無人船舶，揚(yáng)帆智慧海洋

王荷醒

近年來，無人車、無人機(jī)逐漸進(jìn)入人們的生活場(chǎng)景，智能化、自動(dòng)化成為了目前工業(yè)產(chǎn)品更新研發(fā)的重要方向。相似地，在船舶領(lǐng)域也存在“無人船”，但在目前的市場(chǎng)上還并不普及，主要應(yīng)用于海洋調(diào)測(cè)和防務(wù)領(lǐng)域。來自海南科技職業(yè)大學(xué)的譚強(qiáng)和他的小伙伴們就對(duì)“新型輔助無人船系統(tǒng)”進(jìn)行了將近兩年的探索，他們大膽創(chuàng)想、動(dòng)手創(chuàng)造，用專業(yè)知識(shí)、技能對(duì)無人船操作系統(tǒng)進(jìn)行完善升級(jí)，在第十八屆“挑戰(zhàn)杯”黑科技專項(xiàng)賽中以“無人船舶”乘風(fēng)破浪，被評(píng)為恒星級(jí)作品。

觀察+思考，從實(shí)際出發(fā)

從2022年3月開始組建團(tuán)隊(duì)、攻關(guān)科研，在不斷的思考和改進(jìn)下，新型輔助無人船系統(tǒng)的研究項(xiàng)目已經(jīng)斬獲多項(xiàng)省級(jí)、國(guó)家級(jí)大獎(jiǎng)，還取得了外觀設(shè)計(jì)發(fā)明專利及實(shí)用新型發(fā)明專利。團(tuán)隊(duì)成員中，譚強(qiáng)、羊輝博來自海事學(xué)院，張雅欣、文菲菲、張青方、董書豪來自信息工程學(xué)院，蔡瑞錦來自機(jī)電學(xué)院，成員們發(fā)揮各自的專業(yè)優(yōu)勢(shì)和個(gè)人能力，分別負(fù)責(zé)代碼編寫、模型制作、新媒體宣傳、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)等方面的內(nèi)容。譚強(qiáng)介紹，在長(zhǎng)周期的研究中，每個(gè)成員需要按照分工職責(zé)積極發(fā)揮個(gè)人特長(zhǎng)：“比如，航海技術(shù)專業(yè)的同學(xué)們主要進(jìn)行項(xiàng)目核心技術(shù)的搭建，大數(shù)據(jù)工程技術(shù)專業(yè)的董書豪負(fù)責(zé)編程、代碼，機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)的蔡瑞錦完成硬件產(chǎn)品的制作，新媒體專業(yè)的同學(xué)主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、宣傳推廣?！?/p>

譚強(qiáng)是該項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，既要在軟硬件研究上提供技術(shù)支持，幫助隊(duì)友完成技術(shù)攻關(guān)，還要完成團(tuán)隊(duì)管理、溝通聯(lián)系專家等工作，以保證項(xiàng)目進(jìn)度正常進(jìn)行。作為航海技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，該選題最初來自他對(duì)本專業(yè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和探索，以及對(duì)無人船領(lǐng)域的觀察：“目前，無人船產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，我們相信無人船將在未來航運(yùn)或者科考發(fā)揮巨大作用?！彪S著隊(duì)伍組建完成，隊(duì)員們對(duì)該方向內(nèi)容進(jìn)行討論、構(gòu)思、分工合作，漸漸地明確了未來研究的方向。

他們選擇研發(fā)新型輔助無人船系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)船只及無人船應(yīng)用中存在的許多問題，如傳統(tǒng)航運(yùn)中人力成本高、無人船運(yùn)輸時(shí)的安全、效率問題。通過研究無人船技術(shù)，他們不止是在制造一個(gè)“遙控船”，而是試圖提高船只的自主性和智能化水平，為航運(yùn)業(yè)帶來一定的改變。在“新型輔助無人船系統(tǒng)”的研究中，團(tuán)隊(duì)設(shè)想其主要應(yīng)用于環(huán)境探測(cè)、船舶海難救援、無人駕駛船舶短距離運(yùn)輸?shù)?，在設(shè)計(jì)和測(cè)試上也主要圍繞這幾個(gè)功能展開?！氨热绛h(huán)境探測(cè)中，我們可以在無人船上進(jìn)行航行路線的函數(shù)設(shè)置，并在船體上裝載專業(yè)工具，就可以解決南渡江水藻泛濫的問題。”譚強(qiáng)表示，創(chuàng)意從來不是空穴來風(fēng)，解決實(shí)際問題、市場(chǎng)痛點(diǎn)，才是當(dāng)今創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐的正確方向。

