M40多用途無人船

■ 文｜《海洋與漁業(yè)》記者 李易珊

在大面積的海洋調(diào)查作業(yè)中，調(diào)查人員往往會碰到一系列難題：如何覆蓋諸如礁石區(qū)域、潮間帶等環(huán)境條件復(fù)雜的領(lǐng)域？如何在平流霧、雷暴多發(fā)的季節(jié)迅速完成一項(xiàng)近岸調(diào)查任務(wù)？如何在有限的可作業(yè)天數(shù)內(nèi)盡可能提高效率？面對氣象、水面環(huán)境等各種不確定因素，調(diào)查團(tuán)隊(duì)需要在確保人員和設(shè)備安全的前提下完成相應(yīng)任務(wù)，無疑是困難重重的。如今，無人化操作系統(tǒng)正式“落戶”大海，為海洋調(diào)查作業(yè)注入了一股全新的力量。

近日，記者專訪了珠海云洲智能科技有限公司（以下簡稱“云洲”）海洋應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)蒲進(jìn)菁，2016年初剛加入云洲的他就承擔(dān)起“M40多用途無人船”（以下簡稱M40）的設(shè)計(jì)工作，他坦言，“剛開始大家對設(shè)計(jì)理念并不看好，但當(dāng)驗(yàn)證機(jī)出來以后，幾個(gè)核心參數(shù)都與設(shè)計(jì)指標(biāo)非常吻合，整個(gè)研發(fā)過程用時(shí)不到一年?！?/p>

目前，集自主航行及自動避碰、智能控制終端及實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程通信于一身的M40已經(jīng)實(shí)現(xiàn)銷售，得到市場的普遍認(rèn)可。獨(dú)特的線型設(shè)計(jì)、全金屬船體以及全船可拓展模塊化為M40贏得了不少掌聲，下一步，云洲將推出 M40的 2.0版本。

“核心技術(shù)在于構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)”

“我們做的是一個(gè)‘并行獨(dú)立架構(gòu)系統(tǒng)’也稱作‘雙系統(tǒng)（Daul System）’，M40的平臺系統(tǒng)（Plateform System）和任務(wù)載荷系統(tǒng)（Mission Payload System）是既獨(dú)立又深度融合的，這樣有利于適應(yīng)多場景、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)功能”，蒲進(jìn)菁告訴記者，設(shè)計(jì)和研發(fā)是一個(gè)平衡和取舍的過程，無人船的核心技術(shù)在于系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，而這個(gè)系統(tǒng)必需是圍繞其任務(wù)內(nèi)容、載荷的工作原理，綜合各個(gè)分系統(tǒng)功能、性能進(jìn)行平衡，最終實(shí)現(xiàn)參數(shù)最優(yōu)的方案。云洲在設(shè)計(jì)M40的過程中，做了大量的前期計(jì)算和模擬，最終找到了在航速、續(xù)航時(shí)間、動穩(wěn)性、對載荷的航行擾動、通信能力等各項(xiàng)性能間的最大平衡。

圍繞M40的任務(wù)使命進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，這就是蒲進(jìn)菁的工作。對于一位剛加入公司的“新人”而言，自從開始任務(wù)那刻他就長期處于“作戰(zhàn)狀態(tài)”。作為一款多用途無人船，需要考慮的技術(shù)要點(diǎn)更復(fù)雜、設(shè)計(jì)難點(diǎn)也更多。“平臺對任務(wù)載荷的影響，尤其是不良影響一定是越低越好”，據(jù)蒲進(jìn)菁透露，M40可搭載聲、光、電、磁等傳感器實(shí)施多種調(diào)查任務(wù)，但由于測量工作需要獲取大量指標(biāo)性數(shù)據(jù)，所以對平臺本身提出了極為嚴(yán)格的要求。用于聲學(xué)探測工作時(shí)需要保證航行過程沒有氣泡、噪聲干擾，用于監(jiān)測水質(zhì)情況時(shí)需要保證平臺自身無排放，檢測溶氧時(shí)需要保證自身不產(chǎn)生水花、氣泡……種種要求成就了M40這位多功能的“兼才”。目前，M40可承載聲學(xué)設(shè)備、接觸式及非接觸式水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、微型氣象站等，實(shí)際則根據(jù)客戶的需求而定，“用戶需求廣泛，所以我們強(qiáng)調(diào)的是多用途、可拓展，盡可能降低用戶的費(fèi)效比?！?/p>

除了核心技術(shù)，M40在關(guān)鍵技術(shù)的集成上同樣展現(xiàn)出個(gè)性的一面。據(jù)介紹，M40的關(guān)鍵技術(shù)有流體線型設(shè)計(jì)、航行控制算法和通信技術(shù)等，這些“加分點(diǎn)”為M40增色不少，帶來不一樣的用戶體驗(yàn)。

“不到一年時(shí)間實(shí)現(xiàn)銷售”

