作者:王昊昊 来源:中国科学报 发布时间:2022/4/29 22:14:40
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“聪明的船”可自动测量水下地形

 

 

按下手持操控台上的开始按钮,一个黄色的小船在自动设计航线后,开始在水面上“巡游”。遇到障碍物,它可以自动避让;被水草等困住时,它能自动脱困;即使周边有信号干扰,它也可“专心工作”。几分钟后,它会自动返回出发点,与此同时,一份关于该水域的全面水下地形测绘结果便呈现在操控台上。

这是4月29日,湘潭大学计算机学院·网络空间安全学院教授周航宇在该校琴湖上演示自研装备的一个场景。那个黄色小船,是由其领衔的湖南省智能测控无人船研究与应用创新团队自主研发的智能测控无人船。

智能测控无人船在工作。王昊昊 摄

2017年7月,国务院印发《新一代人工智能发展规划》,对包括无人机自主控制和汽车、船舶、轨道交通自动驾驶等人工智能的发展做出了全面部署和具体规划。

智能测控无人船可自动避障、脱困。王昊昊 摄

无人船已广泛应用于运输、环境、水文、测绘、军事等领域,具有广阔的应用前景,但无人船路障识别等自主航行技术仍是“卡脖子”技术,限制了无人船的推广和应用。

“河长制”由我国各级党政主要负责人担任“河长”,负责组织领导相应河湖的管理和保护工作。举例来说,自主航行等技术没有突破前,一个“河长”要借助无人船对50公里长的河流进行巡河时,需手持操控台不间断对无人船进行各种避障、脱困等操控,才可完成相关任务。这样的智能化产品其实并不智能。

周航宇(右)和工作人员操作无人船。王昊昊 摄

为此,上述团队通过对电子罗盘角度补偿方法的研究,建立了无人船自主标定下的角度误差补偿方程,并验证了有效性;通过对无人船偏差测控技术的研究,建立了偏差和舵机转角的最优方程,使定线导航偏差不大于0.3米,优于其他无人船0.5米的技术指标;通过传感器信息融合技术、航线规划和避障策略的研究,使无人船在遇到障碍物时能自主避障,实现了无人船的自主航行,目前其他民用无人船没有主动避障功能。

工作人员做无人船作业准备工作。王昊昊 摄

同时,该团队提出了一种无人船自主脱困方法,确保无人船搁浅后能顺利返航;提出了无人船数据采集时空一致性研究及多源信号干扰等解决方案,关键技术达到国内领先水平。

“目前,我们研发的无人船最大测量深度达200米,最大航速每秒可达5米,空间采集同时性偏差小于0.01秒,定线导航最大偏距达0.3米。”周航宇表示,无人船产品已更迭5代,在江西赣江一维河道模型断面测量、广东北江河道断面测量、上海崇明岛河道地形及断面测量等20余个项目应用。

工作人员操作无人船。王昊昊 摄

“根据调研,随着智能化、自动化技术的不断普及,我们的无人船在水利测绘、水文监测、水质监测、环境保护、渔政巡查、河长制巡查管理、应急救援等方面将发挥越来越重要的作用。我们对细分领域市场进行综合测算显示,无人船未来应用全国市场规模将超200亿元。”周航宇说。

周航宇表示,其团队研发的无人船产品涉及到人工智能、水动力学、自主决策、自动控制、信号处理、网络通信、传感器技术等多领域,是一个多专业融合的产品,也有望在教育领域做成典型产品,为各层次学生提供实践平台。

无人船在自动测量水下地形。王昊昊 摄

 
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