头图来自：东方IC，本文来自微信民众号：作育（ID：xingshu100），作者：作育Talk的编纂们，主讲人：罗均

我是来自上海大学无人艇工程研讨院的罗均，本日跟人人分享的题目是《水面之下》。

这是南海岛礁水面之下的地形地貌图，我们叫海图。

 

中国有300万平方千米的海疆面积，在这么辽阔的海疆之下，海图对船舶飞行，以至对全部国度的海洋经济和国防平安都是至关重要的事变。

 

对海图的丈量，我们一样平常经由过程海测船来举行。然则海测船吃水比较深，比如说海巡01，海巡166，和我们的李四光号和钱学森号海测船。

而中国300多万平方千米海疆内里有许多岛礁，据预计，东海有3500多个，南海有1700多个。

但是呢，有多达数十万平方千米的海疆深度还不到5米，在这些岛礁周边测绘海图，用海测船显然是不可的，然则岛礁周边的海图对中国的海洋权非常重要，这如何办？

 

由于我们团队处置的是机器人的基础研讨，以是我们接纳了无人艇来处理这个题目。

无人艇吃水很浅，可以或许完成自立飞行、自立避障、自立地举行岛礁测绘。经由过程无人艇上的声纳发射声波到海底或许暗礁再反射返来，再经由过程特地的声呐测绘法，海底的地形地貌就出来了。

 

然则，无人艇对岛礁的测绘，有几个手艺上的难点。

 

个中一个就是岛礁周边的水流杂乱，裂流、涡流都许多，给无人艇带来很大的滋扰。由于声纳测绘，请求无人艇必需走直线。然则在岛礁的周边浪又很大，走直线迥殊困难。需要用抗涌流的掌握要领让它走得准。

 

那末一般状况下如何抗涌流呢？

比如说无人艇在岛礁周边测绘的时刻，一个大浪过去，它会偏离这个航路，然则经由过程无人艇上的传感器我能测出来它的偏移量，依据偏移量的巨细施以一个反作用力，让它回到航路上面来。

 

然则若是是在海上飞行的话，这个浪过去以后造成了一个偏移量，而下一个浪的巨细还不晓得，以是这个偏移量带有一些盲目性，如何办呢？

我们发清楚明了一个新的要领，就是经由过程无人艇上的雷达将它周边的波浪信息网络起来，建成一个动态模子，叫扰动空间。

无人艇上面有许多的传感器，把它的姿势测出来，构成一个姿势空间，姿势空间和扰动空间都是一直转变的，我只要把扰动空间和姿势空间对应起来，找到一个映照干系，我就晓得该如何来掌握无人艇的纠偏量，到达走得准的结果。

这个是第一个需要战胜的关键题目。

第二个关键题目就是避障题目，我们对静态目的避障是很轻易的，经由过程雷达，激光测定它的地位，用肯定的算法就可以或许避开。

然则在海上的时刻，有许多正在飞行的船舶，包孕无人艇，像这类避障我们如何办？

 

我们人在奔驰的时刻，碰到别的一小我跑过去，我会预计本身的速率、偏向，然后还会预计对方的速率和偏向，然后经由过程大脑的推断和回响反映，就可以或许避开他。

那末海上的船舶也是应用这个道理，经由过程无人艇上的传感器和雷达，把对方的信息预算出来。

然则由于无人艇在海上的飞行的时刻，它的速率和偏向都是有误差的，经由过程误差信息去预计对方的误差信息，会有更大的误差。

以是还需要将这两方的误差信息搞一个误差锥，在两个锥体没有交集的时刻，我们才能完成挪动避障。

第三个难点是如许的，由于无人艇的飞行间隔只要几百千米，若是举行远海飞行功课的话，必需要跟母舰配合着运用。

但是在海上，正所谓无风三尺浪，三级四级的海风是很罕见的，无人艇功课完成了以后，再回到母船一直是很困难的事变，美国也在研讨这方面的题目。

大船晃得很厉害，无人艇也晃得很厉害，让双方的吊钩连系对接，把无人艇吊上来，难度非常大。

 

