堅守初心 “獻智”水運

冬日，武漢理工大學余家頭校區(qū)，陽光愜意。

在航海大樓的旁邊，矗立著一塊“揚帆啟航”的石碑和一個船錨的雕塑，仿佛把乘風破浪、不畏艱難、勇往直前、默默奉獻的精神，扎根在這座美麗的校園，延續(xù)在師生心中。

2019年12月5日上午，在武漢理工大學智能交通系統(tǒng)研究中心實驗室里，中國工程院院士、國家水運安全工程技術研究中心主任、武漢理工大學首席教授嚴新平接受了本報記者的專訪。

1四十一年如一日? 水運夢想從未歇

1978年，通過恢復高考后的全國統(tǒng)考，嚴新平走進了武漢水運工程學院（現(xiàn)武漢理工大學），水運夢想從此生長，到如今已有41年。從船機制造及修理專業(yè)起步，到武漢理工大學首席教授、智能交通系統(tǒng)研究中心和能源與動力工程學院博士生導師、交通運輸工程和船舶與海洋工程學科帶頭人，再到今年11月22日當選中國工程院院士，41年前的青年，如今已生華發(fā)。

“我們那個時候考大學跟現(xiàn)在是有很大區(qū)別的，我是1976年高中畢業(yè)，之后下過鄉(xiāng)，也當過煤礦工人。1978年得以有機會參加統(tǒng)考上大學，也是想通過上大學來進一步提升自己，這是一個非常強烈的愿望。我老家是在江西省蓮花縣，那是一個革命老區(qū)，當時也是貧困縣;我小時候就有個夢想，到大江大海去看看，所以就填了武漢水運工程學院船舶機械專業(yè)為第一志愿，從此進入了水路交通工程領域?！眹佬缕交貞浀馈?/p>

1982年7月，嚴新平本科畢業(yè)留校，是所在專業(yè)留校擔任專業(yè)教師的二人之一。當時正值我國改革開放之初，百業(yè)待興，高等教育需要大力發(fā)展，教師隊伍建設成為當務之急。

1984年9月，他考取了本校的碩士研究生，開啟了漫漫科研之路。

1994年9月，他考取了西安交通大學博士研究生，奠定了他從事科技創(chuàng)新的基礎。

上世紀90年代，嚴新平帶領團隊開展磨損監(jiān)測技術在船舶動力設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷研究，牽頭成立了可靠性工程研究所;

2000年，在學校牽頭組建智能交通系統(tǒng)研究中心，這是國內(nèi)最早的智能交通系統(tǒng)研究機構之一，開始了水路運輸系統(tǒng)的智能化研究工作，同時開展內(nèi)河通航運行系統(tǒng)的研制;

2006年，牽頭申報并獲批教育部水路交通安全控制與裝備工程研究中心;

2013年，牽頭組建交通運輸部內(nèi)河智能航運交通運輸業(yè)協(xié)同創(chuàng)新平臺;

2014年，隨著人工智能技術的發(fā)展，研究船舶的智能應用系統(tǒng)成為嚴新平和團隊的重要方向，“航行腦系統(tǒng)”隨之提出，并在當年成功申報了科技部國家水運安全工程技術研究中心;

2016年，牽頭組建科技部智能航運與海事安全國際合作示范基地;

……

“回首30多年的教學科研工作經(jīng)歷，我個人的成長見證和親歷了我國改革開放快速發(fā)展的歲月，也算為我國水路交通科技創(chuàng)新發(fā)展略盡薄力。我取得的成果跟我的團隊常年的努力是分不開的，我經(jīng)常跟我的學生講，人生有三個詞特別重要。第一是規(guī)劃，每個人都要有理想，有家國情懷，要立志為祖國為民族的發(fā)展去努力，去做貢獻，特別是從年輕的時候就要有這種志向，一個人的規(guī)劃如果無法跟集體、行業(yè)、國家的需要結合在一起，是很難真正實現(xiàn)的。第二是勤奮，一定要努力，只有通過自己的辛勤勞動，才能取得工作的成果，獲得社會的尊重。第三是堅守，要耐得住寂寞，不要隨波逐流，我覺得這個很重要?！眹佬缕礁锌?。

