填补多项南极近海海域数据空白!山科大自研“嵙海”系列智能无人船探测长城站海域

2024-04-19 10:21 半岛都市报·半岛新闻客户端阅读 (27026) 扫描到手机

半岛全媒体记者 刘金震 通讯员 郭菁荔

作为人类探索地球奥秘的天然实验室、全球环境和资源的新空间,南极是科学考察和全球治理的焦点所在。不久前,山东科技大学海洋科学与工程学院青年教师杨继超完成中国第40次南极考察度夏任务归来,他携带的山科大自研的“嵙海六号”智能无人船出色的完成了极地海域测量任务,填补多项近岸多波束水深数据空白,展现了极地科考的“山科”担当。

“嵙海六号”更智能、更轻盈,极地考察中显优势

随着“海洋强国”战略的提出,我国无人船研发也迈入了新的阶段,其中,基于人工智能技术的水面无人船成为关注焦点,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。

2021年9月14日,山科大校庆前夕,两艘略显简陋的无人船在学校小西湖下水,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。2022年上半年,海洋学院凭借海洋测量、导航控制等方面的技术优势,被极地中心选中,参与第39次南极考察。这也是山科大首次承担南极考察相关任务。

“出师小西湖,进击积米崖,决战罗斯海”……相比去过南极的“嵙海一号”、“嵙海二号”,“嵙海六号”更加聪明,“嵙海六号”的控制系统更加先进,结构更加轻盈,动力更加充沛,整船自主化率达到80%,比“嵙海一号”“嵙海二号”的整船自主化率提升30%。

杨继超介绍,山东科技大学无人船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;有的船体普遍较小,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,船长4米,在极地海洋中有着独特的优越性。

南极地区一直以其恶劣的环境和极端天气而著称。暴风雪频繁是长城站的最大特点,每年,特点,每年大风(大于17米/秒)日数在60天以上,最大风速可达40.3米/秒,相当于8级风速。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极高的可靠性要求。此外,复杂的海域条件,包括大量移动浮冰和冰山,增加了极地海洋测绘的操作风险。

走得准,看得清,避得开,超额完成目标任务

此次南极考察中,杨继超承担的主要任务之一是让“嵙海”六号完成长城站附近的测量任务。在长城站的31天中,杨继超“见到”太阳的时间加起来不到一天半,每周能放船出海的好天气只有1-2天。2月7日-2月9日,无人船作业终于迎来了珍贵的作业期。

杨继超告诉记者:“风速5级以下,涌浪较小,且最好没有雨雪的天气,才是最适合无人船出海执行任务的时候。船体抗横摇能力是影响海洋测量准确性的最重要的因素。基于耐撞性考虑,‘嵙海’六号船体采用充气式有一定的弹性,钢性船体在撞到冰山和暗礁后,容易破损,现场维修困难。我们还带了两个备用的船体,船体一旦被划破,可以现场替换。”

“嵙海六号”采用海洋学院自主研发的智能避让路径规划系统,搭载双目摄像头,实现了“走得准、看得清、避得开”。杨继超介绍:“我们会给无人船提前设定好条件,比如朝着哪个方向跑、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,再回到任务点。”

三天的时间里,杨继超只睡了两个小时,瘦了8斤。在杨继超拍摄的视频中,我们看到了他野外工作环境。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,不能走远,直至无人船归来。天飘着小雪,“企鹅服”的表面已经湿透。“气温零度,但南极湿寒,体感温度特别低,在工作台前一会脚指头就冻僵了。我们后来搭了个简易帐篷试图用来挡风雪,结果8号下午刮起了西风,帐篷险些被推倒。”

经30余小时艰苦工作,累计完成110公里测线,超额完成了目标任务。无人船曾与浮冰等危险海况“狭路相逢”,“思考”后,它成功做出了避险动作,完成了挑战,展示出了良好的自主性、智能性和稳定性。

助力秦岭站建设,为极地科考续写更多山科大篇章

也是在这期间,我国科考领域又迎来一个重磅历史性时间——中国南极秦岭站建成并投入使用。这背后,就有着山科大的力量。在第39次南极科考任务中,山科大教师王磊带着“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有力支撑。

杨继超告诉记者:“目前无人船搭载多波束测量系统,大多与无人船系统是分离的。也就是说我们需要通过“远程访问”来操纵和监控多波束,受网络质量和带宽影像很大。今年,我们拿到了山东省重大项目,任务就是要让两个系统充分融合,实现整套系统由一个“大脑”指挥。”

记者获悉,山科大无人船已确定参加第41次南极考察。杨继超告诉记者:“新一代无人船还没有敲定名字,但目前确定的是船体会比上一代更轻便,‘大脑’也会更灵活。在极地海域,由于浮冰的颜色与海水颜色相似,并不好识别。另外,摄像头也只能拍到海面的浮冰,沉在水下的浮冰部分是巨大的威胁。除搭载双目摄像头外,新一代无人船还将配备激光雷达,让它学习大量的浮冰等障碍物知识后,更精准地识别水上水下的障碍物。”

新征程上再出发,在加快建设海洋强国的伟大历史进程中,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 ,为南极科考续写更多篇章,留下更多山科大印记。