人工智能技術(shù)在深水裝備領(lǐng)域中的應(yīng)用與研究

李甜 王忠全

摘要：近五年來，我國(guó)各產(chǎn)業(yè)和各領(lǐng)域都掀起了人工智能發(fā)展的熱潮，社會(huì)各界都非常重視人工智能技術(shù)在各自領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。各相關(guān)行業(yè)在人工智能不斷推廣的過程中實(shí)現(xiàn)了技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，為后續(xù)各行業(yè)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要講述的是人工智能技術(shù)在深水裝備領(lǐng)域中的應(yīng)用研究，希望通過深水裝備的研究探索更多未知領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)更多積極有趣的方向，為人工智能的發(fā)展提供新的發(fā)展方向和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：人工智能、技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、深水裝備領(lǐng)域、應(yīng)用研究

一、人工智能概述

人工智能是一門涉及數(shù)學(xué)、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)、電氣工程、電子信息、數(shù)據(jù)收集等多學(xué)科相互交融的復(fù)雜體系，經(jīng)過幾十年的學(xué)科發(fā)展技術(shù)構(gòu)成已經(jīng)取得了顯著成績(jī)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的城市我們已經(jīng)能夠看到人工智能機(jī)器人對(duì)于生活和購物的便捷性，不僅提供路線規(guī)劃、問題索引、智能家居等應(yīng)用，還可以在專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及多樣化智能算法中充分體現(xiàn)人工智能的魅力。他們不僅是一項(xiàng)技術(shù)還是能夠應(yīng)用于生活中方方面面的產(chǎn)品，同時(shí)人工智能也出現(xiàn)很多機(jī)器人服務(wù)，比如教育機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等，伴隨著人工智能的發(fā)展逐漸提供更加快捷、科學(xué)、便利的生活模式。

人工智能是技術(shù)的集合體，包括語音識(shí)別、圖像轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)融合、電子大腦、機(jī)械學(xué)習(xí)等多方面可以展現(xiàn)出導(dǎo)航、規(guī)劃、決策等具體的使用場(chǎng)景，例如我們?cè)谏钪杏龅絾栴}時(shí)機(jī)器人都可以提供給我們最佳的選擇方案或提供多種解決途徑供大眾選擇。人工智能在深度學(xué)習(xí)的過程中能夠達(dá)到更好的服務(wù)效果，同時(shí)電子大腦也不像我們?nèi)祟悓W(xué)習(xí)的那種方式，只要給它編纂數(shù)據(jù)就可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)大量?jī)?nèi)容，是一種代替簡(jiǎn)單、繁瑣、重復(fù)勞動(dòng)力的重要工具，因此應(yīng)用范圍廣泛，使用途徑多樣。

二、我國(guó)深水裝備領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

2.1應(yīng)用前景廣闊

目前我國(guó)深水裝備領(lǐng)域的主要應(yīng)用場(chǎng)景有海洋油氣開采、海底觀覽、鋪設(shè)水下管道、救助、打撈、海洋科考和調(diào)查等，這些工作的危險(xiǎn)系數(shù)較高，如果采用人工智能的形式能夠極大的提高工作安全系數(shù)，科學(xué)性和便捷性也得到了改善，以深水裝備輔助開采工作更加高效和快捷。為了進(jìn)一步研究海下裝備領(lǐng)域的各項(xiàng)檢測(cè)作業(yè)，聯(lián)合多所高校進(jìn)行海下研究工作，用人工智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)和海底環(huán)境考察。

2.2深水資源競(jìng)爭(zhēng)激烈

深水裝備領(lǐng)域一直是各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)激烈的產(chǎn)品領(lǐng)域，海洋資源不僅擁有豐厚的油氣，還存有多金屬、礦產(chǎn)、硫化物、鈷結(jié)殼等，這些海洋資源可以輔助國(guó)家生產(chǎn)、居民生活的方方面面，尤其是在目前能源短缺的狀況來看把握海洋資源，就把握了未來發(fā)展的動(dòng)力。由于人們身體各方面機(jī)能的限制，導(dǎo)致深水區(qū)域尚無法通過人工的形式進(jìn)行探測(cè)，因此各國(guó)都積極研究人工智能來輔助深水探測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域，各項(xiàng)裝備也取得了初步成效，應(yīng)用于海底挖溝、鋪射管路、油漆資源輸送等方面，效率較高，整個(gè)發(fā)展體系的應(yīng)用較為廣泛。

