无人驾驶车辆：25年的里程碑

贾斯汀曼利 • 13 二月 2019

Hugin AUV正在推出（Courtesy Kongsberg）

QinetiQ北美的SEAScout Mk2 UUV，ANTX 2018（QinetiQ北美提供）

Riptide UUV使用开放式架构来启用用户（Courtesy Riptide）

早期的ASV原型（Courtesy J. Manley）

随着2019年的开始，海洋技术界庆祝50年的海洋学国际，这是一个全球性的聚会，展示了海事工业，科学和国防所使用的工具和技术。在回顾精神中，了解无人驾驶海上交通工具（UMV）社区的历史是有益的。虽然早在1957年就有该领域的发展记录，但现代时代的历史可追溯到20世纪90年代初。麻省理工学院海上授予自主水下航行器（AUV）实验室是技术发展的一个主要来源，该实验室催生了众多车辆，推出了行业领导者，并培训了许多现在在全球范围内塑造该领域的工程师。

AUV（有时称为UUV）和自主地面车辆（ASV）（有时也称为USV）的演变说明了技术和商业影响。随着技术的成熟，应用程序和业务影响也在增长。

AUV然后
在20世纪90年代早期，麻省理工学院的AUV实验室正在开发一个名为Odyssey Class的车辆系列。它们的直径大约为21英寸，长约2米。它们的设计潜水深度达到6000米，但相对便宜且易于部署。这些车辆支持了许多科学任务，包括北极冰下工作和南极海洋学。由海军研究办公室（ONR）赞助的这些车辆支持的关键计划被称为自主海洋采样网络。这是对抗AUV的先驱设计。在AUV实验室的前十年中，还进行了海底测绘和矿山狩猎实验。 1997年，Bluefin Robotics成立，旨在将这些创意转化为行业，这是众多商业AUV制造商中的第一家。
Odyssey技术的发展触及了所有领域。无人驾驶车辆控制的核心发展激发了当今的软件社区。特别是在2000年代早期，MIT AUV实验室推出了面向任务的操作套件（MOOS）。其他技术发展是使用早期声学调制解调器和多普勒速度测井（DVL）的实验。有效载荷系统也得到了整合和评估。早期的数字侧扫声纳是今天调查AUV的重要一步。麻省理工学院AUV实验室在其第一个十年中首次整合了AUV上的底部剖面仪。

奥德赛AUV配备了早期的底部剖面仪（Courtesy J. Manley） AUVs Today

AUV有多种形状和尺寸。 25年前无法实现的技术是司空见惯的。 Hugin车辆是当今服务领先的商用车之一。它是整个社区的例证，提供全面的有效载荷传感器套件，包括侧扫声纳，底部探测器，多波束回声探测器，磁力计和摄像头。 Hugin展示的新出现的有效载荷包括合成孔径声纳和激光扫描仪。 Hugin AUV的导航解决方案使用来自板载惯性测量单元（IMU）的原始输出，以及使用卡尔曼滤波器实时处理的其他可用原位传感器。这些都是第一辆Odyssey车辆的重大改进，这些车辆只携带一个温度传感器并计算螺旋桨转向以用于海底定位。

商业上Hugin及其竞争对手正在服务于众多市场。军事买家使用AUV进行矿山狩猎和物理海洋学。科学用户搜索沉船和热液喷口。但AUV最具活力的商业领域是海上能源。石油和天然气以及海上风能等可再生能源都采用AUV进行现场特性检查和管道检测等多种不同类型的任务。海洋水文和三维伪地震以及考古研究也是常见的商业应用。今天，AUV调查不仅在许多海事应用中被接受，而且是预期的。

随着调查AUV变得司空见惯，AUV的新兴前沿包括现代电子，设计和制造技术所带来的新概念。在QinetiQ North America的SEAScout中，我们看到了一种紧凑，简单的方法。 Teleynde的Gavia为有效载荷和系统组件提供模块化，Riptide UUV系列利用开源方法特别方便用户使用。

