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高性能競賽帆船的避障系統(tǒng)有可能使巡航艇的監(jiān)視更加安全。

每年有數(shù)千個集裝箱從船上丟失，對船員構(gòu)成威脅

自從人類第一次進(jìn)入大海，水手們就一直擔(dān)心發(fā)生碰撞事故，而近年來，全球集裝箱航運(yùn)的數(shù)量大幅增加，集裝箱有時會被沖到海里，還有其他各種碎片。與此同時，越來越多的水手正在探索高緯度地區(qū)，在那里他們會遇到冰山和冰山碎片。

此外，還有現(xiàn)代賽船和小型游艇所達(dá)到的令人瞠目結(jié)舌的速度，包括IMOCA60級和100多英尺的Ultim三體帆船，它們的速度通常分別超過30節(jié)和45節(jié)。即使是“普通”的巡航艇也比幾年前航行得更快，這要歸功于它們逐漸變長的水線、現(xiàn)代化的航行計劃和改善的天氣應(yīng)變能力。從打破記錄的選手到家庭巡航艇，這是一件好事，但如果船員在水中發(fā)現(xiàn)了什么東西，這也會縮短他們的反應(yīng)時間。

為了解決這一問題，奧地利B** Marine開發(fā)了Oscar人工智能避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了日間和熱成像**、人工智能、深度學(xué)習(xí)和機(jī)器視覺等技術(shù)，讓水手們意識到航行中的危險，并給他們足夠的時間來修正航向。更酷的是，一些Oscar系統(tǒng)可以自動控制船只的自動駕駛儀來改變航向。

在硬件方面，所有Oscar系統(tǒng)都由一套視覺單元組成，其中包括三個安裝在桅頂上的攝像頭，一個安裝在甲板下的**處理單元，以及一個專用的應(yīng)用程序來監(jiān)視和控制設(shè)備。

視覺單元重量不到2磅，內(nèi)置兩個FLIR構(gòu)建的Boson熱成像**核心組件，以及一個彩色(紅、綠、藍(lán)或RGB)日間相機(jī)。根據(jù)型號的不同，熱成像相機(jī)的水平視場范圍為50到123度，垂直視場范圍為32到71度。

高端系統(tǒng)使用更高分辨率的熱成像儀，可以在更長的范圍內(nèi)**作。RGB相機(jī)提供120度水平視角和96度垂直覆蓋。開發(fā)人員說，有了這些攝像頭，Oscar可以探測并識別視頻流中只有4乘4像素的物體。

在帆船上，視覺單元安裝在一個鉸接支架上，可以調(diào)整桅桿的旋轉(zhuǎn)。該裝置還有一個慣性測量裝置，以電子方式穩(wěn)定**的實時圖像，并通過在桅桿內(nèi)運(yùn)行的以太網(wǎng)線與**處理器共享。

FLIR**相機(jī)用于Oscar在桅桿頂部的空中之眼

CPU是一種使用機(jī)器視覺算法和嵌入式人工智能來分析和檢查傳入視訊流以尋找危險物體的黑匣子計算機(jī)。Oscar根據(jù)相機(jī)在空間中的已知位置和方向來確定目標(biāo)的位置和與船只的接近程度，并且，當(dāng)可用時，它也使用地平線作為參考點。

B** Marine的聯(lián)合創(chuàng)始人Raphael Biancale解釋說:“Oscar會拍照，并與穩(wěn)定器和**處理器進(jìn)行同步，第二決定什么是水，什么不是。”“Oscar試圖根據(jù)照片來識別物體，它通過幾幀圖像來確定船只周圍物體的速度和方向。第二計算碰撞的概率。”

除了硬件之外，Oscar還包括一個基于Android-、iOS-和Windows友好的應(yīng)用程序，它可以駐留在PC、智能手機(jī)、平板電腦上，也可以借助于系統(tǒng)的NMEA-2000兼容性繪圖儀。該應(yīng)用程序提供了一個視覺參考，描述一個目標(biāo)或多個目標(biāo)在一個類似雷達(dá)范圍的圖形屏幕上的位置，并提供類似ais的信息，包括目標(biāo)的速度、方位和最近接近點的數(shù)據(jù)。此外，該應(yīng)用程序可以觸發(fā)船載警報，對檢測到的目標(biāo)發(fā)出警告。

