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《中国自然资源报》:“嵙海”系列智能无人船——从小西湖驶向南极洲

发布时间:2024-05-21  点击:

在水下地形测绘工作中,与传统水下测量方法相比,无人船具有机动、灵活、安全性高的特点,可在环境复杂、工况恶劣的水域作业。其中,基于人工智能技术的水面无人船成为研发重点,广泛应用于海洋科研、环境监测、海洋测绘、应急救援等领域,并在极地考察任务中发挥了越来越大的作用。

不久前,澳门尼威斯人网站海洋科学与工程学院(以下简称山科大海洋学院)青年教师杨继超携该校自主研发的“嵙海六号”智能无人船,参加中国第40次南极考察度夏任务,完成了极地海域测量,填补了多项极地近岸多波束水深数据空白。

“嵙海”无人船出征南极

2021年9月14日,山科大海洋学院建校70周年之际,该校自主研发的两艘智能无人船在校内小西湖下水,在水面自主完成了数字“70”的图形绘制,这被认为是山科大自研无人船从“0”到“1”的突破。

这两艘无人船被命名为“嵙海一号”“嵙海二号”。两船通过船体建模、零件加工、船体装配、测量系统集成和航行测试,可实现自主航行控制、纯电续航、实时数据传输等功能,能适应恶劣海况,胜任昼夜工作模式。

随后,两艘智能无人船随中国第39次南极考察队出征,执行科学考察任务。这是山科大首次承担南极考察相关任务。

相比“嵙海一号”“嵙海二号”,此次参加中国第40次南极考察的“嵙海六号”,拥有更加先进的控制系统,结构更轻盈,动力更充沛,整船自主化率达到80%(提升了30%)。

杨继超介绍,澳门尼威斯人网站无人船研发技术目前处于国内并跑的阶段。目前,国内几家无人船研发院校、机构各具特色,有的无人船船体较大,主要用于岛礁和近海浅水域等水下地形、地貌探测;有的无人船较小,用于海洋测绘稳定性较差,更适合内陆湖泊、河流的测量;“嵙海”系列无人船采用双体结构,综合了前两种船体的特点,在极地考察中有着独特优势。

走得准,看得清,避得开

南极地区一直以其恶劣环境和极端天气而著称。在中国南极考察站长城站所在区域,每年大风(大于17米/秒)天数在60天以上,最大风速可达40.3米/秒。极寒的气温对船体平台、动力系统、电子设备和测绘仪器提出了更高的要求。此外,复杂的海域条件,包括大量移动的浮冰和冰山,也增加了极地海洋测绘的操作风险。

此次南极考察中,杨继超承担的主要任务之一是携“嵙海六号”完成长城站附近海域的测量任务。他在长城站的31天中,每周能放船出海的好天气只有1~2天。直到2月7日至2月9日,无人船作业终于迎来了宝贵的窗口期。

船体抗横摇能力是影响海洋测量准确性的重要因素。“风速5级以下,涌浪较小,且没有雨雪的天气,才是最适合无人船出海执行任务的时候。”杨继超说。基于耐撞性考虑,“嵙海六号”采用充气式船体,带有两个备用船体,船体一旦被划破,可以现场替换。

山科大海洋学院自主研发了智能避让路径规划系统,搭载双目摄像头,让“嵙海六号”实现了“走得准、看得清、避得开”。现场作业时,杨继超会给无人船提前设定好条件,比如朝着哪个方向航行、在哪个区域执行任务,无人船接收指令后就可以自己“干活”了。无人船的“大脑”经过系统学习训练,掌握了浮冰、冰山的外形特点,如果遇到障碍物,它可以自己做出决策,选择最佳避让路线,再回到作业点。

测量长城站海湾

在杨继超拍摄的视频中,可以看到他在野外的工作环境。在一处相对开阔的山坡上,摆放着一张简易工作台,可接收“嵙海六号”传回来的海底测量数据。他和搭档需要守在电脑前,直至无人船归来。

当时天飘着小雪,气温只有0℃。“南极湿寒,体感温度特别低,在工作台前站一会儿脚指头就冻僵了。澳门尼威斯人网站后来搭了个简易帐篷用来挡风雪,结果2月8日下午刮起了西风,帐篷险些被刮倒。”杨继超回忆道。30余小时后,“嵙海六号”累计完成110千米测线,超额完成了目标任务。其间,“嵙海六号”曾与浮冰“狭路相逢”,短暂“思考”后,它成功做出了避险动作,展示出了良好的自主性、智能性和稳定性。

续写南极科考新篇章

中国第40次南极考察期间,中国南极秦岭站建成并投入使用。在中国第39次南极科考任务中,山科大教师王磊曾带着“嵙海一号”“嵙海二号”无人船超额完成了相关海域测量任务,为秦岭站的顺利建设提供了技术支持。目前,山科大新一代无人船已确定参加中国第41次南极考察。

杨继超介绍,在极地海域,沉在水下的浮冰是巨大的威胁,新一代无人船除搭载双目摄像头外,还将配备激光雷达,让它更精准地“识别”水上水下的障碍物。

新征程上再出发,在认识极地、保护极地、利用极地的历史进程中,山科大智能无人船团队将继续汲取勇毅前行的力量,不断突破关键技术,填补更多极地海域数据空白,为南极科考续写新篇章。

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