2推動船舶動力設備的運行管理向視情維修發(fā)展

船舶動力設備的安全可靠運行，是保證船舶航行的基礎。由于船舶動力故障，導致船舶無法正常航行，甚至有可能發(fā)生災難事故。

有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，船舶動力設備故障占船舶機械故障的80%以上，其中，船舶動力系統(tǒng)的主、輔機因磨損引起的故障占45%以上。船舶機械設備傳統(tǒng)上是按照時間周期來安排維修計劃，這不僅消耗了備件，增加了維修成本，而且有時還會產(chǎn)生維修不當?shù)囊馔馔C損失。

如何在線檢測磨損信息，及時發(fā)現(xiàn)異常磨損，是困擾船舶動力設備運行安全和船舶在航率的重大難題。

嚴新平通過主持國家自然科學基金、交通部人才專項等項目，帶領團隊發(fā)明了摩擦學、動力學、性能參數(shù)和軸功率“四法結合”的船舶動力設備磨損監(jiān)測方法，研發(fā)了“船載、機務中心、診斷中心”三級的船舶動力設備磨損監(jiān)測與遠程診斷系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已在我國疏浚、救助、運輸和國防等在役船艦動力設備運行安全保障中推廣應用，經(jīng)濟社會效益顯著。

“我們團隊還先后在大連港、上海港、南京港、南通港等多家港航企業(yè)，建立油液監(jiān)測中心，推動了我國航運企業(yè)由經(jīng)驗管理、定期維修向實時檢測、視情維修模式的發(fā)展，為船舶動力設備的磨損狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了技術手段。”嚴新平介紹道。

從線下到線上，從定期取樣到實時監(jiān)測，場景、手段的變化背后，卻是嚴新平和團隊攻克了數(shù)不清的難關。

集成現(xiàn)場能夠直接獲取磨粒圖像的新型檢測傳感器;針對不同的動力設備特點，積極與設備廠家和船東進行討論;開展大量的實驗室和現(xiàn)場監(jiān)測，采集多工況的監(jiān)測數(shù)據(jù)……終于，實現(xiàn)了船舶動力設備磨損故障在線監(jiān)測，并可與岸基的實驗室分析同步進行。這種遠程的故障診斷，可以直接把故障的實時提取信息通過通訊的方式傳遞到岸基的航運公司管理部門，為設備的維修決策提供依據(jù)和指導。

3推動內(nèi)河通航狀態(tài)向動態(tài)感知變革

內(nèi)河水運是世界公認的綠色運輸方式，具有運能大、運距長、占地少、能耗低的比較優(yōu)勢。

隨著《關于加快長江等內(nèi)河水運發(fā)展的意見》《長江經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃綱要》的先后發(fā)布，發(fā)展內(nèi)河水運上升為國家戰(zhàn)略?！笆濉币詠?，長江、西江及京杭運河國家高等級航道建設逐年加強，我國內(nèi)河高等級航道主干網(wǎng)已基本形成。

然而，國外經(jīng)驗表明：僅僅保障航道的通航尺度等“硬件”是不夠的。建設與航道基礎設施配套的“軟件”系統(tǒng)，是保障安全、高效通航與提升內(nèi)河運能的重要技術支撐。

在國家863計劃、交通部西部交通建設科技項目等支持下，嚴新平帶領團隊與長江航道局、長江三峽通航管理局、中國交通通信信息中心、交通運輸部水運科學研究院、長江海事局等單位開展產(chǎn)學研合作，提出綜合應用水運管理、信息工程、通航工程等多學科技術，建立通航運行各要素的實時感知、交互、分析與管理的軟硬件平臺體系，構建“一圖兩網(wǎng)四平臺”的國家內(nèi)河高等級航道通航運行系統(tǒng)，實現(xiàn)通航運行狀態(tài)的監(jiān)控與服務。

