作為人類探索地球奧秘的天然實驗室、全球環(huán)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。不久前，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，他攜帶的山科大自研的“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(shù)據(jù)空白，展現(xiàn)了極地科考的“山科”擔當。

“嵙海六號”更智能、更輕盈，極地考察中顯優(yōu)勢

隨著“海洋強國”戰(zhàn)略的提出，我國無人船研發(fā)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(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。

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(shù)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(yōu)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(zhàn)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(tǒng)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%。

楊繼超介紹，山東科技大學無人船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；有的船體普遍較小，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(yōu)越性。

南極地區(qū)一直以其惡劣的環(huán)境和極端天氣而著稱。暴風雪頻繁是長城站的最大特點，每年大風（大于17米/秒）日數(shù)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(tǒng)、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。

走得準，看得清，避得開，超額完成目標任務

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。在長城站的31天中，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。2月7日-2月9日，無人船作業(yè)終于迎來了珍貴的作業(yè)期。

楊繼超介紹：“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(zhí)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?；谀妥残钥紤]，‘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(xiàn)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(xiàn)場替換。”

“嵙海六號”采用海洋學院自主研發(fā)的智能避讓路徑規(guī)劃系統(tǒng)，搭載雙目攝像頭，實現(xiàn)了“走得準、看得清、避得開”。楊繼超介紹：“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(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(jīng)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，再回到任務點。”

三天的時間里，楊繼超只睡了兩個小時，瘦了8斤。在楊繼超拍攝的視頻中，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，不能走遠，直至無人船歸來。天飄著小雪，“企鵝服”的表面已經(jīng)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日下午刮起了西風，帳篷險些被推倒。”

經(jīng)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(zhàn)，展示出了良好的自主性、智能性和穩(wěn)定性。

助力秦嶺站建設，為極地科考續(xù)寫更多山科大篇章

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。這背后，就有著山科大的力量。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。

楊繼超說：“目前無人船搭載多波束測量系統(tǒng)，大多與無人船系統(tǒng)是分離的。也就是說我們需要通過“遠程訪問”來操縱和監(jiān)控多波束，受網(wǎng)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(tǒng)充分融合，實現(xiàn)整套系統(tǒng)由一個“大腦”指揮。”

山科大無人船已確定參加第41次南極考察。楊繼超說：“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。”

新征程上再出發(fā)，在加快建設海洋強國的偉大歷史進程中，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)寫更多篇章，留下更多山科大印記。