挑戰(zhàn)創(chuàng)新 迎接無(wú)人艇時(shí)代到來(lái)

陳安文

為了發(fā)展未來(lái)艦船技術(shù)，維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，廣東華中科技大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱“工研院”）于2015年引進(jìn)了全自主無(wú)人艇關(guān)鍵技術(shù)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（簡(jiǎn)稱“無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)”）。無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)是工研院引進(jìn)的第三支省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，是“珠江人才計(jì)劃”引進(jìn)的創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)之一。該團(tuán)隊(duì)圍繞全自主無(wú)人艇的復(fù)雜環(huán)境實(shí)時(shí)感知、路徑規(guī)劃與自主控制、多艇協(xié)同和集成驗(yàn)證等四個(gè)方向開(kāi)展工作，專業(yè)方向涵蓋了智能控制與優(yōu)化、模式識(shí)別、導(dǎo)航等多個(gè)領(lǐng)域，深入研究無(wú)人艇在復(fù)雜多變和不確定環(huán)境下實(shí)時(shí)感知、模型不確定和欠驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致下的路徑規(guī)劃與自主控制，利用多自主體協(xié)同控制理論解決多艇協(xié)同作業(yè)中的控制問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)高效率、寬范圍、多維度的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。截至目前，團(tuán)隊(duì)已成功研發(fā)HUSTER-12s、HUSTER-68、HUSTER-30等多個(gè)型號(hào)無(wú)人艇，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水面垃圾清理、航道勘測(cè)、面向突發(fā)事件或危險(xiǎn)情況下的應(yīng)急處理與救援及水面違法行為的監(jiān)控與監(jiān)管等領(lǐng)域開(kāi)展了應(yīng)用研究。

無(wú)人艇核心技術(shù)研發(fā)是國(guó)家戰(zhàn)略和未來(lái)市場(chǎng)的需要

目前，無(wú)人艇的核心技術(shù)仍然掌握在以美國(guó)為首的西方國(guó)家手中。我國(guó)對(duì)于無(wú)人艇技術(shù)的研究工作開(kāi)展得相對(duì)較晚，很多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域都是空白，與美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在很大的差距。加之國(guó)外對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖，我國(guó)無(wú)人艇技術(shù)發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)進(jìn)行無(wú)人艇技術(shù)研究的單位主要以科研院所和高校為主，并且應(yīng)用領(lǐng)域比較狹窄，在許多領(lǐng)域的應(yīng)用還處在嘗試和探索階段。在我國(guó)全面加快海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)的進(jìn)程中，無(wú)人艇技術(shù)的發(fā)展對(duì)于維護(hù)我國(guó)海洋權(quán)益，促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有非常重要的意義。無(wú)人艇核心技術(shù)的研發(fā)是國(guó)家戰(zhàn)略的迫切需要，也是未來(lái)市場(chǎng)的需求。

為加速我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效，深入貫徹實(shí)施《中國(guó)制造2025》，廣東省委、省政府實(shí)施了“珠江人才計(jì)劃”。“珠江人才計(jì)劃”是廣東省委、省政府實(shí)施的最高級(jí)別的人才引進(jìn)計(jì)劃。工研院無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)一直秉承“求真、務(wù)實(shí)”的理念，致力于無(wú)人艇核心技術(shù)的研發(fā)，以期填補(bǔ)國(guó)內(nèi)全自主無(wú)人艇技術(shù)空白，擴(kuò)大我國(guó)無(wú)人艇研究的國(guó)際影響，為我國(guó)無(wú)人艇產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)上儲(chǔ)備和體系化理論成果，在自主掌握核心技術(shù)上擁有更多話語(yǔ)權(quán)。

實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首次視覺(jué)自主無(wú)人機(jī)艇協(xié)同運(yùn)動(dòng)起降

自成立以來(lái)，在“珠江人才計(jì)劃”大力支持下，無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)依托工研院先后克服了“看不清”、“識(shí)別慢”、“走不直”、“顛簸大”、“易掉隊(duì)”等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜水域環(huán)境場(chǎng)景解析與目標(biāo)實(shí)時(shí)識(shí)別、無(wú)人艇智能控制、自主導(dǎo)航與避障、無(wú)人艇機(jī)構(gòu)綜合、無(wú)人艇編隊(duì)構(gòu)型調(diào)控技術(shù)和無(wú)人艇群集協(xié)同作業(yè)等突破性進(jìn)展。