QinetiQ北美的SEAScout是一款轻型，A尺寸，非常小的UUV，具有可重新配置的有效载荷能力，可以执行多种海上任务，如诱饵，网关浮标，中和器，数据采集，情报，监视和侦察。最新一代SEAScout，提供增强的耐用性，通信和导航精度，以及新的有效载荷。这项工作建立在ANTX 2018展示的声学有效载荷的成功整合基础之上。这种新型紧凑型UUV设计为美国海军水手无需专门培训即可轻松轻松地使用，简化了现实世界任务的就业。

Teledyne的Gavia采用独特的机械/电气设计，可将车辆拆卸成更小的部件。这使得1000米级的车辆可以在世界各地轻松部署。它还为车辆用户提供了使用新的有效载荷模块扩展其未来操作的机会，这些有效载荷模块与有效载荷传感器可用之前构建的AUV向后兼容。这种情况已经在2008年交付的AUV中得到了证明，采用了新的有效载荷模块，建立于2018年，整整十年之后。

Teledyne的Gavia Modular AUV（礼貌Teledyne Marine）

Riptide Autonomous Solutions已经建立了一系列AUV。它始于microUUV，并已扩展到更大和更深层次的变体。但重要的是内在的东西。采用电子和软件的最新发展使得Riptide车辆特别灵活。他们的架构具有开放的硬件和软件接口，为用户提供可靠而强大的平台，以推动技术发展。同样的方法也使公司能够在14个月内快速适应并推出新的标准产品。虽然这不是消费电子产品的步伐，但产品开发速度非常快。 AUV社区正在迅速进入未来25年。

ASV然后
与AUV一样，麻省理工学院是早期自主地面车辆（ASV）发展的源泉。与AUV工作有显着的相似之处。 20世纪90年代的早期原型没有使用GPS，缺乏WiFi，并且在有效载荷上挣扎。与Odyssey AUV一样，这些车辆在启动任务后使用了完全自主的方法，没有任何车辆互动。表面上早期创新的一个领域是使用内燃机进行推进。这些早期的ASV首先受到渔业研究的启发，旨在作为跟踪标记鱼类的工具。最终，焦点转移到水文调查，这已成为当今最常见的任务之一。

ASV现在
近年来，ASV已经激增，特别是用于岸边使用的小型系统。在远洋系统领域，玩家人数较少。 ASV Global，现在是L3 ASV，是该领域的先驱，专门从事无人水面船舶技术的开发，供应和集成。他们提供一系列完整的USV系统，长度从2米到15米不等。除了三维ASV的产品系列外，该公司还承担了将船舶和小型船舶改装为无人操作的项目。广泛的产品系列使ASV能够为内陆，沿海和近海环境中的运营提供各种经过验证的解决方案。他们为15个国家的60多个客户提供了100多个自治系统。与调查AUV一样，ASV现在也是一种经过验证的工具。
海底调查的任务仍然是该技术的核心应用。在这个领域，ASV最近宣布与全球调查领导者Fugro合作，为商业调查市场创建下一代自动船。开发这种新的自动化船舶解决方案将有助于调查行业通过提高运营安全性和成本效益来减少离岸员工的风险并提高运营效率。
L3 ASV C-Worker 5自主船（礼貌：L3 ASV）
无人系统将海洋带入未来
自20世纪90年代中期以来，互联网，软件和复杂的电子产品已经改变了生活。在海上也有同样的变革性发展。早期的AUV和ASV展示了无人系统在蓝色经济的所有部门中改变海洋运营的潜力。早期的AUV为海洋学提供了成果，如今它们服务于不同的领域，是海上调查的基本要素。 ASV已经从基本的近岸工具演变为与数千英里之外的运营商联网的全球相关平台。 25年来，已开发出数百种新的无人驾驶海上交通工具。他们越过海洋，发现了沉船，发现了地雷，并对数十万英里的海底进行了调查。
Henry Stommel的有远见的文章The Slocum任务于1989年出版。他预计自动驾驶车辆将在很长一段时间内漫游海洋并收集前所未有的新海洋数据集。现在，30年后，随着无人海底和地面车辆的不断成功，斯托梅尔的愿景如果没有实现，已经得到了证明。