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，南极一直是各国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随队完成中国第40次南极考察度夏任务归来，他携带由山科大自研的“嵙海六号”智能无人船在中国南极长城站附近出色完成了极地海域测量任务，填补了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”性能出众
极地考察独具优势
随着“海洋强国”战略的提出，我国无人船研发也迈入新阶段。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，山科大海洋学院凭借海洋测量、导航控制等方面的技术优势，被自然资源部中国极地研究中心选中，参与第39次南极考察，这也是山科大首次承担南极科考任务。在这次科考任务执行过程中，山科大教师王磊带着“嵙海一号”“嵙海二号”无人船超额完成相关海域测量任务，为中国南极秦岭站的建设提供了有力技术数据支撑。
据了解，与“嵙海一号”和“嵙海二号”相比，“嵙海六号”更加聪明——它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，山科大无人船技术目前处于国内并跑阶段。国内现有的几家无人船研发院校、机构各具特色——有的船体较大，主要用于岛礁和近海浅水域等水下地形、地貌探测；有的船体较小，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优越性。
3天完成110公里测线
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，是让“嵙海六号”完成长城站附近的测量任务。风速5级以下、涌浪较小，且最好没有雨雪的天气，最适合无人船出海执行任务。而暴风雪频繁是长城站的最大特点，这里每年大风（风速大于17米/秒）天数在60天以上，最大风速可达40.3米/秒，相当于8级风速。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。今年2月7日-2月9日，“嵙海六号”终于迎来珍贵的作业期。
“船体抗横摇能力是影响海洋测量准确性的最重要因素。基于耐撞性考虑，‘嵙海六号’船体采用有一定弹性的充气式构造，避免了钢性船体撞到冰山和暗礁后容易破损、维修困难的问题。我们还带了两个备用船体，船体一旦被划破，可现场替换。”杨继超说道。
此外，“嵙海六号”还采用山科大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”。杨继超表示，“我们会给无人船提前设定好条件，比如朝哪个方向跑、在哪个区域执行任务，它接收指令后会自己‘干活’。经过系统学习训练，无人船的‘大脑’已经掌握了浮冰、冰山的外形特点，因此在遇到障碍物时能够自行决策，选择最佳避让路线，再回到任务点。”
据了解，在开展作业的3天时间里，杨继超只睡了2个小时，瘦了8斤。在他拍摄的视频中，我们看到了他的工作环境——在一处相对开阔的山坡上，摆放着一张可接收“嵙海六号”传回的海底测量数据的简易工作台，杨继超和搭档守在电脑前，等待无人船归来。彼时，天空飘着小雪，他们身上的工作服表面已经湿透。“虽然当时气温是0℃，不算低，但南极湿寒，体感温度特别低，在工作台前待一会儿，脚趾就冻僵了。我们后来搭了个挡风雪的简易帐篷，结果2月8日下午刮大风，帐篷险些被吹倒。”杨继超说。
经过30余个小时的艰苦工作，杨继超和搭档利用“嵙海六号”累计完成110公里测线，超额完成目标任务。期间，“嵙海六号”曾与浮冰等危险海况“狭路相逢”，每一次，它都成功作出避险动作，完成挑战，展示出良好的自主性、智能性和稳定性。
迎接全新科考挑战
助力海洋强国建设
杨继超告诉记者：“目前无人船搭载的多波束测量系统，大多与无人船系统分离。也就是说，我们需要通过‘远程访问’来操纵和监控多波束，这样的话受网络质量和带宽影响很大。今年，我们拿到了山东省重大项目，任务是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次南极科考。杨继超表示：“新一代无人船的船体会比上一代更轻便，‘大脑’也会更智能。在极地海域，由于浮冰的颜色与海水颜色相似，不好识别。另外，摄像头只能拍到海面的浮冰，沉在水下的浮冰部分是巨大的威胁。因此，除搭载双目摄像头，新一代无人船还将配备激光雷达，让它在学习大量浮冰等障碍物知识后，能够更精准地识别水上水下的障碍物。”
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，为南极科考留下更多山科大印记。
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