早在上世紀60年代，遠程控制的無人艇船隊就廣泛用于軍事領域。近年來， 智能化一直是船舶發展的趨勢。隨著物聯網、大數據、云計算、人工智能等新理念、新技術的突飛猛進，船舶自動化水平不斷提高，無人船艇的實現有了科技支撐，無人駕駛船舶航行于全球有了實現的可能性。以無人艇船為代表的智能船舶還在環境監測、區域巡航等領域頻頻“拋頭露面”，相關的國內外研究成果也是層出不窮。
無人船艇包括具有自主規劃、自主航行、自主環境感知能力的全自主型無人船艇，以及非自主航行的遙控型無人船艇和按照內置程序航行并執行任務的半自主型無人船艇。它集船舶設計、人工智能、信息處理、運動控制等專業技術為一體，研究內容涉及自動駕駛、自主避障、規劃與導航、模式識別等多方面，可根據其作戰或使用功能的不同，采用不同的模塊，搭載不同的傳感器及設備，執行情報收集、監視偵察、掃雷、反潛、反恐、精確打擊、搜尋救助、水文地理勘察、中繼通信等任務。
如今，無人船以無人化、集成化、自動化與智能化的信息獲取方式，為相關職能部門提供多項應用服務功能，其主要用途與應用領域包括：城市地下水道檢測、高精度水下地形測繪、大壩堤防安全檢測、水文信息自動化監測、水環境自動監測、智能水道管理、河長制智慧化管理、智慧漁業災害應急服務。
安徽欣思創科技作為中科院旗下的國家高新科技企業，多年專業從事無人船人工智能控制平臺技術及產品研發、生產、銷售。公司擁有多項技術專利和核心船控技術，除了常規的路徑規劃、自動巡航、GPS/北斗雙系統導航、失控保護等功能外，還具有智能懸停、按ADCP高精度智能測流、遠距離水底成像并分析等核心技術。針對市場需求推出了水文智能測流無人船、水質在線監測無人船、水質自動取樣無人船、水下探測成像無人船等多款無人船產品，以其智能、高效、安全、便捷等優質特性，已廣泛應用于多個行業領域。
無人船技術在智能化水域安防巡邏中的應用思考
無人船技術在智能化水域安防巡邏中的應用主要表現在以下三個方面：無人船平臺的智能化，設備系統的智能化和指揮運籌的智能化。
01無人船平臺的智能化
智能化的無人船平臺能夠通過多維度廣泛感知外部環境與內部狀態信息，基于感知數據實時自主完成深度挖掘、推理和融合，實現水域環境態勢構建，自主產生控制策略并執行，同時要具有一定的自主認知和學習能力。
02設備系統的智能化
針對不同的作業場景，將智能化的無人船平臺相結合為智能化無人設備系統。與有人系統相比，智能化無人設備系統能適應更廣泛的使用條件，具有更好的持久性和耐受力，能夠支撐大范圍任務系列。
03指揮運籌的智能化
在相當長的一段時間內，無人船系統難以獨立完成復雜的作業任務，有人系統指揮無人船集群將是未來智能作業的主要工作模式，需要指揮運籌系統的智能化，通過智能輔助，實現有人/無人協同作業能力躍升。
欣思創無人船平臺在安防水域的日常河岸巡邏任務的同時還可配備專業聲吶系統和多個(可選)功能性高清攝像頭等設備，可將聲吶掃描的水下地形、水下物品、溺水人員或物證等圖像及定位等信息，通過自組網無線傳輸至岸邊的多個手機或電腦終端，以便岸邊救援人員高效、安全地開展搜救工作。智能控制系統可對船只進行路線規劃設定，對搜索水域進行地毯式掃描，從而實現全方位信息覆蓋和精準搜索，幫助岸邊工作人員快速判斷并確定目標點后安排潛水人員針對性地尋找水下物體。同時，船只還可選配雙目視覺系統和聲吶避障系統，實時傳輸水面視頻信息、幫助船只行進中的智能避障。通過船體及動力系統、導航及控制系統、遠程通信系統和智能化的人機交互系統，從而實現高效安全的水域安防巡邏作業任務。
目前，欣思創水底探測成像無人船產品因專業、輕便、可操作性強及通信效果佳而獲得藍天救援組織及水上警務管理部門的一致認可。從而最大程度地保障了搜救人員的人身安全，并且實現了搜索效率的大幅提升，搜索工作時間僅為傳統搜索工作模式的1/5~1/8。
與傳統水面船艇作業相比，無人船作業具有如下明顯優勢：
1. 實現作業無人化、智能化。無人船最顯著的特征是航行及任務執行的自主化，為其設定好航行路徑及作業任務后，其可自主航行、智能避障和執行任務，不需要或者弱化了人的參與，從而將人從繁重的、強度高的水上任務中解放出來。
2. 作業更高效、更標準。采用小船體、高航速、自主航行的無人船，由于其高機動性和高自主性等特點，采用無人船通常可以省卻常規船艇的調度、租用、人員維護等環節，利用精準的自主導航和船體小、速度快的特點，可以在多種作業環境中更高效的執行任務。同時，由于作業過程全受計算機控制，可以讓作業過程嚴格按設定執行，任務結果更準確、更標準。
3. 模塊化設計，功能多樣。無人船通常采取模塊化設計，通過更換任務模塊使其能夠執行不同的使命。因此，搭載不同的任務模塊，無人船可以完成從民用到軍用的各種任務。
4. 航速高、機動性強。當前內河使用的無人船，多數長度在10米以內，排水量不到一噸，吃水深度僅為傳統艦艇的十幾二十厘米，航速在4至10節，最大航速甚至超過20節，因此能快速駛往傳統艦艇無法到達的特定水域，如淺水區、狹窄巷道等。
5. 小巧靈活、隱蔽性好。無人船的外形通常低矮平滑，表面又涂有各種隱身材料，加之體型小巧，可借助海浪、島礁等的掩護，因此遭毀傷的概率小、生存能力很強。
6. 使用成本低。由于無人船降低了維護人員的成本，不僅可以大量部署，且其活動不受氣候影響，可全天候執勤，因此使用成本相對較低。
無人船艇包括具有自主規劃、自主航行、自主環境感知能力的全自主型無人船艇，以及非自主航行的遙控型無人船艇和按照內置程序航行并執行任務的半自主型無人船艇。它集船舶設計、人工智能、信息處理、運動控制等專業技術為一體，研究內容涉及自動駕駛、自主避障、規劃與導航、模式識別等多方面。無人系統技術在多學科交叉融合發展推動下，正在向更高水平的智能自主方向發展，其廣泛的覆蓋性、復雜的系統性、開放的知識性，決定了它必將成為一個極富創造力的領域，從而形成新的科學前沿。無人系統技術具有巨大的理論與技術創新空間和廣闊的應用前景。如何實現無人系統技術從“專用 ”到 “通用”的跨越式發展，既是無人系統技術發展的必然趨勢，也是水面安防巡邏研究和應用領域的挑戰。
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