2.3各國(guó)深水裝備使用進(jìn)展

國(guó)際上普遍采用的挖溝機(jī)和挖溝犁的鋪設(shè)，是以高壓水噴嘴和旋轉(zhuǎn)切割的模式對(duì)海底巖石進(jìn)行線纜鋪設(shè)、破土拖移，在形成溝槽的基礎(chǔ)之上有效輔助了管道鋪設(shè)工作的落實(shí)。目前各國(guó)的研究現(xiàn)狀是韓國(guó)已經(jīng)研制了可達(dá)六千米深的深水探測(cè)設(shè)備，印度是512米，且正在與德國(guó)一起開發(fā)六千米深的探測(cè)設(shè)備。我國(guó)目前也在積極進(jìn)行水下采礦事業(yè)的研究和創(chuàng)新，已申請(qǐng)了四個(gè)區(qū)域的采礦權(quán)，共完成了500米深的裝備試水工作，但目前的科學(xué)技術(shù)水平尚無法形成完整的成套設(shè)備對(duì)礦區(qū)進(jìn)行商業(yè)開采和使用規(guī)劃。

三、人工智能在深水裝備領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著我國(guó)國(guó)家治理體系和治理能力的現(xiàn)代化，國(guó)家發(fā)展在習(xí)近平總書記的帶領(lǐng)下，充分認(rèn)識(shí)了人工智能是新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)改革的重要驅(qū)動(dòng)力量，加快推動(dòng)人工智能的發(fā)展，是國(guó)家和企業(yè)變革的戰(zhàn)略方針和策略。通過一系列的政策，國(guó)務(wù)院、工信部都發(fā)布了我國(guó)人工智能的發(fā)展規(guī)劃與方針，可見國(guó)家對(duì)人工智能的重視程度。

當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展形式共經(jīng)歷過三次變革，第一次工業(yè)革命，機(jī)械代替手工，出現(xiàn)蒸汽電車;第二次工業(yè)革命，持續(xù)到19世紀(jì);第三次信息技術(shù)的發(fā)展，此時(shí)人類已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代。如今互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)蓬勃興起，傳入每家每戶，應(yīng)用于方方面面，生活、娛樂、學(xué)習(xí)等各方面都離不開技術(shù)水平的提高，因此隨著人工智能技術(shù)的不斷提升，在各項(xiàng)系統(tǒng)升級(jí)的同時(shí)也可以把人工智能當(dāng)作全球的第四次工業(yè)革命，整個(gè)工作體系將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，由人控轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)控。

國(guó)家對(duì)于深水探測(cè)領(lǐng)域的研究重視程度不斷提高，有兩個(gè)大型項(xiàng)目都與深水裝備有關(guān)，希望利用人工智能來更大化的開采深水資源，在維護(hù)海洋平衡的基礎(chǔ)上維持人類生存的可持續(xù)發(fā)展性。目前深水裝備領(lǐng)域已經(jīng)涉及多方面的作業(yè)，如水下機(jī)器人、遙感作業(yè)裝備、海底挖溝裝備以及采礦裝備等，這些方面通過人工智能的輔助能夠滿足各項(xiàng)需求，節(jié)省人力、物力的基礎(chǔ)之上精準(zhǔn)度和科學(xué)性都有所提升。

3.1人工智能在深水機(jī)器裝備領(lǐng)域上的應(yīng)用

大型深水機(jī)器裝備領(lǐng)域上的應(yīng)用主要針對(duì)在固定航線上進(jìn)行圖像識(shí)別以及跟蹤管道與避障等功能，通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)和AR技術(shù)可以將聲納、高度機(jī)、深度機(jī)、光學(xué)數(shù)據(jù)融合一體，實(shí)現(xiàn)精確地導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在實(shí)際深水探測(cè)作業(yè)過程中快速移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)環(huán)境實(shí)時(shí)響應(yīng)、實(shí)時(shí)觀測(cè)，實(shí)用性更強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于海洋、油田、電信等管道的開采工作。

在人工智能與深水機(jī)器裝備的融合過程中，需要根據(jù)新型智能機(jī)器進(jìn)行避障算法、速度指令、轉(zhuǎn)向指令等目標(biāo)數(shù)據(jù)的測(cè)定，提高響應(yīng)速度，無需過程定量數(shù)據(jù)，自動(dòng)測(cè)算出最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，避開沿途危險(xiǎn)，最終達(dá)到目標(biāo)地點(diǎn)，完成指定探測(cè)任務(wù)。

