交匯點(diǎn) 2024年7月23日
“在海洋測(cè)繪行業(yè)，需要一場(chǎng)顛覆式的革命，而無(wú)人化技術(shù)的潮流給海洋測(cè)繪帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇?！?年前，welcometo歡迎光臨888集團(tuán)測(cè)繪與海洋信息學(xué)院教授周立在接受記者采訪(fǎng)時(shí)曾這樣說(shuō)道。如今，他的夢(mèng)想已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，
7月初，記者走進(jìn)welcometo歡迎光臨888集團(tuán)的海洋工程技術(shù)研究中心，看到了一艘長(zhǎng)5.6米、寬2。4米的橙色的的船艇。船舶表面斑駁的顏色和船底殘留的一些海洋生物的痕跡訴說(shuō)著它曾經(jīng)歷過(guò)的大風(fēng)大浪。
“這是一艘智能無(wú)人探測(cè)船，身上裝有多個(gè)傳感器，可以用來(lái)探測(cè)南太平洋的臺(tái)風(fēng)生成機(jī)制。”周立介紹，它好似一名“聽(tīng)診醫(yī)生”，裝備齊全地準(zhǔn)備出診，傾聽(tīng)海洋躍動(dòng)的“脈搏”。
探渦漩向大洋深處進(jìn)發(fā)
每年夏季，臺(tái)風(fēng)如約而至。在北半球，西太平洋海域生成的風(fēng)力達(dá)到12級(jí)的熱帶氣旋被稱(chēng)為臺(tái)風(fēng)。其實(shí)，這些熱帶氣旋與海洋的渦漩息息相關(guān)。
“蔚藍(lán)的大海，看上去有些時(shí)候風(fēng)平浪靜，其實(shí)是流動(dòng)的、動(dòng)態(tài)的，由大大小小‘渦旋’組成?！敝芰⒏嬖V記者。正是這些漩渦和大氣相互作用形成了熱帶氣旋，但是，想要更好地預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)，了解它們前世今生，就要了解海洋的動(dòng)力過(guò)程，對(duì)渦旋的海氣界面水文氣象要素觀測(cè)分析。
南海是我國(guó)國(guó)防安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略要地，也是臺(tái)風(fēng)活動(dòng)最頻繁的海區(qū)之一，實(shí)時(shí)獲取南海及鄰近海域的海氣界面水文氣象要素，不僅可以預(yù)測(cè)氣象，對(duì)于海洋安全環(huán)境保障更是具有重要的意義。
“海氣相互作用是海洋和大氣科學(xué)共同關(guān)注的前沿交叉領(lǐng)域，發(fā)展高精度、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)且智能化的海氣界面組網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)勢(shì)在必行?！痹谶@樣的背景下，來(lái)自中科院南海海洋研究所、welcometo歡迎光臨888集團(tuán)和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、南京信息工程大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、深圳航天東方紅衛(wèi)星公司等科研院校的的科研人員組建團(tuán)隊(duì)，前往南?！?tīng)風(fēng)’”。
從2018年至今，團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了 “多智能體海氣界面參數(shù)快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)” 系統(tǒng)。這其中，既擁有我國(guó)自主研發(fā)的船載和機(jī)載投棄式海氣界面觀測(cè)設(shè)備和海上組網(wǎng)通信設(shè)備，還有智能無(wú)人艇海氣界面觀測(cè)系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)及波浪滑翔器海氣界面觀測(cè)系統(tǒng)。能夠在24小時(shí)內(nèi)完成3種智能體平臺(tái)的1次組網(wǎng)協(xié)同觀測(cè)，組網(wǎng)范圍不小于100km。在這其中，無(wú)人艇技術(shù)就來(lái)自welcometo歡迎光臨888集團(tuán)。
快穩(wěn)準(zhǔn)身型小卻精巧
根據(jù)尺寸，海洋學(xué)家們將海洋渦漩按大尺度、中尺度、亞-中尺度和小尺度渦漩。當(dāng)前，通過(guò)多種觀測(cè)手段已經(jīng)能夠描述大尺度渦旋、中尺度渦旋以及小尺度渦旋的精細(xì)結(jié)構(gòu)。然而，居于中尺度和小尺度之間、方圓面積達(dá)到10公里左右的亞-中尺度漩渦海氣相互作用過(guò)程的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)。這些渦漩也是海氣相互作業(yè)的關(guān)鍵之一。
