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設(shè)備與工具《南方測繪》雜志在2022年12月出版的雙月刊總第118期，刊登了一篇對云洲智能海洋事業(yè)部總經(jīng)理唐梓力博士的專訪稿件，云洲智能已獲授權(quán)轉(zhuǎn)載，以下為正文。
海洋開發(fā)，測繪先行
中學(xué)地理課本將地球描述成“三分陸、七分海”的蔚藍星球，地球表面積的71%被海洋覆蓋，人類對海洋的開發(fā)與研究從未停止，但海洋對我們來說仍然充滿未知。
在海洋的開發(fā)與研究中，測繪發(fā)揮了重要作用?！拔覀兯纤碌母黝惢顒?，很多都需要測繪的支持?！?珠海云洲智能科技股份有限公司（以下簡稱“云洲智能”）海洋事業(yè)部總經(jīng)理唐梓力認為：“海洋開發(fā)，測繪先行，對于航道部門來說，水下地形測量是判斷航行條件的先行條件；對于海上石油、風電、潮汐電力等平臺以及跨海大橋的建設(shè)施工都需要依據(jù)水文、水下地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)支持決策；在國防領(lǐng)域，海洋重力場是一項很重要的數(shù)據(jù)，很多飛行單位的情況飛行信息就需要依賴詳細的重力場數(shù)據(jù)。”
水上測繪裝備的發(fā)展史
可映射出水上測量的歷史
“說到水上測繪，大家都不陌生。但是很多人不知道的是，現(xiàn)代水上測繪的起源可以追溯到100多年前，它是由當時的海島測量需求發(fā)端的，當航船進入不熟悉的海（水）域，首先需要知道水深情況，依此判斷船舶是否可以安全地駛?cè)?、駛出?！碧畦髁榻B水上測繪的發(fā)展與開發(fā)海洋的需求密切相關(guān)，“現(xiàn)在我們常說的發(fā)展海洋經(jīng)濟、開發(fā)海洋資源、研究海洋科學(xué)等都離不開水上測繪?！?/p>
水上測繪的重要性已毋庸置疑。隨著測繪技術(shù)手段的豐富，水上測繪也從單純的水深測量發(fā)展為地形、水文、重力、磁場等要素的綜合性測量?！八蠝y繪的精度和維度，對測繪裝備有很強的依賴性，從這個角度來說，水上測繪的發(fā)展史，其實可以將其看作水上測量裝備的發(fā)展史?！碧畦髁φf。
最開始，水上測量以水深測量為主，方法就是用長繩捆綁一重物，將其沉到水底，然后測量入水的繩長。后面聲學(xué)設(shè)備被使用在水深測量中，通過聲波到達水底再返回的時間計算水深，也就是多波束、測深儀等儀器的工作原理。
在水上測繪的100年歷史中，其技術(shù)的發(fā)展方向又有怎樣的特點呢？唐梓力向記者介紹其中的三方面主要特征。
一是性能方面，水上測繪的精度和效率提升，包括測量的覆蓋范圍、同等水平下的水底地形圖分辨率等；
二是承載水上測繪設(shè)備的平臺更新迭代，水上測繪不同于地表測繪，具有一定的復(fù)雜性，需要測量人員既懂測繪知識又能應(yīng)對各種海況，無人船平臺可以貼合測繪需求，更加安全高效地完成測繪任務(wù)；
三是完善各類異型裝備，水上測繪往往面對多種復(fù)雜具體的難題，比如說在較高海況下完成應(yīng)急測繪，就需要平臺具有能夠?qū)馆^高海況的能力，還有一些水下地形較為復(fù)雜，如水下植物、海洋垃圾聚集阻擋測量航路，也需要我們研究一些能夠?qū)崿F(xiàn)測量的異型平臺。
唐梓力還介紹，這些發(fā)展方向也是與過去的水上測量實踐中幾點較為迫切的需求緊密相關(guān)的：“首先是人員難以進入的復(fù)雜水域測量需求。舉個例子，我國南海的西沙群島地區(qū)有眾多珊瑚島礁，這些島礁附近的海域水深較淺，大概只有半米到一米左右，普通船只很容易觸礁擱淺，只能靠人走或游泳到附近進行測量，因此測量人員還面臨著溺水和海洋生物襲擊風險。另外，我國最近蓬勃發(fā)展的海洋牧場，水下箱體與繩索縱橫交錯，過去測繪手段較少，養(yǎng)殖區(qū)域的水下情況難以獲知，因此很難做選址建設(shè)的決策?！?/p>
圖 | 云洲智能的“5G+無人艇”，已在國內(nèi)首座“5G+海洋牧場”應(yīng)用，實現(xiàn)無人船艇與智慧漁業(yè)的有機結(jié)合