嚴新平向記者介紹道：“該系統(tǒng)是以電子航道圖為載體，在航船舶、航道要素感知網(wǎng)為依托，航道在線服務、多級船閘調(diào)度、船舶位置服務、海事實時監(jiān)管等服務平臺為支撐的一個工程化的應用系統(tǒng)。”

“以長江為例，在長江航道局等單位建立的電子航道圖基礎上，構建了在航船舶感知網(wǎng)和航道要素感知網(wǎng)。在航船舶感知主要通過建立AIS、VTS、CCTV和RFID等系統(tǒng)，實現(xiàn)在航船舶位置和動態(tài)的感知;航道要素感知主要是通過自動水位站、航標的遙測、遙控、遙報采集裝置，形成一個水文和氣象條件的通航要素感知系統(tǒng)?！彼M一步解釋道。

經(jīng)過多年努力，內(nèi)河高等級航道通航運行系統(tǒng)在我國長江、西江和運河等通航運行服務部門、船舶運輸企業(yè)和水運信息技術與設備制造企業(yè)等單位得到推廣和應用，實現(xiàn)內(nèi)河在航船舶的實時動態(tài)管控，引領了我國內(nèi)河航運信息化技術創(chuàng)新，實現(xiàn)我國內(nèi)河通航運行狀態(tài)由人工觀測為主向自動感知的變革。

4推動人工智能技術在船舶工程領域應用

近年來，人工智能技術在交通系統(tǒng)的應用掀起了一陣熱潮。

統(tǒng)計顯示人因導致的船舶航行事故達60%以上。船舶智能化技術發(fā)展的總體趨勢是船舶技術與現(xiàn)代信息技術和新一代人工智能技術進一步深度融合，通過智能化的設備、技術、方法減少當前航運體系中、船舶航行過程中、設備維護中的人員負擔和人因事故，實現(xiàn)船舶安全、綠色、高效、經(jīng)濟的發(fā)展目標。

“我提出的‘航行腦系統(tǒng)，是服務于智能船舶的人工智能系統(tǒng)，由感知、認知、決策和執(zhí)行等功能空間組成?！眹佬缕秸f。

據(jù)介紹，“感知空間”獲取船舶在航環(huán)境和自身狀態(tài)信息;“認知空間”根據(jù)感知的信息抽象出航行態(tài)勢，實現(xiàn)自身狀態(tài)辨識，最終基于人工駕駛記錄和深度學習建立智能船舶航行行為譜;“決策空間”利用“感知空間”反饋的信息修正“認知空間”的態(tài)勢認知，并通過“執(zhí)行空間”在航行行為譜的支持下實現(xiàn)對船舶的智能控制，實現(xiàn)船舶的智能航行和自主航行，達到減少配員、降低排放和提高船舶航行安全性的目的。

在談到智能化和自主化的區(qū)別時，嚴新平說：“智能化發(fā)生在當下，自主化著眼于未來。智能化將從單個設備、單項功能的改善、突破、替代興起，朝著全船、全系統(tǒng)、全生態(tài)的智能化發(fā)展。以智能技術輔助人員、提升能力，從人機共融、人機共生入手，減少人為誤操作、提升駕駛安全，提供全航程支持、全周期規(guī)劃和全周期維護，將重復的、單一的航運活動和操作交給智能系統(tǒng)，減輕人的勞動強度、解放人的創(chuàng)造力。而自主化是智能化的最終形態(tài)，必將經(jīng)歷一個漫長的技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)成熟的過程?！?/p>