2016年年初，蒲進(jìn)菁提出了M40的設(shè)計(jì)概念，從那時(shí)起，一場與時(shí)間較量的賽事正式敲響。為了保證充足的人力資源，云洲安排了包括蒲進(jìn)菁在內(nèi)的 7人團(tuán)隊(duì)參與M40的研發(fā)制造，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)率先開始了針對前期設(shè)計(jì)性理念的驗(yàn)證計(jì)算。在講述M40的“成長史”中，蒲進(jìn)菁清晰記得，一艘滿懷質(zhì)疑的驗(yàn)證機(jī)下水的時(shí)間正是2017年6月22日，這是一次基礎(chǔ)性的嘗試，更是一次正名的機(jī)會，整個(gè)過程都是按著原定的計(jì)劃走。經(jīng)試驗(yàn)機(jī)的驗(yàn)證，設(shè)計(jì)指標(biāo)全部滿足，蒲進(jìn)菁強(qiáng)調(diào)，“系統(tǒng)論和方法論在 M40的設(shè)計(jì)上面發(fā)揮了根本性的作用?！痹诳催^驗(yàn)證機(jī)展示后，一位從事海洋生化環(huán)境監(jiān)測的科學(xué)家當(dāng)即就訂購了云洲第一艘M40。隨后，設(shè)計(jì)流程進(jìn)入最后一環(huán)節(jié)，2017年11月，工程樣機(jī)下水。據(jù)蒲進(jìn)菁介紹，隨后此樣機(jī)一直在進(jìn)行各種試驗(yàn)，全面測試產(chǎn)品性能。

M40于2017年立項(xiàng)，2017年11月正式面世，目前已經(jīng)賣出 3艘。為何研發(fā)速度如此驚人？蒲進(jìn)菁毫不隱瞞，“因?yàn)槲覀円呀?jīng)犯了足夠多的錯(cuò)誤。”問題總是會有的，但由于云洲有豐富的產(chǎn)品化經(jīng)驗(yàn)，前期的不斷積累使得云洲人慢慢探索出一條“把坑盡可能繞過去”的路。

“多用途且操作簡便”

據(jù)悉，M40長 3.5m，寬 1.9m，續(xù)航時(shí)間大于6小時(shí)，建議最大載荷65千克，可在湖泊、水庫、江流河域、瀕海區(qū)域執(zhí)行水下探測、水質(zhì)檢測、水文氣象觀測等任務(wù)?！罢f到M40的功能主要分為三個(gè)層面，海 -氣界面觀測、海底探測以及生化環(huán)境監(jiān)測”，蒲進(jìn)菁補(bǔ)充道，載荷設(shè)備視不同功能而定，用戶可根據(jù)實(shí)際需求選擇安裝載荷種類，如單波束測深儀、側(cè)掃聲吶、前視聲吶、多波束條帶測深系統(tǒng)、激光測量設(shè)備、ADCP、小型氣象站、自動絞車、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備等。

而這艘多功能無人船只需2人在遠(yuǎn)端操作即可，且下水后可實(shí)現(xiàn)自主航行。省去租船、動復(fù)員成本的同時(shí)，M40的日常維護(hù)也是極為方便的。在完成每一次任務(wù)后，工作人員只需要將M40回收到指定位置，對其進(jìn)行充電和簡單清洗，待下一次使用?！皣?yán)格意義上說，M40不存在“保養(yǎng)”，船體本身的材料、表面處理對海水耐受性極高，易損件可迅速更換，使用時(shí)間長了可更改電池，一般而言電池能充放電 800次以上?！?/p>

萬山群島海域上進(jìn)行“多船協(xié)同”技術(shù)測試

除了 M40，云洲還擁有一個(gè)“星光熠熠”的產(chǎn)品庫，孕育著許多新產(chǎn)品。云洲始終圍繞無人船的船型研制、測試、應(yīng)用方向和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等問題，攻克無人船船體設(shè)計(jì)與制造、高精度航行控制、任務(wù)載荷深度融合設(shè)計(jì)、平臺模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化測試流程等關(guān)鍵技術(shù)，陸續(xù)完成多型工程樣機(jī)研制、海上實(shí)測驗(yàn)證、產(chǎn)品定型等工作。同時(shí)，云洲通過產(chǎn)業(yè)化實(shí)施，建設(shè)高端裝備生產(chǎn)、測試環(huán)境，采購設(shè)備和儀器，組建生產(chǎn)、檢驗(yàn)、調(diào)試測試團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化管理，實(shí)現(xiàn)了多款無人船產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。

“專業(yè)化、可聯(lián)動是未來的主攻方向”

立足當(dāng)下、展望未來，蒲進(jìn)菁向記者暢想了無人船的未來發(fā)展。他指出，“對于單船而言，要實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和模塊化?！惫耪Z有云，術(shù)業(yè)有專攻，“?！奔匆馕吨?xì)化分工、清晰責(zé)任，有利于充分發(fā)揮個(gè)體特長，無人船亦如是，應(yīng)當(dāng)深挖專業(yè)領(lǐng)域，突出個(gè)體特點(diǎn)。M40適合在大面積淡水和瀕海環(huán)境（碼頭、港池、近海、航道周邊等）中使用，但若要執(zhí)行 24小時(shí)以上的連續(xù)站觀測任務(wù)，則需要用到 M40的升級版。蒲進(jìn)菁向記者分享了 M40升級版（M40 plus）的構(gòu)思，出于環(huán)境保護(hù)的考慮，三級水源地以上的庫區(qū)是禁止燃油船進(jìn)出的，因此 M40是純電動的，而M40 plus則是油電混動，續(xù)航時(shí)間超過26小時(shí)，搭載能力也更強(qiáng)，將于今年年底面世。

8月22日，云洲傳來一則喜訊：兩條“極行者”無人船在青島實(shí)現(xiàn)同步協(xié)同作業(yè)，這也就是蒲進(jìn)菁所介紹的“對于多船而言，要實(shí)現(xiàn)可聯(lián)動、可協(xié)同”。如今，高密度集群協(xié)同的控制模式正處于測試階段，未來，將拓展至應(yīng)用層面。談起春晚上 80多條無人船編隊(duì)系統(tǒng)以及前段時(shí)間在珠海萬山島 64條無人船同步參與測試的創(chuàng)舉，蒲進(jìn)菁對無人船的應(yīng)用前景表示樂觀。