在水下地形测绘工作中，与传统水下测量方法相比，无人船具有机动、灵活、安全性高的特点，可在环境复杂、工况恶劣的水域作业。其中，基于人工智能技术的水面无人船成为研发重点，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。
不久前，江南（中国）海洋科学与工程学院（以下简称山科大海洋学院）青年教师杨继超携该校自主研发的“嵙海六号”智能无人船，参加中国第40次南极考察度夏任务，完成了极地海域测量，填补了多项极地近岸多波束水深数据空白。
“嵙海”无人船出征南极
2021年9月14日，山科大海洋学院建校70周年之际，该校自主研发的两艘智能无人船在校内小西湖下水，在水面自主完成了数字“70”的图形绘制，这被认为是山科大自研无人船从“0”到“1”的突破。
这两艘无人船被命名为“嵙海一号”“嵙海二号”。两船通过船体建模、零件加工、船体装配、测量系统集成和航行测试，可实现自主航行控制、纯电续航、实时数据传输等功能，能适应恶劣海况，胜任昼夜工作模式。
随后，两艘智能无人船随中国第39次南极考察队出征，执行科学考察任务。这是山科大首次承担南极考察相关任务。
相比“嵙海一号”“嵙海二号”，此次参加中国第40次南极考察的“嵙海六号”，拥有更加先进的控制系统，结构更轻盈，动力更充沛，整船自主化率达到80%（提升了30%）。
杨继超介绍，江南（中国）无人船研发技术目前处于国内并跑的阶段。目前，国内几家无人船研发院校、机构各具特色，有的无人船船体较大，主要用于岛礁和近海浅水域等水下地形、地貌探测；有的无人船较小，用于海洋测绘稳定性较差，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，综合了前两种船体的特点，在极地考察中有着独特优势。
走得准，看得清，避得开
南极地区一直以其恶劣环境和极端天气而著称。在中国南极考察站长城站所在区域，每年大风（大于17米/秒）天数在60天以上，最大风速可达40.3米/秒。极寒的气温对船体平台、动力系统、电子设备和测绘仪器提出了更高的要求。此外，复杂的海域条件，包括大量移动的浮冰和冰山，也增加了极地海洋测绘的操作风险。
此次南极考察中，杨继超承担的主要任务之一是携“嵙海六号”完成长城站附近海域的测量任务。他在长城站的31天中，每周能放船出海的好天气只有1~2天。直到2月7日至2月9日，无人船作业终于迎来了宝贵的窗口期。
船体抗横摇能力是影响海洋测量准确性的重要因素。“风速5级以下，涌浪较小，且没有雨雪的天气，才是最适合无人船出海执行任务的时候。”杨继超说。基于耐撞性考虑，“嵙海六号”采用充气式船体，带有两个备用船体，船体一旦被划破，可以现场替换。
山科大海洋学院自主研发了智能避让路径规划系统，搭载双目摄像头，让“嵙海六号”实现了“走得准、看得清、避得开”。现场作业时，杨继超会给无人船提前设定好条件，比如朝着哪个方向航行、在哪个区域执行任务，无人船接收指令后就可以自己“干活”了。无人船的“大脑”经过系统学习训练，掌握了浮冰、冰山的外形特点，如果遇到障碍物，它可以自己做出决策，选择最佳避让路线，再回到作业点。
测量长城站海湾
在杨继超拍摄的视频中，可以看到他在野外的工作环境。在一处相对开阔的山坡上，摆放着一张简易工作台，可接收“嵙海六号”传回来的海底测量数据。他和搭档需要守在电脑前，直至无人船归来。
当时天飘着小雪，气温只有0℃。“南极湿寒，体感温度特别低，在工作台前站一会儿脚指头就冻僵了。我们后来搭了个简易帐篷用来挡风雪，结果2月8日下午刮起了西风，帐篷险些被刮倒。”杨继超回忆道。30余小时后，“嵙海六号”累计完成110千米测线，超额完成了目标任务。其间，“嵙海六号”曾与浮冰“狭路相逢”，短暂“思考”后，它成功做出了避险动作，展示出了良好的自主性、智能性和稳定性。
续写南极科考新篇章
中国第40次南极考察期间，中国南极秦岭站建成并投入使用。在中国第39次南极科考任务中，山科大教师王磊曾带着“嵙海一号”“嵙海二号”无人船超额完成了相关海域测量任务，为秦岭站的顺利建设提供了技术支持。目前，山科大新一代无人船已确定参加中国第41次南极考察。
杨继超介绍，在极地海域，沉在水下的浮冰是巨大的威胁，新一代无人船除搭载双目摄像头外，还将配备激光雷达，让它更精准地“识别”水上水下的障碍物。
新征程上再出发，在认识极地、保护极地、利用极地的历史进程中，山科大智能无人船团队将继续汲取勇毅前行的力量，不断突破关键技术，填补更多极地海域数据空白，为南极科考续写新篇章。
