碧海蓝天的海南三亚湾,是海上运动爱好者的天堂。连日来,在各类交通艇、游艇、气垫船、摩托艇等船舶之间,海面上来了两个无人驾驶的“小精灵”。

只见它们在岛礁周围或近岸海域,按照设定的路线,在海面上像犁田一样来回穿梭。一旦看到前方有船开过来,它们就会自动拐弯和避让,等船开走后,又回到既定路线上,继续航行。

↑精海3号

↑精海虹号


是的,你没看错!除了无人机和无人车,我们还有无人艇!

这一大一小、一白一黄两个“小精灵”分别叫“精海3号”和“精海虹号”,来自上海大学无人艇工程研究院。此行目的,是对海南三亚湾海岸带进行综合地质调查。

“精海3号”,看上去像一艘白色“迷你快艇”。船尾翘起两根长长的“小辫子”,下方还有一只“大眼睛”,这是接收地面指令的通讯天线和360度高清摄像头。船身安装了导航雷达、激光测距仪、前视声呐、侧扫声呐,船内还搭载了多波束测深系统、浅地层剖面仪、ADCP等调查设备。

↑调查队员把执行完任务的“精海3号”收回到母船。


黄色的“精海虹号”身长仅2.7米,搭载了单波束测深仪、CTD多参数测量仪、水下摄像机等调查仪器。它与“精海3号”一样,都能按照规划的路径自主导航。所不同的是它吃水更浅,此次调查中最浅处仅为0.2米。

工作/解放人力效率高


在调查队员乘坐的船上,驾驶台成了规划和监测无人艇“干活”的指挥室。只需将地质调查测线的指令发出去,无人艇就会在海面上“开跑”。在控制电脑的界面上,调查队员不仅能以无人艇的视角实时看到海面状况,还能随时操控它携带的各类调查仪器,仿佛人就在艇上。

许多调查队员都说:“这次海岸线综合地质调查,是我们出海历史上工作最轻松的一次。没有风吹日晒,没有蚊虫叮咬,更没有繁重的体力活,无人艇几个小时的工作量,就是我们以前需要好几天才能完成的。”

功能/无人驾驶的“黑科技”


无人艇之所以身手不凡,是因为它身上有许多不为人知的“黑科技”。利用声呐测绘进行海岸带地质调查,要求必须走直线。但岛礁周边的水流紊乱,裂流、涡流多,给无人艇带来很大干扰。

科研人员通过无人艇上的雷达,将它周边的海浪信息收集起来,建成“扰动空间”动态模型;无人艇身上还有很多传感器,能随时把它在海上的姿态测出来,形成“姿态空间”。在海面上航行,无人艇的“扰动空间”和“姿态空间”都是在不停变化。科研人员将两者对应起来,找到一个映射关系,就可以让无人艇变得“聪明”。

海面上航行的船舶很多,无人艇怎样实现自主避障呢?原来,无人艇是通过自身的传感器和雷达来估算对方的信息,并对误差信息进行纠正,从而实现移动避障。

展望/无人艇的未来


成立于2010年的上海大学无人艇工程研究院,是我国最早成立的集机械、控制、通信、力学、材料、计算机等相关专业为一体的无人艇专业研究机构,其麾下的“精海”系列无人艇,目前已研制到第八代,在我国东海、黄海、南海以及南极罗斯海等海域都进行过实际应用,成功解决了许多海上需求难题。

展望未来,随着无人艇智能化和自主化程度提高,可协调空中无人机、地面无人车、水下无人潜艇,共同组成“无人海洋系统”,在海岸设施的监管、海洋探测、海洋生物栖息环境监测等方面开展协同作业,同时也可协助海上执法行动。