3.2人工智能在深水遙控作業(yè)裝備領(lǐng)域上的應(yīng)用

我國(guó)深水遙控作業(yè)裝備領(lǐng)域的發(fā)展逐漸通過液壓驅(qū)動(dòng)方式升級(jí)為電力推進(jìn)方式，有效解決效率低、漏油等問題，避免笨重、繁瑣的工作體系。智能控制模式為后續(xù)無人水下探測(cè)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，這樣的深水遙感裝備還可以自動(dòng)定位、動(dòng)識(shí)別、自主決策，隨時(shí)轉(zhuǎn)變自身結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)體系來進(jìn)行方向轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別、技術(shù)學(xué)習(xí)、海底探測(cè)、精準(zhǔn)作業(yè)的目的，簡(jiǎn)潔性更高，操作性能優(yōu)良。目前這部分的應(yīng)用在深水探測(cè)體系十分廣泛，作業(yè)過程中也充分依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)和技能，有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)練習(xí)為了能夠達(dá)到更好的控制模式，需要優(yōu)化算法和指令輸入速度，達(dá)到機(jī)械臂的自主控制。算法精確控制模式越簡(jiǎn)潔，操作員的工作負(fù)擔(dān)越高，越能投入重要檢測(cè)管理任務(wù)當(dāng)中。同時(shí)質(zhì)量約束行為用于機(jī)器的內(nèi)部估算和在線推測(cè)，如果位置出現(xiàn)偏差方向定位問題，利用質(zhì)量約束，提高機(jī)體的抗干擾能力。最后，精準(zhǔn)利用人工智能思想對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行坐標(biāo)系的自主定位，進(jìn)一步降低深水領(lǐng)域水流干擾，避免錯(cuò)誤指令的錯(cuò)誤指導(dǎo)，深水遙感作業(yè)裝備已經(jīng)在海洋、風(fēng)電、漁業(yè)、地質(zhì)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，配備十分健全，成為目前海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的操作裝備之一，對(duì)整體海洋事業(yè)發(fā)展帶來極大的推動(dòng)作用。

3.3人工智能在深水挖溝裝備領(lǐng)域上的應(yīng)用

傳統(tǒng)復(fù)雜的工作模式上深水挖溝裝備通常工作較為繁重，需要人為操作，浪費(fèi)人力和物力，通過人工智能的應(yīng)用可以結(jié)合傳感器監(jiān)測(cè)的模式進(jìn)行船舶艏搖、縱傾、橫滾等參數(shù)預(yù)測(cè)，充分預(yù)測(cè)挖溝裝備的運(yùn)行軌跡和操作程序，按照固定的煙壓泵輸出功率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)功率匹配和柜機(jī)匹配，便于后期目標(biāo)識(shí)別和環(huán)境檢測(cè)的適應(yīng)性和管理性。未來更多地領(lǐng)域?qū)⑹侨斯ぶ悄艿奶煜?，我?guó)整體技術(shù)水平、自動(dòng)化程度在人工智能的指引下有所改善，通過人工智能技術(shù)加持便于精準(zhǔn)定位、深水挖溝、填埋路徑的測(cè)算，擺脫過去完全依賴于人力的工作模式，降低工作過程中的安全隱患，提高工作效率。

3.4人工智能在深水采礦裝備領(lǐng)域上的應(yīng)用

我國(guó)深水采礦裝備的機(jī)器體積龐大，使用復(fù)雜，操作笨拙，開采能源中夾雜過多雜質(zhì)，泥沙回收利用率較低。同時(shí)這種地毯式的搜索也會(huì)破壞海洋生態(tài)平衡，這也是目前海洋管理局和全人類共同關(guān)心的問題，因此隨著我國(guó)環(huán)境污染日益嚴(yán)重，海洋資源的生態(tài)維護(hù)已經(jīng)成為我國(guó)未來發(fā)展重點(diǎn)，如果為了開采深水礦產(chǎn)資源而破壞海洋平衡，將不被國(guó)家、法律、全人類所同意。我們目前推廣小型深水采礦裝備，雖然成本高，體積小，但運(yùn)輸回收便利，可重復(fù)作業(yè)，自帶電源全驅(qū)動(dòng)，機(jī)動(dòng)性高，協(xié)同性強(qiáng)，定位更加準(zhǔn)確，尤其是在人工智能的輔助下提高采礦的正準(zhǔn)性和成熟度，整體采礦成本也大幅下降，開采業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)性得到了有效提升。

四、總結(jié)

總的來說，我國(guó)目前人工智能在深水裝備領(lǐng)域的發(fā)展具有廣闊前景，利用人工智能輔助作業(yè)形式，整體協(xié)同作業(yè)進(jìn)程，在深水底層測(cè)繪運(yùn)動(dòng)控制算法、智能目標(biāo)識(shí)別、環(huán)境感知、無人海洋資源勘查、復(fù)雜地形環(huán)境自行規(guī)劃、路線任務(wù)決策等方面都有著突出貢獻(xiàn)，是發(fā)展海洋強(qiáng)國(guó)、藍(lán)色經(jīng)濟(jì)的重要支柱力量。在人工智能的支持下，深水裝備領(lǐng)域的發(fā)展將成為我國(guó)未來海洋事業(yè)的核心，不斷突破技術(shù)限制，不斷迎接挑戰(zhàn)，為深水裝備的發(fā)展帶來無限可能。

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