其中，無(wú)人艇多艇協(xié)同技術(shù)研究被Nature.Physics（自然·物理）以研究亮點(diǎn)（Research Highlights）報(bào)道，無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)關(guān)于群集動(dòng)力學(xué)構(gòu)型相變的工作，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了重要的影響。2018 年2月，無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)對(duì)其研制的HUSTER- 68 全自動(dòng)無(wú)人艇進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了多艘無(wú)人艇的協(xié)同編隊(duì)，初步展示了無(wú)人艇蜂群戰(zhàn)術(shù)的應(yīng)用。

2019年1月14日，無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)在東莞松山湖進(jìn)行機(jī)艇協(xié)同起降實(shí)驗(yàn)。無(wú)人機(jī)自主從HUSTER-68無(wú)人艇上起飛，執(zhí)行指定空域探測(cè)任務(wù)。HUSTER-68無(wú)人艇自主探測(cè)周圍水域環(huán)境，對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)出返航指令，無(wú)人機(jī)返航跟艇，并自主識(shí)別HUSTER-68無(wú)人艇的可降落位置，經(jīng)歷“跟隨”、“下降”、“著艇”三個(gè)階段，平穩(wěn)降落在HUSTER-68無(wú)人艇上。這標(biāo)志著該團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)自主無(wú)人機(jī)艇協(xié)同運(yùn)動(dòng)起降，為我國(guó)海洋跨域無(wú)人智能系統(tǒng)裝備的革新和“海上絲綢之路”戰(zhàn)略的實(shí)施作出了貢獻(xiàn)。

敢于挑戰(zhàn)攻克重重難關(guān)

無(wú)人艇核心技術(shù)的研發(fā)過(guò)程是漫長(zhǎng)而艱難的。人工智能技術(shù)最大的難點(diǎn)在于其屬于高精尖技術(shù)，并且由于技術(shù)保密性，國(guó)內(nèi)可以借鑒的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)較少。在這樣的前提下，無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)敢于打破常規(guī)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，“敢于打硬仗、敢啃硬骨頭”。經(jīng)過(guò)不懈努力，團(tuán)隊(duì)先后攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難題，使不可能成為可能，為無(wú)人艇系列產(chǎn)品的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

同時(shí)，性能優(yōu)良的無(wú)人艇，除了要有先進(jìn)的智能技術(shù)外，船體技術(shù)、推進(jìn)技術(shù)也是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素，但是無(wú)人艇產(chǎn)業(yè)并沒(méi)有形成配套的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，為此，無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)相繼研發(fā)出性能優(yōu)良的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)人艇平臺(tái)及推進(jìn)器，為無(wú)人艇技術(shù)的研發(fā)提供了可靠保障。

為了驗(yàn)證無(wú)人艇性能，還需要不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。該團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)小組成員經(jīng)常在松山湖邊、東江口岸對(duì)無(wú)人艇反復(fù)開(kāi)展性能和效果測(cè)試。無(wú)論風(fēng)吹日曬雨淋，他們都默默堅(jiān)持、無(wú)怨無(wú)悔。正是憑著這樣的干勁，一個(gè)年輕的團(tuán)隊(duì)在短短幾年時(shí)間里就迅速占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)外無(wú)人艇技術(shù)的制高點(diǎn)，取得了一個(gè)個(gè)驕人成績(jī)。

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科研創(chuàng)新成果形成生產(chǎn)力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是要把成果轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)最大的優(yōu)勢(shì)是有高校背后深厚的理論和技術(shù)支持，使高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科和關(guān)鍵技術(shù)順暢地通過(guò)研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步延伸。長(zhǎng)期以來(lái)，工研院積極推動(dòng)高?？萍汲晒D(zhuǎn)化與技術(shù)轉(zhuǎn)移，并成功轉(zhuǎn)化五十余項(xiàng)科技成果。工研院無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)通過(guò)技術(shù)攻關(guān)掌握核心技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了自身的巨大飛躍，也必將有力推動(dòng)我國(guó)無(wú)人艇技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。未來(lái)，工研院將繼續(xù)深化無(wú)人艇核心技術(shù)創(chuàng)新，提高無(wú)人艇智能化和自主化程度，并推進(jìn)技術(shù)可靠性研究，提高無(wú)人艇裝備的產(chǎn)業(yè)化水平，最終落地于應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)于社會(huì)，服務(wù)于海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。