在水下地形測繪工作中，與傳統(tǒng)水下測量方法相比，無人船具有機動、靈活、安全性高的特點，可在環(huán)境復雜、工況惡劣的水域作業(yè)。其中，基于人工智能技術的水面無人船成為研發(fā)重點，廣泛應用于海洋科研、環(huán)境監(jiān)測、海洋測繪、應急救援等領域，并在極地考察任務中發(fā)揮了越來越大的作用。

不久前，山東科技大學海洋科學與工程學院（以下簡稱山科大海洋學院）青年教師楊繼超攜該校自主研發(fā)的“嵙海六號”智能無人船，參加中國第40次南極考察度夏任務，完成了極地海域測量，填補了多項極地近岸多波束水深數(shù)據(jù)空白。

“嵙?！睙o人船出征南極

2021年9月14日，山科大海洋學院建校70周年之際，該校自主研發(fā)的兩艘智能無人船在校內小西湖下水，在水面自主完成了數(shù)字“70”的圖形繪制，這被認為是山科大自研無人船從“0”到“1”的突破。

這兩艘無人船被命名為“嵙海一號”“嵙海二號”。兩船通過船體建模、零件加工、船體裝配、測量系統(tǒng)集成和航行測試，可實現(xiàn)自主航行控制、純電續(xù)航、實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，能適應惡劣海況，勝任晝夜工作模式。

隨后，兩艘智能無人船隨中國第39次南極考察隊出征，執(zhí)行科學考察任務。這是山科大首次承擔南極考察相關任務。

相比“嵙海一號”“嵙海二號”，此次參加中國第40次南極考察的“嵙海六號”，擁有更加先進的控制系統(tǒng)，結構更輕盈，動力更充沛，整船自主化率達到80%（提升了30%）。

楊繼超介紹，山東科技大學無人船研發(fā)技術目前處于國內并跑的階段。目前，國內幾家無人船研發(fā)院校、機構各具特色，有的無人船船體較大，主要用于島礁和近海淺水域等水下地形、地貌探測；有的無人船較小，用于海洋測繪穩(wěn)定性較差，更適合內陸湖泊、河流的測量；“嵙?！毕盗袩o人船采用雙體結構，綜合了前兩種船體的特點，在極地考察中有著獨特優(yōu)勢。

走得準，看得清，避得開

南極地區(qū)一直以其惡劣環(huán)境和極端天氣而著稱。在中國南極考察站長城站所在區(qū)域，每年大風（大于17米/秒）天數(shù)在60天以上，最大風速可達40.3米/秒。極寒的氣溫對船體平臺、動力系統(tǒng)、電子設備和測繪儀器提出了更高的要求。此外，復雜的海域條件，包括大量移動的浮冰和冰山，也增加了極地海洋測繪的操作風險。

此次南極考察中，楊繼超承擔的主要任務之一是攜“嵙海六號”完成長城站附近海域的測量任務。他在長城站的31天中，每周能放船出海的好天氣只有1~2天。直到2月7日至2月9日，無人船作業(yè)終于迎來了寶貴的窗口期。

船體抗橫搖能力是影響海洋測量準確性的重要因素?！帮L速5級以下，涌浪較小，且沒有雨雪的天氣，才是最適合無人船出海執(zhí)行任務的時候?！睏罾^超說?；谀妥残钥紤]，“嵙海六號”采用充氣式船體，帶有兩個備用船體，船體一旦被劃破，可以現(xiàn)場替換。

山科大海洋學院自主研發(fā)了智能避讓路徑規(guī)劃系統(tǒng)，搭載雙目攝像頭，讓“嵙海六號”實現(xiàn)了“走得準、看得清、避得開”?，F(xiàn)場作業(yè)時，楊繼超會給無人船提前設定好條件，比如朝著哪個方向航行、在哪個區(qū)域執(zhí)行任務，無人船接收指令后就可以自己“干活”了。無人船的“大腦”經過系統(tǒng)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，再回到作業(yè)點。

測量長城站海灣

在楊繼超拍攝的視頻中，可以看到他在野外的工作環(huán)境。在一處相對開闊的山坡上，擺放著一張簡易工作臺，可接收“嵙海六號”傳回來的海底測量數(shù)據(jù)。他和搭檔需要守在電腦前，直至無人船歸來。

當時天飄著小雪，氣溫只有0℃。“南極濕寒，體感溫度特別低，在工作臺前站一會兒腳指頭就凍僵了。我們后來搭了個簡易帳篷用來擋風雪，結果2月8日下午刮起了西風，帳篷險些被刮倒?！睏罾^超回憶道。30余小時后，“嵙海六號”累計完成110千米測線，超額完成了目標任務。其間，“嵙海六號”曾與浮冰“狹路相逢”，短暫“思考”后，它成功做出了避險動作，展示出了良好的自主性、智能性和穩(wěn)定性。

續(xù)寫南極科考新篇章

中國第40次南極考察期間，中國南極秦嶺站建成并投入使用。在中國第39次南極科考任務中，山科大教師王磊曾帶著“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提供了技術支持。目前，山科大新一代無人船已確定參加中國第41次南極考察。

楊繼超介紹，在極地海域，沉在水下的浮冰是巨大的威脅，新一代無人船除搭載雙目攝像頭外，還將配備激光雷達，讓它更精準地“識別”水上水下的障礙物。

新征程上再出發(fā)，在認識極地、保護極地、利用極地的歷史進程中，山科大智能無人船團隊將繼續(xù)汲取勇毅前行的力量，不斷突破關鍵技術，填補更多極地海域數(shù)據(jù)空白，為南極科考續(xù)寫新篇章。