“其次是效率低、成本高的問題，過去遠洋的調(diào)查和測量成本極高，據(jù)了解調(diào)查船只重約千噸，出海一天油費加上人員費用動輒就是一二十萬，如果遇到海況不好，則需要進行避風，還需要計算誤工的成本等等……”
“第三就是測量精度受限，這一點水上測量與陸地測量相通，在數(shù)據(jù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，我們希望數(shù)據(jù)的精細度能達到更高的水平?！?/p>
無人船艇服務(wù)水上測繪優(yōu)勢明顯
唐梓力介紹，解決上述三方面的測量難題，主要還需依托于水面平臺即無人船艇平臺和海洋測量方面的一些技術(shù)優(yōu)化。“在淺水區(qū)測量方面，無人船可以實現(xiàn)吃水更淺，云洲智能研發(fā)的專門面向淺水測量的無人船吃水僅20厘米左右，并且它的動力采用導(dǎo)管角的一種形式來進行測量，就可以有效地避免擱淺，并能夠避免水面的一些障礙物的影響，在復(fù)雜水域方面，如網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)，網(wǎng)箱本身就已占據(jù)了很多空間，加之網(wǎng)箱和網(wǎng)箱之間還有固定繩索，如果用小船在繩纜之間穿梭，外掛的螺旋槳很容易被繩纜拖掛。無人船艇就是一個較好的解決方法，它用導(dǎo)管槳動力方式，通過性非常好，不太容易被繩纜纏繞。我們經(jīng)常給這類船起一個外號，叫會跳繩的無人船。在極地等環(huán)境惡劣區(qū)域，極端低溫條件下，我們在第三十四次南極科考航次上采用了無人船艇在羅斯海難言島及長城站附近海域作業(yè)，避免了極端惡劣環(huán)境下作業(yè)對人可能帶來的傷害?！?/p>
圖 | 云洲M80無人艇伴隨“雪龍?zhí)枴鼻巴谌拇文蠘O科考
“第二方面，無人船測量提升了作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本，云洲智能目前在獨立開發(fā)基于集群的無人產(chǎn)品水下測量綜合應(yīng)用方案，通俗來講就是采用多條無人船艇跟隨水上調(diào)查船或科考船進行協(xié)同作業(yè)。那么在這樣的一個航次里，就相當于同時有多條調(diào)查船在進行工作，這一方案成本要遠遠的低于多條常規(guī)調(diào)查船的運營成本，剛剛我們說過，大型調(diào)查船每日運營成本可達十至二十萬元，而無人船艇每日運營成本僅為幾千元?！?/p>
“第三方面就是關(guān)于測繪精度的問題，無人船在做水上測量工作方面有非常好的天然的優(yōu)勢，就是它的航行精度可以得到保障。人工操控船只做測量，需要保持航線的準確性，這還是有相當難度的，無人船的優(yōu)勢在于它能夠精準地執(zhí)行設(shè)定的航線任務(wù)；此外，有些無人船專門面向測繪工作做了適配設(shè)計，同等尺寸它的橫縱搖遠低于其它船只，同時無人船考慮到設(shè)備震動和噪聲會對聲學(xué)測繪產(chǎn)生影響，做了很多降噪的設(shè)計，水下在聲學(xué)設(shè)備周邊所產(chǎn)生的氣泡大大下降，數(shù)據(jù)準確性和精度因此提升。”
水上測繪應(yīng)用的發(fā)展是無止境的
“無人船解決了很多水上測繪的難題，同時也讓我們看到了一些新的問題?！碧畦髁φJ為，水上測繪應(yīng)用發(fā)展是無止境的，就像登山一樣，我們到達了新的高度，就會有新的視野，看到新的問題，對于水上測繪的攀登者來說機會無止境，挑戰(zhàn)也無止境。
依據(jù)當前的技術(shù)，可以在4級以下海況的條件下進行測繪工作，但是也難免有一些特殊場景、特殊需求，要求測繪人員在更高海況下保證完成任務(wù)，這時如何保證船只航行穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)準確都是需要解決的問題?！拔覀円恢痹跓o人船設(shè)計、荷載與船只的匹配關(guān)系上去思考方法，做到既減少船體搖動，也要想辦法讓測量荷載在船只大幅搖擺的情況下，保持穩(wěn)定的姿態(tài)?！?/p>