他也毫不諱言：“人工智能技術本身還有不少難題需要攻克。以無人車為例，已經(jīng)從最早的數(shù)字實驗、模型實驗，到封閉測試場實驗，現(xiàn)在逐步嘗試在開放實際場景實驗，然而它要真的大批應用，還有很長的路要走。船舶的智能航行系統(tǒng)也是如此。我提出研發(fā)的‘航行腦系統(tǒng)要想達到替代船員的水平，還需要大樣本數(shù)據(jù)、高質(zhì)量知識和長時間訓練，而現(xiàn)行深度學習等人工智能算法的適用性，也有待驗證?！?/p>

“況且，船舶一旦發(fā)生事故，不僅涉及人命和財產(chǎn)安全，而且水域污染控制和應急救助面臨的問題非常突出，這與其他交通方式有很大的不同。所以，我們研究船舶智能系統(tǒng)首先要確保安全、可靠?！眹佬缕絿烂C地說。

他預測，船舶智能化技術將重塑全行業(yè)生態(tài)，從設計、制造、檢驗、保險、運營、保養(yǎng)、維護、回收等全周期提升航運業(yè)的智能化水平。隨著船舶智能化技術發(fā)展，岸基船舶遠程操控人員將成為船員從事的新型職業(yè)模式;編隊航行的自主式水路運輸系統(tǒng)將成為船舶的新型航行模式;數(shù)字航運企業(yè)將成為積極發(fā)展的新型航運業(yè)態(tài)。

5潛心開展人才培養(yǎng)和技術創(chuàng)新

嚴新平教授作為一名從事高等教育事業(yè)37年的教師，他始終將教書育人和科技創(chuàng)新，作為扎根于心的內(nèi)在使命和責任擔當。

他是交通運輸部科技創(chuàng)新團隊、教育部輪機工程教學團隊負責人，曾被評為國家教育部“萬千骨干教師計劃”優(yōu)秀教師，并以第一完成人獲國家教學成果二等獎1項?！暗锰煜掠⒉哦币彩撬麧摬赜谛牡脑竿?/p>

“我作為一名在高校工作了多年的教師，期間還有幸參與了學校管理工作16年，應該說對于高校教師的責任和使命十分清楚。人才培養(yǎng)始終是教師的第一任務，我與我的團隊一直倡導‘治學求新、育人唯實的宗旨，開展我們的教書育人、科學研究、社會服務、文化傳承等工作?！眹佬缕秸f。

令他感到欣慰的是，他培養(yǎng)的學生在高校、研究院所、企業(yè)、部隊等崗位上，積極開拓創(chuàng)新，發(fā)揮了骨干作用，為國家發(fā)展和民族振興貢獻了他們的力量。

他認為，建設交通強國，特別需要重視人才建設。人才是核心競爭力，擁有一大批交通運輸系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、建設、運營、維護等方面的人才，才能為交通強國建設提供智力保障?！拔覀兪且院胶５葘I(yè)特色為重點建設的高校，隨著水運行業(yè)智能化的發(fā)展，我們也在考慮完善專業(yè)設置和人才培養(yǎng)方向，使之與行業(yè)對人才的需求更緊密，如航海技術專業(yè)，將逐步培養(yǎng)岸基操控船舶人才，遠程駕駛船舶人才等等?！?/p>

嚴新平深知，當選院士是國家給予的最高學術榮譽，這份榮譽屬于大家，但也賦予了重要責任。這是一個新的起點?！敖衲曛泄仓醒牒蛧鴦赵喊l(fā)布了《交通強國建設綱要》，為我國當前到本世界中葉的交通發(fā)展描繪了藍圖，明確了目標，為水運業(yè)未來發(fā)展指明了方向。我覺得要特別注重綠色和智能技術，與我們傳統(tǒng)、古老，也是非常重要的水運業(yè)進行結合，在保障綠水青山和生態(tài)友好的前提下，提高運輸效率和安全性，提升航道通行能力，發(fā)展自主式水路交通的運輸模式，讓水路運輸承擔更多的貨運份額，這樣也可以降低我國的物流成本?！?/p>

嚴新平懷著他的“初心”，似飛鷹展翅，朝著更高更闊的水路交通運輸?shù)奶祀H翱翔。