每一套Oscar設(shè)備離開工廠時，都配備了一套經(jīng)過培訓(xùn)的人工智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)會使用5000萬張(還在不斷增加)圖像數(shù)據(jù)庫。這些圖像的范圍從普通的物體，如船只，游艇和航標(biāo)到無數(shù)的海洋物種，再到馬尾藻等特定的非水目標(biāo)。該數(shù)據(jù)庫還包括所有海況、天氣狀況和照明(白天和月光)場景下的圖像。

Oscar利用其船載人工智能將被探測到的目標(biāo)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以確定每個目標(biāo)是什么以及它所構(gòu)成的威脅級別。此外，B** -Marine還與一些知名的海洋競賽隊合作，這些船隊會記錄下他們在Oscar上拍攝的所有視頻圖像，并在他們上岸后與該公司分享。一旦收到，B** Marine將仔細(xì)標(biāo)記、注釋和匯編這些信息，并更新所有Oscar用戶的圖像數(shù)據(jù)庫。

第二，由于其人工智能和嵌入式深度學(xué)習(xí)能力，每套Oscar系統(tǒng)在海上工作的時間越長，識別目標(biāo)的能力也會提高。例如，Oscar知道渡輪的樣子，它“學(xué)習(xí)”從不同的角度和距離、不同的海況、溫度和光照條件來識別它們。

Oscar是專為高端帆船設(shè)計的，但也可以幫助人手不足的巡航人員

新發(fā)現(xiàn)的“知識”——很像競賽船隊收集的數(shù)據(jù)——將與其他Oscar用戶共享，以幫助提高系統(tǒng)識別物體和最小化誤報的能力。-根據(jù)Biancale介紹，競賽隊員可能每24小時就會看到一次警報，而巡航艇可能每隔幾天就會收到一次觸發(fā)警報。

“識別是有價值的，”Biancale說，他指出，睡覺的鯨魚與半潛的集裝箱、浮標(biāo)和其他助航設(shè)備的行為不同。“你需要預(yù)測鯨魚的去向，”他說。

一旦Oscar在視頻中識別出一個目標(biāo)，它的人工智能系統(tǒng)就開始工作。“它會尋找水中的任何擾動，”Biancale說。Oscar能探測到任何與水背景不同的東西，這是已知的。它試圖檢測數(shù)據(jù)庫中沒有的東西。不管被發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)是否在它的數(shù)據(jù)庫中，“Oscar”的設(shè)計要么是提醒機(jī)組人員它的存在，以便他們手動確認(rèn)修正航向，或者鏈接自動駕駛儀躲開目標(biāo)。

B** Marine正在向水手們推銷四種不同版本的Oscar，第一是目前在高性能遠(yuǎn)洋賽船上使用的頂級系統(tǒng)，包括IMOCA 60和Ultims這樣的高級帆船。Oscar Custom Sailing是一款滿載系統(tǒng)，采用了雙高分辨率的heat – imaging**，目標(biāo)探測范圍可達(dá)3040英尺。考慮到IMOCA 60s和Ultims的運(yùn)行速度規(guī)律，3040英尺的距離只需要40到60秒的預(yù)警時間，這種高端的系統(tǒng)可以自動控制船只的自動駕駛系統(tǒng)。一旦Oscar檢測到目標(biāo)，系統(tǒng)就會在一秒內(nèi)完成識別和過濾工作，第二再多花2秒調(diào)整自動駕駛儀的航向，使其轉(zhuǎn)向更安全的路線。

高級帆船賽的自動駕駛儀總是在計劃一條規(guī)避路線，比如說如果船只遇到意外的風(fēng)向轉(zhuǎn)變或不規(guī)則的波浪，如果Oscar在航行提前發(fā)現(xiàn)新情況，這種相同的功能可以幫助該船避免碰撞顛簸，使船接近順風(fēng)航行。

Oscar A**anced 640也采用了雙高分辨率FLIR內(nèi)置的熱成像相機(jī)，雖然視野較小，但仍可提供長達(dá)3,040英尺的目標(biāo)探測范圍。