克服“挑戰(zhàn)”，實(shí)踐創(chuàng)新

在一年多的“長(zhǎng)戰(zhàn)線”中，技術(shù)的壁壘也曾讓大家退縮，一度想要放棄，但在隊(duì)長(zhǎng)的鼓勵(lì)、專家的支持下，隊(duì)員們還是堅(jiān)持了下來，完成了一個(gè)個(gè)技術(shù)攻關(guān)。譚強(qiáng)回憶，成員們會(huì)定期召開例會(huì)進(jìn)行進(jìn)度匯報(bào)和總結(jié)，遇到問題也及時(shí)溝通、共同解決：“在實(shí)驗(yàn)中，我們充分發(fā)揮各自特長(zhǎng)，在出現(xiàn)技術(shù)難題時(shí)，會(huì)一起在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行溝通交流，大家經(jīng)常熬夜到凌晨，在有效的溝通和專家的支持下，我們得以不斷改進(jìn)?！痹陧?xiàng)目過程中，團(tuán)隊(duì)成員展現(xiàn)出了高度的創(chuàng)新思維和持續(xù)探索的精神。他們充分發(fā)揚(yáng)“挑戰(zhàn)杯”精神，不斷學(xué)習(xí)、利用現(xiàn)有技術(shù)，使無人船從一個(gè)簡(jiǎn)單的模型到如今能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航、智能避障、精確定位等自動(dòng)化功能。

譚強(qiáng)介紹，無人船的核心技術(shù)是GNC系統(tǒng)（控制、導(dǎo)航和規(guī)劃），主要通過GPS定位系統(tǒng)感知船舶的自身信息，裝載攝像頭等感知環(huán)境信息，再利用IMU慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行航程規(guī)劃、計(jì)算，即使在風(fēng)浪流的擾動(dòng)下也能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，他們從駕駛員視角出發(fā)，引入BOP船舶智能避碰模型，實(shí)現(xiàn)船舶碰撞危險(xiǎn)度的精確計(jì)算，形成有效的避碰決策模型?！爸悄芑刂?、多元傳感采集、高精度定位、通過機(jī)器學(xué)習(xí)自主決策，這四個(gè)部分是我們?cè)诩夹g(shù)上的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，這些創(chuàng)新點(diǎn)使無人船在復(fù)雜環(huán)境下具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，有效提高了無人船的智能化。該成果在生產(chǎn)實(shí)踐上也有十分廣闊的前景，通過提高無人船的安全性、效率和性能，有望應(yīng)用于海洋監(jiān)測(cè)、救援和環(huán)保等領(lǐng)域?！?/p>

除了設(shè)計(jì)、開發(fā)，團(tuán)隊(duì)還不斷進(jìn)行實(shí)地測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用。從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)地測(cè)試，團(tuán)隊(duì)成員不斷提升程序精確度，無人船已經(jīng)可以在無人為操控的情況下按照既定航線進(jìn)行航行，并自動(dòng)避讓障礙物。

創(chuàng)新，一直在路上

談到項(xiàng)目成就，譚強(qiáng)自信滿滿。他自信的底氣來自于隊(duì)友們無數(shù)個(gè)日夜的并肩奮斗，來自于一年多以來拿下的一個(gè)個(gè)沉甸甸的獎(jiǎng)杯：“我最自豪的成就是在項(xiàng)目成功完成了當(dāng)前階段的所有任務(wù)并取得了優(yōu)秀的成績(jī)，至今已經(jīng)獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)（第二十五屆中國(guó)機(jī)器人及人工智能大賽國(guó)家級(jí)二等獎(jiǎng)、第六屆中華職業(yè)教育社創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國(guó)家級(jí)銀獎(jiǎng)以及2022年獲大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目國(guó)家級(jí)立項(xiàng)等）、省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)5項(xiàng)（2022年海南自貿(mào)港創(chuàng)業(yè)大賽院校學(xué)生專項(xiàng)賽三等獎(jiǎng)、第九屆中國(guó)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽海南賽區(qū)銅獎(jiǎng)等），且產(chǎn)品質(zhì)量、創(chuàng)新方向、市場(chǎng)應(yīng)用得到了評(píng)委的一致好評(píng)。這讓我們證明了項(xiàng)目的實(shí)用性和團(tuán)隊(duì)的實(shí)力和協(xié)作能力?！睆男Ｙ悺⑹≠惖絿?guó)家級(jí)比賽，他們不斷精進(jìn)、更新，在和其他團(tuán)隊(duì)的交流、碰撞中，也得到了自我能力的提升。

作為團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)老師之一，喇全恒老師認(rèn)為這是一個(gè)很有前瞻性和實(shí)際意義的選題，對(duì)這一內(nèi)容的研究彰顯了團(tuán)隊(duì)成員的洞察力和執(zhí)行力：“在指導(dǎo)這個(gè)團(tuán)隊(duì)的過程中，他們最大的優(yōu)勢(shì)是敢于挑戰(zhàn)和創(chuàng)新。他們不僅積極學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，還在實(shí)踐中不斷優(yōu)化和改進(jìn)方案。最大的成就是成功研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無人船系統(tǒng)，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。”