續(xù)航問題也是制約水上測繪發(fā)展的重要因素。目前，云洲智能的無人船平臺最遠測量長度大概是300海里，一旦脫離加油船的支撐，想要去更遠的水域進行測量就是必須要加大船體的尺寸，而這樣會導(dǎo)致油耗上升。“我們正在能源方式和新船型設(shè)計方面尋求突破?！碧畦髁φf：“面臨未來更大尺度、更遠距離的測量、調(diào)查，常規(guī)能源不能夠滿足無人船的續(xù)航需求，海洋原始動能是否可以作為備選方案也是我們正在研究的問題?！?/p>
無人船測量雖然優(yōu)勢不少，但是其布放和回收工作依然是全世界海洋測量領(lǐng)域普遍面臨的難題。對此，唐梓力進一步解釋：“在狹窄水域的無人船單獨作業(yè)，人工布設(shè)收回即可滿足需求，但未來我們走向深海做海洋調(diào)查，往往需要攜帶幾十艘甚至上百艘無人船，在有限的作業(yè)窗口時間內(nèi)把船只快速布放、收回無人船是一個大考驗?！?/p>
同時，唐梓力認為無人船與其它測量手段結(jié)合也會產(chǎn)生奇妙的化學(xué)反應(yīng)：“現(xiàn)在有了一些高性能的無人船平臺，我們做水上測繪也在考慮如何用單一航次測出不同類型的測繪成果；此外我們還可以結(jié)合無人機實現(xiàn)水上水下立體測量，無人機可以為多艘無人船提供中繼和通信平臺；同時，同時由于AUV不能實時與水面進行通信，這時無人艇也可以用來做通信中繼和水下定位支撐，采用無人船艇＋AUV來做多船協(xié)同測量，進行水底地形的精細化掃測會隨著應(yīng)用的深入而不斷發(fā)展?！?/p>
水上測量的發(fā)展日新月異，科學(xué)工程和裝備不斷地螺旋式向前發(fā)展，相互支持，相互催化，唐梓力認為未來的水上測繪發(fā)展會有三個主要趨勢。
第一，海洋調(diào)查船和海洋科考船本身未來也會更加智能化。在法規(guī)和技術(shù)的雙重支撐下，智能船舶的發(fā)展迅速，國家的交通部、中國船舶社、以及一些國際組織，都發(fā)布了關(guān)于智能船舶的發(fā)展計劃或智能船舶規(guī)范，廣東省的南方海洋科學(xué)與工程實驗室也已經(jīng)建造了全球第一艘無人平臺智能科考船。
第二，未來水上測量裝備的發(fā)展，一定會圍繞應(yīng)用開展功能設(shè)計的細化工作，面對水上測量的各種特殊場景，打造專業(yè)的、適配的船舶平臺及測量方案。
第三，未來水上測量裝備的集群方案，未來還會可能會再上一個臺階，甚至幾個臺階。平臺所構(gòu)建的集群將進一步的智能化。其中的邏輯就是現(xiàn)在我們有了智能平臺，比如說無人船，也已經(jīng)有了有無人船構(gòu)建的無人船集群來進行測量，已經(jīng)從智能體發(fā)展到智能群體， 第三個階段會出現(xiàn)群體的智能，這是有別于智能群體的一個新的一種方向。也就是說未來由無人船艇或其它水上智能測量平臺組成一個智能群體，這樣一個群體，不僅是一個個獨立的智能的個體，而是這樣的群體本身就有智能化的水平。
圖 | 使用同構(gòu)/異構(gòu)的無人船艇集群作業(yè)，可以成倍提升作業(yè)效率，滿足越來越精密化、多樣化的任務(wù)需求，是無人船艇發(fā)展的重要方向
無人船艇發(fā)展的重要方向
智能的群體可以根據(jù)被調(diào)查和測量對象的一些物理特征的變化，及時做出識別并進行自身調(diào)整。如果我們在做水上的中尺度的觀測，如果我的中尺度波的位置和形狀發(fā)生了變化，那么這個集群的整體也會在位置上發(fā)生變化，并且它的線路、它打開的寬度也會發(fā)生變化，這些過程都是由智能群體自己判斷，沒有人為的干預(yù)。
特別是在測線較多的項目中，如果使用智能的集群來同時執(zhí)行這些側(cè)線，執(zhí)行過程中我們發(fā)現(xiàn)有水深測量過程中不同的多波束，測量覆蓋的水底如果出現(xiàn)一些空白的話，那么它可以自動辨識出來空白區(qū)，并且快速地進行補測。