Oscar A**anced 320具有與B** Marine其他Oscar系統(tǒng)相同的自動駕駛儀控制和日間攝像頭，但它使用的是較低分辨率的FLIR攝像頭。可提供長達(dá)1970英尺的探測范圍，適用于50到80英尺的帆船，航行速度為10節(jié)，一艘船大約需要1分56秒才能走完這段距離。

Oscar One 320

也有對巡航帆船友好的Oscar One 320系統(tǒng)也供使用，Biancale說，它使用的是與其他Oscar系統(tǒng)相同的日間RGB相機(jī)和Oscar A**anced 320上的FLIR熱成像相機(jī)，最大探測距離為1970英尺。然而，不同之處在于系統(tǒng)檢測到目標(biāo)后會發(fā)生什么。該系統(tǒng)不會自動改變自動駕駛儀的航向，而是發(fā)出警報并要求船長或船員通過應(yīng)用程序確認(rèn)目標(biāo)，第二再命令自動駕駛儀更改航向。

雖然這聽起來像是較小的誤差范圍，但重要的是要記住所涉及的速度：以7節(jié)的速度航行時，帆船需要2分46秒才能行駛1,970英尺，這對于保持適當(dāng)狀態(tài)的船員來說時間應(yīng)該是足夠的，在手機(jī)，計算機(jī)或繪圖儀上響應(yīng)應(yīng)用程序的警報和路線更正請求。

盡管對于那些在駛往百慕大的途中躲過太平洋西北地區(qū)的枯木或殘骸的人來說，Oscar的優(yōu)勢是顯而易見的，單這套系統(tǒng)的成本在15,000美元左右，但是與進(jìn)行認(rèn)真的玻璃纖維維修工作或真的是用救生筏這樣的“機(jī)會”相比，這個價格相當(dāng)合理。

有人可能還會說桅桿上的桅頂攝像頭和以太網(wǎng)線增加了高空重量，雖然并不多：攝像頭和支架的重量不到2磅，而電纜的重量大約為每30英尺1.1磅。如果重量確實至關(guān)重要，可以購買更輕的繩索來補(bǔ)償。

也就是說，請務(wù)必記住，Oscar是為離岸使用而設(shè)計的，而不是為了從舊金山灣到紐約或新澤西的港口。Biancale說:“Oscar能夠探測到的目標(biāo)數(shù)量沒有限制，但是它能夠逃避的目標(biāo)數(shù)量是有限的。”他補(bǔ)充說，該系統(tǒng)可以同時躲避“多個”目標(biāo)。

然而，需要考慮的一點是，Oscar是一個基于光學(xué)的系統(tǒng)，它的**遵循物理定律。例如，Oscar的日間RGB相機(jī)在陽光直射下會出現(xiàn)盲點。雖然這不是系統(tǒng)的熱成像相機(jī)的問題，這些相機(jī)在濃霧或下雨時不能正常工作。

也就是說，如果你要用一艘藍(lán)水船準(zhǔn)備越洋航行，Oscar是很有意義的，特別是當(dāng)人手不夠、睡眠不足和眼睛習(xí)慣性疲勞的情況下。至于發(fā)現(xiàn)枯木/殘骸，B**Marine的數(shù)據(jù)庫包括了這些圖像，讓水手們可以不用**望遠(yuǎn)鏡也能發(fā)現(xiàn)它們。

考慮到國際航運(yùn)和商業(yè)的巨大規(guī)模，一些貨物在運(yùn)輸途中丟失也就不足為奇。當(dāng)然，問題是，當(dāng)船只丟失貨物時，它們并不是不小心掉下了一個鞋盒，比如說耐克運(yùn)動鞋。相反，他們是損失了整個集裝箱的貨物。雖然一些幸運(yùn)的拓荒者偶爾會發(fā)現(xiàn)被沖上岸的戰(zhàn)利品，但如果在錯誤的時間和角度遇到這些漂浮的集裝箱，它們有可能迅速擊沉船只。雖然世界上的海洋蘊(yùn)藏著大量的資源，但專家估計，每年有1400到15000個海運(yùn)集裝箱丟失。

B** Marine指出:“集裝箱要么漂浮，要么下沉，但不會停留在淺水區(qū)，雖然這并不能免除這些航行危險——或它們對環(huán)境的影響——但這確實意味著，如果船頭前方有一個集裝箱，Oscar就可以探測到它。

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