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

  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。

  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，大范围的应用于海洋科研、环境监视测定、海洋测绘、应急救援等领域，并在极地考察任务中发挥了慢慢的变大的作用。

  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”的控制管理系统更先进，结构更轻盈，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，大多数都用在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。

  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。

  杨继超和记者说：“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能自己‘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。若遇到障碍物，它能自己做出决策，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，我们正真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。

  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到正常的使用中。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。

  杨继超和记者说：“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。也就是说我们应该通过“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点项目，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。杨继超和记者说：“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。