唐梓力感慨：“實際上，無人船艇的起步相對來講是比較晚的，應(yīng)該說我們國內(nèi)的無人船艇真正應(yīng)用是在2013年才開始，但當前發(fā)展迅速?！边@是一個嶄新的賽道，一個新起點，讓人緊張且期待，近年來，云洲智能在海洋觀測、海上風電、石油等領(lǐng)域，不斷探索出水上測繪的新應(yīng)用。“未來，無人船艇將具備獨立、完整的作業(yè)能力，承載更多強度大、風險高、周期性的水上測繪工作，催生出更多基于無人船應(yīng)用的系統(tǒng)解決方案，傳統(tǒng)海洋作業(yè)模式將發(fā)生翻天覆地的變化?！?/p>
珠海云洲智能科技股份有限公司創(chuàng)立于2010年，是世界領(lǐng)先的水面機器人公司，中國首家專注于無人船艇研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與提供行業(yè)解決方案為一體的高科技企業(yè)。
作為中國無人船艇開創(chuàng)者，云洲智能圍繞“人工智能+海洋”戰(zhàn)略，堅持自主創(chuàng)新，勇闖科技探索“無人區(qū)”，掌握無人船艇自主航行、感知避障、協(xié)同控制、系統(tǒng)集成、平臺設(shè)計等多項自主核心關(guān)鍵技術(shù)，并處于全球領(lǐng)先水平。
云洲智能擁有全球最大的無人船艇技術(shù)研發(fā)團隊，在珠海、深圳、連云港、西安、新加坡等地設(shè)立了研發(fā)中心，并與香港科技大學(xué)、中山大學(xué)、武漢理工大學(xué)、西安電子科技大學(xué)和江蘇海洋大學(xué)等高校開展深度技術(shù)合作。
公司擁有無人船艇核心專利390多項，參與制定中國現(xiàn)有的全部9項無人船艇標準，先后推出世界第一艘環(huán)境監(jiān)測無人船，以及中國第一艘海洋調(diào)查無人艇、安防救援無人艇等自主產(chǎn)品，填補多項國際國內(nèi)技術(shù)空白，獲得國家海洋科學(xué)技術(shù)獎特等獎、國家環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)獎、中國專利獎等多項大獎。
云洲智能始終走在無人船艇產(chǎn)業(yè)化前沿，首創(chuàng)諸多應(yīng)用場景，是目前唯一能提供全系列無人船艇產(chǎn)品及行業(yè)解決方案的企業(yè)，業(yè)務(wù)涉及環(huán)境監(jiān)測、海洋調(diào)查、安防救援、智能航運、科技文旅等領(lǐng)域，為用戶提供領(lǐng)先的無人船艇+細分行業(yè)水上智慧系統(tǒng)解決方案。云洲智能無人船艇產(chǎn)品已銷往全球40多個國家和地區(qū)，為保障水上作業(yè)安全和降本增效不斷創(chuàng)造價值。
公司產(chǎn)品擁有嚴苛品質(zhì)，歷經(jīng)十年驗證，先后參加了第34次南極科考、青藏高原冰川湖泊科考、江西防汛抗洪等國家重大任務(wù)；作為生態(tài)環(huán)境部應(yīng)急專家組成員和唯一的無人船應(yīng)急分隊，參與了天津港爆炸污染應(yīng)急、甘肅隴西尾礦庫泄漏、河南南陽固體廢物污染、長江入河排污口排查整治等環(huán)境污染事故處理，多次獲得生態(tài)環(huán)境部表揚。
云洲智能不斷推動海洋科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展，與珠海市政府、中國船級社、武漢理工大學(xué)聯(lián)合發(fā)起建設(shè)了世界最大、亞洲首個無人船海上測試場——珠海萬山無人船海上測試場，同時建設(shè)了中國首個無人船艇產(chǎn)業(yè)基地——香山海洋科技港，打造海洋科技創(chuàng)新高地，成為無人系統(tǒng)與海洋智能裝備發(fā)展新引擎。
云洲智能秉承“創(chuàng)新領(lǐng)航未來”的企業(yè)發(fā)展理念，致力于用智能科技探索海洋、保護海洋、經(jīng)略海洋，為傳統(tǒng)水上作業(yè)帶來智能化、無人化變革，推動世界進入水上智能時代。
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