——山东科技大学自研“ 嵙海”系列智能无人船参与南极考察纪实

　　◎  王世锋 郭菁荔

　　“参加南极考察是一件非常光荣的事情，这彰显了学校在相关技术方面的积累。”4月3日，山东科技大学海洋科学与工程学院青年教师杨继超，在为学校自动化学院学生做南极考察报告时这样提到。作为中国第40次南极考察度夏队员，杨继超携带“嵙海六号”智能无人船出色完成了测量任务。

　　时间拉回到2024年除夕夜，当绝大部分中国人沉浸在春节喜庆团圆的节日氛围时，杨继超正在南极洲乔治王岛南部菲尔德斯半岛上，冒着湿冷的天气，“躲在”简陋的帐篷里，观察着电脑屏幕上的监控画面。离岸边约5公里的海面上，一个“小黑点”在自主地、有规律地来回游动，这是智能无人船正在执行相关测量任务。

　　实际上，这已经是“嵙海”系列智能无人船第二次执行南极考察测量任务。相比大哥“嵙海一号”、二哥“嵙海二号”，“嵙海六号”更加智能、更加聪明，整船自主化率提升30%，达到80%。它可以更加自主地控制船体姿态，识别、躲避冰山、浮冰等障碍物，科学合理规划航行路线，相关技术达到国际领先水平。

　　随着人工智能在海洋探测方面的应用越来越广泛，以智能无人船为代表的智能无人平台在南极考察任务中发挥了越来越大的作用，有效保障了我国南极考察的顺利进行。

　　逐项攻克难题，自研“智能大脑”

　　21世纪是海洋的世纪，特别是“深海”“极地”充满未知，是世界各国争相探索的领域。

　　无人船艇技术作为海洋调查、勘测的新技术、新手段，越来越成为学术界、产业界研究的热点。利用智能无人船艇完成相关任务，不但减少了人员投入，而且大大提高了测量安全性和效率，优势明显。成立于2019年的山东科技大学海洋学院，在海洋传感器与信息集成、特种船舶及智能移动平台、海洋PNTC与信息感知、海岸河口科学与信息系统等方面逐步形成了特色优势，部分技术已达到国际同类水平。其中，海洋智能移动平台设计与建造是学院教学、科研的特色方向。

　　2021年9月14日，山东科技大学校庆前夕，两艘略显简陋的无人船在学校砚湖下水，自主完成了数字“70”的绘制，这被认为是山科大自研无人船从“0”到“1”的突破，两艘无人船也被认为是“嵙海”系列智能无人船的“0”号船。2022年上半年，海洋学院凭借海洋测量、导航控制等技术方面的优势，承担了山东科技大学首次南极考察相关任务。

　　“南极地区天气恶劣、常年大风，海况复杂，涌浪大，非常容易引起船体横摇、纵摇，这会直接影响无人船的稳定性，进而影响测量精度；海面冰山、浮冰多，尤其是冰山海面以下部分往往会比海面以上部分大很多，此外水下暗礁林立，这会影响无人船的正常航行，甚至可能导致船毁沉没。”杨继超介绍。如何让智能无人船拥有聪明的“大脑”，实现自主避障、自主航行、自主测量？海洋学院专门组建了攻关团队，针对南极地区的气候、海洋特点，开发智能控制系统。

　　“船体结构方面，我们采用了双体船结构，这样可以大大提高船体的稳定性；在船体材料方面，我们使用了橡胶材料制成的充气式浮体，它有一定的弹性，耐撞击。”杨继超介绍。团队在多年北斗导航定位系统研发经验的基础上，设计了北斗多天线组合导航定位定姿系统，解决了海洋环境中无人船低速大晃动运动条件下，难以精确定位、定姿的问题，实现了无人船的高灵敏度控制和导航。

　　在更核心的控制“大脑”方面，团队研发了智能避障路径规划系统，设计了核心算法。同时，团队还特意配备了双目摄像机，让智能无人船可以像人眼一样“三维建模”，自主观察海面情况。“算法经过系统学习训练，整体上掌握了浮冰、冰山的外形特点。在实际航行中，智能无人船可以自主处理、分析摄像机拍摄到的图像，分析是否符合冰山、浮冰的特征，如果符合，它就会自动调整航向，避开障碍物。”杨继超介绍。

　　超额完成任务，助力秦岭站建设

　　此次南极科考，杨继超承担的主要任务之一是利用智能无人船完成长城站附近海域的测量任务。

　　2月7日下午，长城站迎来了难得的天气和海况窗口期，智能无人船也迎来了大显身手的时刻。杨继超在其他几名队员的协助下，将无人船吊放至海中，在电脑上设定好目标海域的范围，无人船便自主地朝着目标海域开去。经过约半个小时的航行，它到达了指定海域，开始了地毯式“扫描”作业。

　　在执行任务的过程中，无人船多次遇到海上浮冰、冰山，均成功避开。第一天，这台油电混合动力无人船“一口气”工作了4个小时。在3天作业时间里，无人船累计工作30余小时，完成110公里测线，超额完成了目标任务，在自主规划路径、自主躲避障碍物、自主控制船体姿态等方面显示出了良好的自主性、智能性和稳定性。“测量过程中，无人船曾遇到过浮冰带等复杂海况，并成功做出了规避动作，性能经受住了考验。”杨继超高兴地说。

　　继续研发之路，更好履行使命任务

　　也就在测量任务的第一天，我国科考领域迎来一个重磅消息。我国第五个南极考察站——秦岭站正式开站，这是继长城站、中山站之后我国开设的第三个南极常年考察站。秦岭站顺利启用的背后，就有“嵙海”系列智能无人船的贡献。参加第39次南极科考任务的“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以及今后科研人员在相关海域开展调查研究提供了有力支撑。

　　科学探究与创新永无止境。智能无人船团队并没有因为两次南极任务的出色表现而停止前进的脚步。执行完南极考察任务回到学校后，杨继超一边处理测量数据，一边马不停蹄地开始了下一代智能无人船的研制工作，为出征第41次南极考察做准备。

　　采访中，杨继超也坦承智能无人船在作业过程中仍然存在一些不足，科研团队将继续优化无人船的测量和控制系统，增强两者的兼容性，以进一步提升无人船的智能化水平，以更好地承担南极科考这项非常光荣的使命和任务。