山科大自主研發的“海”系列智能無人船兩度參與南極考察，憑借“智慧大腦”超額完成既定任務

無人船“掌舵”，“把脈”南大洋

“參加南極考察是一件非常光榮的事情，這彰顯了學校在相關技術方面的積累。”在為學校自動化學院學生做南極考察報告時，山東科技大學海洋科學與工程學院青年教師楊繼超說道。作為中國第40次南極考察度夏隊員，他攜帶“嵙海六號”智能無人船出色地完成了測量任務，剛回國不久。

時間拉回到2024年除夕夜，當絕大部分中國人沉浸在春節喜慶團圓的節日氛圍中時，楊繼超正在南極洲喬治王島南部菲爾德斯半島上，冒著濕冷的天氣，“躲在”簡陋的帳篷里，觀察著電腦屏幕上的監控畫面。離岸邊約5公里的海面上，一個“小黑點”在自主地、有規律地來回游動，這是智能無人船正在執行相關測量任務。

實際上，這已經是“嵙海”系列智能無人船第二次執行南極考察測量任務。相比大哥“嵙海一號”、二哥“嵙海二號”，“嵙海六號”更加智能、更加聰明，整船自主化率提升30%，達到80%。它可以更加自主地控制船體姿態，識別并躲避冰山、浮冰等障礙物，科學合理規劃航行路線，相關技術與國際領先水平持平。

隨著人工智能在海洋探測方面的應用越來越廣泛，以智能無人船為代表的智能無人平臺在南極考察任務中發揮了越來越大的作用，有效保障了我國南極考察的順利進行。

逐項攻克難題，自研“智能大腦”

21世紀是海洋的世紀，特別是“深海”“極地”充滿未知，是世界各國爭相探索的戰略新疆域。

無人船艇技術作為海洋調查、勘測的新技術、新手段，越來越成為學術界、產業界研究的熱點。利用智能無人船艇完成相關任務，不僅減少了人員投入，而且大大提高了測量安全性和效率，優勢明顯。成立于2019年的山科大海洋學院，在海洋傳感器與信息集成、特種船舶及智能移動平臺、海洋PNTC與信息感知、海岸河口科學與信息系統等方面逐步形成了特色優勢，部分技術已達到國際同類水平。其中，海洋智能移動平臺設計與建造是學院教學、科研的特色方向。

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硯湖下水，自主完成了數字“70”的繪制，這被認為是山科大自研無人船從“0”到“1”的突破，兩艘無人船也被認為是“嵙海”系列智能無人船的“0”號船。2022年上半年，海洋學院憑借海洋測量、導航控制等方面的技術優勢，承擔了山科大首次南極考察相關任務。

“南極地區天氣惡劣、常年大風，海況復雜，涌浪大，非常容易引起船體橫搖、縱搖，這會直接影響無人船穩定性，進而影響測量精度；海面冰山、浮冰多，尤其是冰山海面以下部分往往會比海面以上部分大很多，此外水下暗礁林立，這會影響無人船的正常航行，甚至可能導致船毀沉沒。”楊繼超介紹。如何讓智能無人船擁有聰明的“大腦”，實現自主避障、自主航行、自主測量？海洋學院專門組建攻關團隊，針對南極地區的氣候、海洋特點，開發了智能控制系統。

“船體結構方面，我們采用了雙體船結構，這樣可以大大提高船體的穩定性；在船體材料方面，我們使用了橡膠材料制成充氣式浮體，它有一定彈性，耐撞擊。”楊繼超告訴記者。團隊在多年北斗導航定位系統研發經驗的基礎上，設計了北斗多天線組合導航定位定姿系統，解決了海洋環境中無人船低速大晃動運動條件下難以精確定位/定姿的問題，實現了無人船的高靈敏度控制和導航。

在更核心的控制“大腦”方面，團隊研發了智能避障路徑規劃系統，設計了核心算法。同時特意配備了雙目攝像機，讓智能無人船可以像人眼一樣“三維建模”，自主觀察海面情況。“算法經過系統學習訓練，整體上掌握了浮冰、冰山的外形特點。在實際航行中，智能無人船可以自主處理、分析攝像機拍攝到的圖像，分析是否符合冰山、浮冰的特征，如果符合，它就會自動調整航向，避開障礙物。”楊繼超介紹。

超額完成任務，助力秦嶺站建設

此次南極科考，楊繼超承擔的主要任務之一是利用智能無人船，完成長城站附近海域的測量任務。

2月7日下午，長城站迎來了難得的天氣和海況窗口期。精心準備了兩天時間的智能無人船也迎來了大顯身手的時刻。楊繼超在其他幾名隊員的協助下，將無人船吊放至海中，在電腦上設定好目標海域的范圍，無人船便自主地朝著目標海域開去。經過約半個小時的航行，它到達了指定海域，開始了地毯式“掃描”作業。

在任務過程中，無人船多次偶遇海上浮冰、冰山，均成功避開。開始工作的第一天，這臺油電混合動力無人船“一口氣”工作了4個小時。在3天作業時間里，無人船累計工作30余小時，累計完成110公里測線，超額完成了目標任務，在自主規劃路徑、自主躲避障礙物、自主控制船體姿態等方面顯示出了良好的自主性、智能性和穩定性。“測量過程中，無人船曾遇到過浮冰帶等復雜海況，并成功做出了規避動作，性能經受住了考驗。”楊繼超為智能無人船出色完成測量任務而感到自豪和高興。

也就在測量任務的第一天，我國科考領域迎來一個重磅消息。我國第五個南極考察站——秦嶺站正式開站，這是繼長城站、中山站之后我國開設的第三個南極常年考察站。秦嶺站順利啟用的背后，就有“嵙海”系列智能無人船的貢獻。參加第39次南極科考任務的“嵙海一號”“嵙海二號”無人船超額完成了相關海域測量任務，為秦嶺站的順利建設以及今后科研人員在相關海域開展調查研究提供了有力支撐。

科學探究與創新永無止境。智能無人船團隊并沒有因為兩次南極任務的出色表現而停止前進的腳步。執行完南極考察任務回到學校，楊繼超一邊處理測量數據，一邊馬不停蹄地開始了下一代智能無人船的研制工作，為出征第41次南極考察做準備。（青島日報/觀海新聞記者 王世鋒 通訊員 郭菁荔）

青島日報2024年5月17日1版

責任編輯：張慕鑫