“小船”顯“身手”，“嵙海”探南極

作為人類探索地球奧秘的天然實驗室、全球環境和資源的新空間，南極是科學考察和全球治理的焦點所在。

近日，山東科技大學海洋科學與工程學院青年教師楊繼超完成中國第40次南極考察度夏任務歸來，他攜帶的山東科技大學自研的“嵙海六號”智能無人船出色的完成了極地海域測量任務，填補多項近岸多波束水深數據空白。

楊繼超和搭檔在野外簡易工作臺接收“嵙海六號”傳回來的海底測量數據。受訪者供圖

更智能更輕盈   小小身軀顯優勢

隨著“海洋強國”戰略的提出，我國無人船研發也邁入了新的階段。其中，基于人工智能技術的水面無人船成為關注焦點，廣泛應用于海洋科研、環境監測、海洋測繪、應急救援等領域，并在極地考察任務中發揮了越來越大的作用。

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小西湖下水，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。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，被極地中心選中，參與第39次南極考察。這也是山科大首次承擔南極考察相關任務。

“出師小西湖，進擊積米崖，決戰羅斯海”……相比去過南極的“嵙海一號”、“嵙海二號”，“嵙海六號”更加聰明，“嵙海六號”的控制系統更加先進，結構更加輕盈，動力更加充沛，整船自主化率達到80%，比“嵙海一號”“嵙海二號”的整船自主化率提升30%。

楊繼超向《中國科學報》介紹，目前，山東科技大學無人船技術處于國內并跑的階段。國內幾家無人船研發院校、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；有的船體普遍較小，用于海洋測繪穩定性較差，更適合內陸湖泊、河流的測量。“嵙海”系列無人船采用雙體結構，船長4米，在極地海洋中有著獨特的優越性。

 南極地區一直以其惡劣的環境和極端天氣而著稱。暴風雪頻繁是長城站的最大特點,每年大于17米/秒的大風日數在60天以上，最大風速可達40.3米/秒，相當于8級風速。極寒的氣溫對船體平臺、動力系統、電子設備和測繪儀器提出了極高的可靠性要求。此外，復雜的海域條件，包括大量移動浮冰和冰山，增加了極地海洋測繪的操作風險。

楊繼超與團隊成員研發新一代智能無人船    郭菁荔攝

走得準，看得清，避得開，超額完成任務

此次南極考察中，楊繼超承擔的主要任務之一是讓“嵙海”六號完成長城站附近的測量任務。

31天的長城站測量中，楊繼超“見到”太陽的時間加起來不到一天半，每周能放船出海的好天氣只有1-2天。

楊繼超告訴記者：“風速5級以下，涌浪較小，且最好沒有雨雪的天氣，才是最適合無人船出海執行任務的時候。船體抗橫搖能力是影響海洋測量準確性的最重要的因素。基于耐撞性考慮，‘嵙海’六號船體采用充氣式有一定的彈性，鋼性船體在撞到冰山和暗礁后，容易破損，現場維修困難。我們還帶了兩個備用的船體，船體一旦被劃破，可以現場替換。”

“嵙海六號”采用山科大海洋學院自主研發的智能避讓路徑規劃系統，搭載雙目攝像頭，實現了“走得準、看得清、避得開”。

楊繼超笑著介紹：“我們會給無人船提前設定好條件，比如朝著哪個方向跑、在哪個區域執行任務，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，再回到任務點。”

作業期的三天時間里，楊繼超只睡了兩個小時，瘦了8斤。在楊繼超拍攝的視頻中，記者看到了他野外工作環境——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據。楊繼超和搭檔需要守在電腦前，不能走遠，直至無人船歸來。天飄著小雪，“企鵝服”的表面早已經濕透。

“氣溫零度，但南極濕寒，體感溫度特別低，在工作臺前一會腳指頭就凍僵了。我們后來搭了個簡易帳篷試圖用來擋風雪，結果8號下午刮起了西風，帳篷險些被推倒。”楊繼超苦笑著回憶說。

經30余小時艱苦工作，累計完成110公里測線，超額完成了目標任務。無人船曾與浮冰等危險海況“狹路相逢”，“思考”后，它成功做出了避險動作，完成了挑戰，展示出了良好的自主性、智能性和穩定性。

楊繼超在南極科考    受訪者供圖

助力秦嶺站建設，為極地科考續寫篇章

也是在這期間，我國科考領域又迎來一個重磅歷史性時間——中國南極秦嶺站建成并投入使用。

在第39次南極科考任務中，山科大教師王磊帶著“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有力支撐。

楊繼超告訴記者：“目前，無人船搭載多波束測量系統，大多與無人船系統是分離的。也就是說我們需要通過“遠程訪問”來操縱和監控多波束，受網絡質量和帶寬影像很大。今年，我們拿到了山東省重大項目，任務就是要讓兩個系統充分融合，實現整套系統由一個“大腦”指揮。”

記者獲悉，山科大無人船已確定參加第41次南極考察。楊繼超告訴記者：“新一代無人船還沒有敲定名字，但目前確定的是船體會比上一代更輕便，‘大腦’也會更靈活。在極地海域，由于浮冰的顏色與海水顏色相似，并不好識別。另外，攝像頭也只能拍到海面的浮冰，沉在水下的浮冰部分是巨大的威脅。除搭載雙目攝像頭外，新一代無人船還將配備激光雷達，讓它學習大量的浮冰等障礙物知識后，更精準地識別水上水下的障礙物。”