本文轉自：半島都市報

自主避開浮冰,測線110公里

山科大自研新一代無人船勇“闖”南極,填補多項南極近海海域數據空白 文/半島全媒體記者劉金震通訊員郭菁荔圖/受訪者提供

作爲人類探索地球奧祕的天然實驗室、全球環境和資源的新空間,南極是科學考察和全球治理的焦點所在。不久前,山東科技大學海洋科學與工程學院青年教師楊繼超完成中國第40次南極考察任務歸來,他攜帶的山科大自研的“嵙海六號”智能無人船出色地完成了極地海域測量任務,填補多項近岸多波束水深數據空白,展現了極地科考的“山科”擔當。

更智能、更輕盈

極地考察中顯優勢

隨着“海洋強國”戰略的提出,我國無人船研發也邁入了新的階段,其中,基於人工智能技術的水面無人船成爲關注焦點,廣泛應用於海洋科研、環境監測、海洋測繪、應急救援等領域,並在極地考察任務中發揮了越來越大的作用。

2021年9月14日,山科大校慶前夕,兩艘略顯簡陋的無人船在學校小西湖下水,自主完成了數字“70”的繪製,這被認爲是山科大自研無人船從“0”到“1”的突破。2022年上半年,山科大海洋學院憑藉海洋測量、導航控制等方面的技術優勢,被極地中心選中,參與第39次南極考察。這也是山科大首次承擔南極考察相關任務。

“出師小西湖,進擊積米崖,決戰羅斯海”……相比去過南極的“嵙海一號”“嵙海二號”,“嵙海六號”更加聰明,它的控制系統更加先進,結構更加輕盈,動力更加充沛,整船自主化率達到80%,比“嵙海一號”“嵙海二號”的整船自主化率提升30%。

楊繼超介紹,山東科技大學無人船技術目前處於國內並跑的階段。“嵙海”系列無人船採用雙體結構,船長4米,在極地海洋中有着獨特的優越性。

暴風雪頻繁是長城站的最大特點,每年大風(大於17米/秒)日數在60天以上,最大風速可達40.3米/秒,相當於8級風速。極寒的氣溫對船體平臺、動力系統、電子設備和測繪儀器提出了極高的可靠性要求。此外,複雜的海域條件,包括大量移動浮冰和冰山,增加了極地海洋測繪的操作風險。

走得準,看得清,避得開

超額完成目標任務

此次南極考察中,楊繼超承擔的主要任務之一是讓“嵙海六號”完成長城站附近的測量任務。在長城站的31天中,楊繼超“見到”太陽的時間加起來不到一天半,每週能放船出海的好天氣只有1～2天。2月7日～2月9日,無人船作業終於迎來了珍貴的作業期。

楊繼超告訴記者:“風速5級以下,湧浪較小,且最好沒有雨雪的天氣,纔是最適合無人船出海執行任務的時候。船體抗橫搖能力是影響海洋測量準確性的最重要的因素。基於耐撞性考慮,‘嵙海六號’採用充氣式船體,有一定的彈性,鋼性船體在撞到冰山和暗礁後,容易破損,現場維修困難。我們還帶了兩個備用的船體,船體一旦被劃破,可以現場替換。”

“嵙海六號”採用海洋學院自主研發的智能避讓路徑規劃系統,搭載雙目攝像頭,實現了“走得準、看得清、避得開”。楊繼超介紹:“我們會給無人船提前設定好條件,比如朝着哪個方向跑、在哪個區域執行任務,無人船接收指令後就可以自己‘幹活’了。無人船的‘大腦’經過系統學習訓練,掌握了浮冰、冰山的外形特點。如果遇到障礙物,它可以自己做出決策,選擇最佳避讓路線,再回到任務點。”

三天的時間裏,楊繼超只睡了兩個小時,瘦了8斤。在楊繼超拍攝的視頻中,我們看到了他的野外工作環境。在一處相對開闊的山坡上,擺放着一張簡易工作臺,可接收“嵙海六號”傳回來的海底測量數據。他和搭檔需要守在電腦前,不能走遠,直至無人船歸來。“氣溫零攝氏度,但南極溼寒,體感溫度特別低,在工作臺前呆一會,腳指頭就凍僵了。我們後來搭了個簡易帳篷試圖用來擋風雪,結果8號下午颳起了西風,帳篷險些被推倒。”

這次南極作業期間,“嵙海六號”累計完成110公里測線,超額完成了目標任務。無人船曾與浮冰等危險海況“狹路相逢”,“思考”後,它成功做出了避險動作,完成了挑戰,展示出了良好的自主性、智能性和穩定性。

助力秦嶺站建設

爲極地科考續寫篇章

在此期間,我國科考領域又迎來一個重磅歷史性事件——中國南極秦嶺站建成並投入使用。這背後,就有着山科大的力量。在第39次南極科考任務中,山科大教師王磊帶着“嵙海一號”“嵙海二號”無人船超額完成了相關海域測量任務,爲秦嶺站的順利建設提供了有力支撐。

楊繼超告訴記者:“目前無人船搭載多波束測量系統,大多與無人船系統是分離的。也就是說我們需要通過‘遠程訪問’來操縱和監控多波束,受網絡質量和帶寬影響很大。今年,我們拿到了山東省重大項目,任務就是要讓兩個系統充分融合,實現整套系統由一個‘大腦’指揮。”

記者獲悉,山科大無人船已確定參加第41次南極考察。楊繼超表示,“新一代無人船還沒有敲定名字,但目前確定的是船體會比上一代更輕便,‘大腦’也會更靈活。在極地海域,由於浮冰的顏色與海水顏色相似,並不好識別。另外,攝像頭也只能拍到海面的浮冰,沉在水下的浮冰部分是巨大的威脅。除搭載雙目攝像頭外,新一代無人船還將配備激光雷達,讓它學習大量的浮冰等障礙物知識後,更精準地識別水上水下的障礙物。”

新徵程上再出發,在加快建設海洋強國的偉大歷史進程中,山科大智能無人船團隊將繼續前行,不斷突破關鍵技術,填補更多極地海域數據空白,爲南極科考續寫更多篇章,留下更多山科大印記。