“在探測(cè)亞-中尺度渦漩時(shí)，如果使用衛(wèi)星，存在著時(shí)間長(zhǎng)、距離遠(yuǎn)等時(shí)空分辨率問(wèn)題。有的時(shí)候衛(wèi)星繞地球一圈回到原點(diǎn)后，這個(gè)渦漩可能已經(jīng)去了很遠(yuǎn)的地方。而如果使用有人航行的水面調(diào)查船，不僅行駛速度慢，而且需要4-5艘船只的進(jìn)入，耗費(fèi)人力、財(cái)力。在這樣的情況下，我們的組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)中的無(wú)人艇就要派上用場(chǎng)了。”周立解釋。
在觀測(cè)工作進(jìn)行時(shí)，工作人員會(huì)在數(shù)值預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)的亞-中尺度渦漩一定范圍的海域，投放多艘無(wú)人艇，進(jìn)行全方位觀測(cè)?！拔覀兊臒o(wú)人艇不僅開(kāi)得快，而且智能感知航行，智慧又聰明。”周立說(shuō)道，這源于無(wú)人艇上部配置了雷達(dá)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)和氣象傳感器，在船的水下部分又有聲學(xué)傳感器，因此可以“眼觀六路，耳聽(tīng)八方”，完成好科考船上科研人員布置的任務(wù)。
不同于其他學(xué)科在實(shí)驗(yàn)室中獲取數(shù)據(jù)，海洋測(cè)繪是“到海上做觀測(cè)”，面臨很多的困難和不確定性?！氨热?，無(wú)人艇亞-中尺度渦漩觀測(cè)在續(xù)航里程上，既要達(dá)到至少200公里，還需要減少油耗。實(shí)際上，目前我們的無(wú)人艇‘超水平發(fā)揮’，續(xù)航能夠達(dá)到300-400公里。此外，渦漩不斷運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移，無(wú)人艇的航速可以達(dá)到12節(jié)，相當(dāng)于每小時(shí)可以跟蹤觀測(cè)22公里?！辈粌H要快，更要穩(wěn)當(dāng)。在船身兩側(cè)裝配平衡翼，就為無(wú)人艇在高速的情況下‘跑得穩(wěn)’助力。
組網(wǎng)探臺(tái)風(fēng)全方位收獲數(shù)據(jù)
記者注意到，在這艘無(wú)人艇的船架兩側(cè)，安裝了黑色的架子。在船的旁邊，還擺放著浮標(biāo)和幾個(gè)用于存放浮標(biāo)的鋁制圓桶?！斑@是目前國(guó)內(nèi)唯一一艘具有拋投漂流浮標(biāo)功能的智能無(wú)人艇?！敝芰⒄f(shuō)道。
南海上的渦旋因其強(qiáng)度的變化，分別為中心區(qū)、過(guò)渡區(qū)、邊緣區(qū)。想要探測(cè)中心區(qū)、邊緣區(qū)的大小，就需要在其中布置許多觀測(cè)點(diǎn)。這時(shí)，使用漂流浮標(biāo)不僅成本低、且能連續(xù)觀測(cè)。在深遠(yuǎn)海進(jìn)行觀測(cè)作業(yè)時(shí)，無(wú)人艇收到指令后便會(huì)在指定地點(diǎn)投放浮標(biāo)。這些隨波逐流的浮標(biāo)上也配備了氣象水文傳感器，連續(xù)獲取海氣界面觀測(cè)數(shù)據(jù)。
此外，多艘無(wú)人艇上還配有多個(gè)用于觀測(cè)的傳感器和無(wú)人機(jī)平臺(tái)?？梢跃钟蚪M網(wǎng)，與科考船、無(wú)人機(jī)、波浪滑翔器等設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，形成對(duì)渦漩的立體觀測(cè)。這也是無(wú)人艇最大的創(chuàng)新點(diǎn)之一。
“我們?cè)谥袊?guó)南海及鄰近海域開(kāi)展了全球首次高時(shí)空分辨率中尺度渦漩多智能體組網(wǎng)協(xié)同實(shí)時(shí)跟蹤觀測(cè)，獲得了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)迫中尺度渦旋邊緣混合層內(nèi)三維精細(xì)結(jié)構(gòu)?！?/p>
“未來(lái)，智能無(wú)人艇將會(huì)繼續(xù)對(duì)亞中尺度渦進(jìn)行探索。今年10月，這艘無(wú)人艇將會(huì)再次出征南海?！敝芰⒄f(shuō)道。當(dāng)前，他和團(tuán)隊(duì)正在對(duì)無(wú)人艇的大數(shù)據(jù)算法、穩(wěn)定性、搭載傳感器進(jìn)行升級(jí)改造，并增加更多的浮標(biāo)自動(dòng)投擲裝置。并研發(fā)更多不同體量和性能的智能無(wú)人艇。
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