我们想了一个新要领，在无人艇上做一个抛射的牵引绳，需要收受接管的时刻，就把牵引绳自动抛到母舰船面上面来，工作人员就可以很轻易收受接管了。在扰动的状况下做收受接管，这个要领的结果照样比较好的。

 

以上这些是无人艇碰到的三个困难。

以色列是全球无人艇生长最快的国度，它有许多型号的无人艇，已列装了63个型号，另有25个型号正在研制，美国也很注重无人艇的研发。

 

我们呢，依据前面的三项手艺，也研制了7个型号的无人艇。

取名“精海”的意义，一个是施展“坚韧不拔”的精力，另有一个是精准实行海上义务。

2013年我们的精海无人艇跟着海巡106到南海岛礁测绘，在西沙群岛，永兴岛，南沙群岛赤瓜礁，美济礁和永暑礁，都举行了大批的测绘。

迥殊是对永暑礁的测绘，厥后成为谁人填海造岛的数据一个支持。

 

这个是我们在南海对一个军港船埠的测绘，由于军港船埠周边有很多的碍航物，兵舰没有办法泊岸，碍航物在什么处所又不晓得，我们对周边周遭50米举行了一个扫测，找到9个疑点，经由过程扫测到的坐标，把这个碍航物给清撤除，就可以或许停靠大型的兵舰。

 

这是我们的无人艇在长江口找到的一艘沉船，“长江口一号”。人人都晓得，沉船的处所，一样平常都是水域前提比较差的处所，以是船才轻易沉。

大船测的时刻肯定会碰到许多题目，反倒是无人艇在其周边扫测，找到了这艘沉船。

之前雪龙号科考船在南极罗斯海科考的时刻，由于不相识周边的海图信息，没有办法抛锚，不能不接纳漂航的体式格局，船舶没法熄火，需要泯灭极大的本钱。

2014年我们把周边280千米的海图悉数测好，依据这个海图，找了一个比较好的抛锚点，以是2015年雪龙号再去的时刻，就可以或许抛锚了。

 

我们晓得东海的岛礁最多，并且都是岛礁群，之前我们都是经由过程卫星遥感的体式格局猎取岛礁周边的一些海图数据。

卫星遥感得出来的数据误差迥殊大，给我们的船舶飞行带来许多困难。

 

以是我们想把东海的一部分岛礁群经由过程无人艇的体式格局测绘好。

 

大黄莽礁的测绘状况。

 

这两个礁之间，蓝色透露表现水比较深的处所，这个是卫星遥感的取得的数据。

若是从这个水深的数据来看这里船能过得去的，然则现实无人艇把周边测完以后，显现的满是赤色，越是赤色的处所，水越浅，最浅的处所只离水面0.85米，若是依照卫星遥感取得的数据飞行，会带来很大的伤害。

 

中国有7千多个岛礁，许多处所都是空缺的，以是这块的工作量非常大，经由过程无人艇测绘取得海图，我们把岛礁周边的数据都增补起来，天生一个三维的水深图，能对海洋平安起到很好的促进作用。

 

但是单个无人艇的作用是有限的，接纳蜂群探测，用一群无人艇来对实行义务的话，它的作用就会很大。

 

比如说我们海里的鲨群，我们空中的蜂群，我们地面上的这类狼群。它们的单体才能都有限，然则群体的作用却非常大。

 

这内里就涉及到人工智能和群体智能的题目。

 

比如说，当一群无人艇去进击对方的无人艇时，就像我们打篮球一样，单对单时若是觉得对方才能比本身强，那末别的一个队友就会从旁协防一下，若是一个队友还不敷，那就再过去一个包夹一下，打完以后又分散去应付别的的目的。

 

无人艇也是一样的，我们也是可以用一种云手艺，来同时掌握三艘无人艇。这内里就涉及到群体智能，和博弈方面的理论。

 

由于无人艇现实上是空、天、地、海无人驾驶体系内里一个典范的代表。我和我的团队想致力于无人驾驶体系的研发，这是我们全部团队的妄想。

本文来自微信民众号：作育（ID：xingshu100），作者：作育Talk的编纂们，主讲人：罗均,

上海大学机电工程与自动化学院副院长，上海机器人研讨所所长

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