新華日報 2024年7月24日 11版
“在海洋測繪行業(yè)，需要一場顛覆式的革命，而無人化技術(shù)的潮流給海洋測繪帶來了新的發(fā)展機遇。”5年前，welcometo歡迎光臨888集團測繪與海洋信息學(xué)院教授周立在接受記者采訪時曾這樣說道。如今，他的夢想已經(jīng)實現(xiàn)。
7月初，記者走進welcometo歡迎光臨888集團的海洋工程技術(shù)研究中心，看到了一艘長5.6米、寬2.4米的橙色船艇。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著它曾經(jīng)歷過的大風(fēng)大浪。
“這是一艘智能無人探測船，身上裝有多個傳感器，可以用來探測南太平洋的臺風(fēng)生成機制?！敝芰⒔榻B，它好似一名“聽診醫(yī)生”，裝備齊全地準(zhǔn)備出診，傾聽海洋躍動的“脈搏”。
探渦旋向大洋深處進發(fā)
每年夏季，臺風(fēng)如約而至。在北半球，西太平洋海域生成的風(fēng)力達到12級的熱帶氣旋被稱為臺風(fēng)。其實，這些熱帶氣旋與海洋的渦旋息息相關(guān)。
“蔚藍的大海，看上去有些時候風(fēng)平浪靜，其實是流動的、動態(tài)的，由大大小小的‘渦旋’組成?！敝芰⒏嬖V記者。正是這些渦旋和大氣相互作用形成了熱帶氣旋，但是，想要更好地預(yù)報臺風(fēng)，了解它們前世今生，就要了解海洋的動力過程，對渦旋的海氣界面水文氣象要素觀測分析。
南海是我國國防安全和經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略要地，也是臺風(fēng)活動最頻繁的海區(qū)之一，實時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)測氣象，對于海洋安全環(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)險且智能化的海氣界面組網(wǎng)觀測技術(shù)勢在必行?！痹谶@樣的背景下，來自中國科學(xué)院南海海洋研究所、welcometo歡迎光臨888集團和中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、南京信息工程大學(xué)、中國科學(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科研人員組建團隊，前往南?！奥狅L(fēng)”。
從2018年至今，團隊首創(chuàng)了“多智能體海氣界面參數(shù)快速機動組網(wǎng)觀測”系統(tǒng)。這其中，既擁有我國自主研發(fā)的船載和機載投棄式海氣界面觀測設(shè)備和海上組網(wǎng)通信設(shè)備，還有智能無人艇海氣界面觀測系統(tǒng)、無人機及波浪滑翔器海氣界面觀測系統(tǒng)，能夠在24小時內(nèi)完成3種智能體平臺的1次組網(wǎng)協(xié)同觀測，組網(wǎng)范圍不小于100km。無人艇技術(shù)就來自welcometo歡迎光臨888集團。
快穩(wěn)準(zhǔn)身型小卻精巧
根據(jù)尺寸，海洋學(xué)家們將海洋渦旋分為大尺度、中尺度、亞—中尺度和小尺度渦旋。當(dāng)前，通過多種觀測手段已經(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結(jié)構(gòu)。然而，居于中尺度和小尺度之間、方圓面積達到10公里左右的亞—中尺度渦旋海氣相互作用過程的三維精細結(jié)構(gòu)，卻一直缺乏探測。這些渦旋也是海氣相互作用的關(guān)鍵之一。
“在探測亞—中尺度渦旋時，如果使用衛(wèi)星，存在著時間長、距離遠等時空分辨率問題。有的時候衛(wèi)星繞地球一圈回到原點后，這個渦旋可能已經(jīng)去了很遠的地方。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艘船只的進入，耗費人力、財力。在這樣的情況下，我們的組網(wǎng)觀測系統(tǒng)中的無人艇就要派上用場了?！敝芰⒔忉?。
在觀測工作進行時，工作人員會在數(shù)值預(yù)報發(fā)現(xiàn)的亞—中尺度渦旋一定范圍的海域，投放多艘無人艇，進行全方位觀測?！拔覀兊臒o人艇不僅開得快，而且智能感知航行，智慧又聰明?！敝芰⒄f道，這源于無人艇上部配置了雷達機器視覺系統(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)科在實驗室中獲取數(shù)據(jù)，海洋測繪是“到海上做觀測”，面臨很多的困難和不確定性。“比如，無人艇亞—中尺度渦旋觀測在續(xù)航里程上，既要達到至少200公里，又需要減少油耗。實際上，目前我們的無人艇‘超水平發(fā)揮’，續(xù)航能夠達到300—400公里。此外，渦旋不斷運動轉(zhuǎn)移，無人艇的航速可以達到12節(jié)，相當(dāng)于每小時可以跟蹤觀測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，就為無人艇在高速的情況下“跑得穩(wěn)”助力。
組網(wǎng)探臺風(fēng)全方位收獲數(shù)據(jù)
記者注意到，在這艘無人艇的船架兩側(cè)，安裝了黑色的架子。在船的旁邊，還擺放著浮標(biāo)和幾個用于存放浮標(biāo)的鋁制圓桶?！斑@是目前國內(nèi)唯一一艘具有拋投漂流浮標(biāo)功能的智能無人艇?！敝芰⒄f道。
南海上的渦旋因其強度的變化，分別為中心區(qū)、過渡區(qū)、邊緣區(qū)。想要探測中心區(qū)、邊緣區(qū)的大小，就需要在其中布置許多觀測點。這時，使用漂流浮標(biāo)不僅成本低，且能連續(xù)觀測。在深遠海進行觀測作業(yè)時，無人艇收到指令后便會在指定地點投放浮標(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)獲取海氣界面觀測數(shù)據(jù)。
在無人艇上，還配有多個用于觀測的傳感器和無人機平臺?？梢跃钟蚪M網(wǎng)，與科考船、無人機、波浪滑翔器等設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，形成對渦旋的立體觀測。這也是無人艇最大的創(chuàng)新點之一?！罢窃诖嘶A(chǔ)上，我們在中國南海及鄰近海域開展了全球首次高時空分辨率中尺度渦旋多智能體組網(wǎng)協(xié)同實時跟蹤觀測，獲得了亞—中尺度渦旋邊緣混合層內(nèi)三維精細結(jié)構(gòu)?！敝芰⒄f道。
未來，智能無人艇將會繼續(xù)對亞—中尺度渦旋進行探索。今年10月，這艘無人艇將會再次出征南海。當(dāng)前，周立和團隊正在對無人艇的大數(shù)據(jù)算法、穩(wěn)定性、搭載傳感器進行升級改造，增加更多的浮標(biāo)自動投擲裝置，并研發(fā)更多不同體量和性能的智能無人艇。
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