即使拿下了挑戰(zhàn)杯的榮譽(yù)，創(chuàng)新實(shí)踐也不會(huì)止步于獎(jiǎng)項(xiàng)，他們還希望將項(xiàng)目落地成公司，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，但目前仍存在資金、人力方面的問題。盡管存在一定困難，團(tuán)隊(duì)成員也不曾放棄。未來，這個(gè)無人船項(xiàng)目還將作為譚強(qiáng)2024年畢業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，目前團(tuán)隊(duì)還嘗試在無人船上裝載水質(zhì)檢測(cè)儀器，嘗試對(duì)水體質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，未來可以應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方向。

未來智慧海洋的建設(shè)離不開無人船系統(tǒng)的應(yīng)用。它們將為海洋科學(xué)家、海事工作者和環(huán)境保護(hù)者提供更廣闊的視野和更豐富的數(shù)據(jù)，助力他們更好地了解海洋生態(tài)、探索未知領(lǐng)域。通過合作與創(chuàng)新，我們可以共同開創(chuàng)智慧海洋的新時(shí)代，為人類和地球的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。我們相信，當(dāng)前新型輔助無人船系統(tǒng)的研究將為未來智慧海洋的新藍(lán)圖添磚加瓦。

對(duì)話：

現(xiàn)代青年：經(jīng)過幾年專注于這一項(xiàng)目的研究和實(shí)踐，你在創(chuàng)新實(shí)踐方面有什么收獲嗎？

譚強(qiáng)：通過大挑項(xiàng)目，我深刻認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新和實(shí)踐是推動(dòng)科技進(jìn)步的關(guān)鍵。本項(xiàng)目聚焦新型輔助無人船系統(tǒng)，致力于解決現(xiàn)有無人船操作復(fù)雜、效率低下的問題。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，我們團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮創(chuàng)新精神，不斷嘗試和優(yōu)化方案，最終成功研發(fā)出一套操作簡(jiǎn)便、性能優(yōu)越的無人船輔助系統(tǒng)。

實(shí)踐過程中，我們不僅掌握了大量有關(guān)無人船技術(shù)和水域環(huán)境的理論知識(shí)，還通過實(shí)地測(cè)試和數(shù)據(jù)分析不斷完善方案。創(chuàng)新和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)讓我們認(rèn)識(shí)到，只有將理論應(yīng)用于實(shí)際，才能真正發(fā)揮科技的潛力。此外，項(xiàng)目中的團(tuán)隊(duì)合作和溝通也至關(guān)重要。我們通過緊密協(xié)作，共同應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)，最終實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目目標(biāo)。

作為一名年輕人，我會(huì)將創(chuàng)新和實(shí)踐精神融入到今后的學(xué)習(xí)和工作中，為科技進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的力量同時(shí)，我也將珍惜團(tuán)隊(duì)合作的機(jī)會(huì)，不斷提升自己的溝通和協(xié)作能力，以期在未來的項(xiàng)目中取得更好的成果。

現(xiàn)代青年：結(jié)合你的經(jīng)驗(yàn)，你想給其他有志于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的同學(xué)們提出什么建議？

譚強(qiáng)：首先是建議大家從自己的專業(yè)進(jìn)行探索。因?yàn)槲覀冎挥袩嶂杂谘芯孔约旱膶I(yè)，踏踏實(shí)實(shí)地學(xué)好專業(yè)的知識(shí)、技術(shù)，才能更好地將理論和實(shí)踐結(jié)合起來。

第二，在實(shí)踐中要認(rèn)清科教興國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)等時(shí)代背景，結(jié)合現(xiàn)代人工智能、AI、高速算法等角度，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)應(yīng)用觀，打破現(xiàn)有市場(chǎng)的空白，解決實(shí)際問題。

第三，即使是很小的項(xiàng)目、未知其正確與否的項(xiàng)目，希望大家在研究中不要?dú)怵H。大學(xué)就是在不斷試錯(cuò)，只有勇于探索、勇于創(chuàng)新、敢想敢做，才能真正激發(fā)出自己的潛能。

現(xiàn)代青年：該項(xiàng)目在“挑戰(zhàn)杯”的成功對(duì)學(xué)生們有怎樣的啟示？對(duì)學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍是否有影響？

喇全恒：項(xiàng)目成功讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新和實(shí)踐的重要性，激發(fā)了他們投身科研和創(chuàng)新的興趣；同時(shí)提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)了他們解決實(shí)際問題的能力。項(xiàng)目成果在學(xué)校內(nèi)部產(chǎn)生了良好的示范效應(yīng)，提升了整體的科研氛圍。希望同學(xué)們能夠以此為榜樣，積極參與到科研和創(chuàng)新活動(dòng)中，為我國(guó)科技發(fā)展貢獻(xiàn)力量。