从环保无人船到海上无人艇,全球首艘500吨级小型无人货船也要下水了

2018-07-09 10:32:41 访问次数: 48
第324期在线i访谈我们邀请到了云洲智能硬件总监周健先生,一起聊一聊他们是怎样拉开无人驾驶的海洋时代,让中国无人艇行业从追随到引领。

无人车、无人机一直都是无论产业外还是产业内都津津乐道的话题。不知道大家还可否记得除夕之夜以酷炫的姿态穿过“超级工程”港珠澳大桥的81条无人艇。无人艇与无人车、无人机等一道正式拉开了无人驾驶的新时代。另外,全球首艘500吨级小型无人货船,这艘无人货船将于今年年底下水,预计2019年率先在全球范围内实现商业运营,开启无人航运之门。

 

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第324期在线i访谈我们邀请到了云洲智能硬件总监周健先生,一起聊一聊他们是怎样拉开无人驾驶的海洋时代,让中国无人艇行业从追随到引领。

 

联动原素:首先请您简单介绍一下云洲的创立背景?目前的团队规模有多大?核心团队的背景是怎样的呢?

周健:2007年起,在全球范围内,无人艇的关键核心技术大都掌握在美国、以色列等国的海军研究机构手中,对中国完全处于技术封锁状态。与中国航母等“国之重器”走过的引进、吸收道路不同,中国“无人艇行业”走的完全是一条自主研发之路,依靠自身积累,一步步摸索、前行。2008年,在香港科技大学读书期间,以张云飞为首的云洲创始团队,就开启了无人艇相关领域的探索研究,研制出了第一代水质监测无人船样机。全球范围内针对无人操作系统的研究,香港科技大学堪称“基地重镇”,涌现出一批以“大疆”创始人汪涛为代表的青年才俊。

在此后一年半时间里,张云飞与创业伙伴辗转广东、云南、四川、北京等地进行市场调研,发现应用于环保领域的无人船市场空间巨大。从最初因为兴趣而做船,到感到有意义而创业,再到感到责任和使命而驶向深蓝,直至现在深信行业可以架设人类与海洋的桥梁。作为中国无人船艇行业领航者,云洲始终不断挑战和创新。

目前,在云洲252人的团队中,研发团队就占了98人,平均年龄是36岁。其中博士8人,硕士33人,研究员级、教授级高工9人,高级工程师 8人,设置了5位技术总监,涵盖无人艇总体、雷达、硬件、软件、海洋应用技术5个方向。这些人才中,多人获得过国家科学技术进步奖和国防科学技术进步奖。

 

联动原素:贵公司目前的无人艇都实现了哪些技术上的突破呢?

周健:A.2016年8月,攻克公开水域全自主航行,比美军晚19个月,经军方鉴定自主能力等级达美军~4级,国际一流;

B.自主航行,智能避障,协同控制等多项技术被鉴定为国际领先;

C.2017年12月,实现81条无人艇海上自主集群编队,创世界最大规模集群纪录;

D.首套无人艇控制系统、首次5000米海拔作业、首次南极极地作业;

E.16吨级无人艇,续航力4000海里,2017年10月在南海连续航行22天,2400海里,创世界最长巡航纪录。


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云洲“瞭望者”号警戒巡逻无人艇


联动原素:贵公司设计该无人艇的初衷是什么?设想中的应用场景是怎样的?目前无人艇应用在哪些场景比较多?解决哪些痛点问题?

周健:公司先后推出了世界第一艘环保无人艇,中国第一艘海洋调查无人艇,中国第一艘隐身无人艇和中国第一艘军民两用无人艇等科技产品。至今已形成环境测量、海洋调查、安防救援、军事应用、无人航运五大业务版块,完成无人船行业布局。

在环保和海洋业务领域,云洲提供智慧环保、智慧海洋等系列产品及服务解决方案。云洲无人船在天津港特大爆炸事故环境应急处理、青藏高原科考,以及南海某岛礁的海域调查、第34次南极科考等多项国家任务中表现出色。目前云洲近400条无人船在国内23个省份,5个自治区,2个特别行政区和近100个市县,正积极发挥作用。

云洲全面涉足军民融合国家战略,推出多款军用、军民两用无人艇产品,于2016年先后三次参加海上重要活动,填补了国内无人艇军事运用的空白。云洲作为民营企业承担多个装备的总体,成为军用无人艇领域当之无愧的领航企业。

随着自动驾驶、人工智能技术的发展,国际航运业巨头纷纷布局无人航运,2017年底,云洲基于近十年的无人船研发及产业化的技术和经验,与珠海市政府、中国船级社、武汉理工大学四方联合启动建造全球首艘500吨级小型无人货船,这艘无人货船将于今年年底下水,预计2019年率先在全球范围内实现商业运营,开启无人航运之门。

 

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(“筋斗云”无人货运船设计图)


联动原素:据了解无人艇关键核心技术大都掌握在国外的海军研究机构手中,你们作为民营企业,其自主研发的难点在哪呢?

周健:无人艇的核心关键技术包括船体平台、控制系统和通信系统三大块,最核心的是控制系统。控制系统要实现智能的安全航行和可靠的自动化操控能力,也就是自主控制能力,依赖于感知、决策、控制三大关键技术,即解决 看得清、避得开、走得准的问题,涉及到多传感器多目标数据融合问题、遵守避碰规则同时考虑异常驾驶情况的决策规划问题、非线性欠驱动控制问题,需要大量的数学建模和实际测试验证工作,通过8年的研发,我们积累了很多这方面的理论研究和工程实践成果,已经在2016实现了自主避障的关键技术突破,并通过这两年的迭代优化改进,2018年实现大规模集群编队的关键技术,目前已经实现了3.5级的自主控制能力,基本与国外海军持平,目前大家都在往复杂环境和复杂任务应用上的自主能力攻关。无线通信组网同步、抗干扰等方面,我们也积累了大量理论基础和实战经验。

 

联动原素:与无人机、无人车相比较,其技术有哪些相同,有哪些不一样?

周健:从理论基础和体系结构基本一样的,只是面对的环境不一样,采取的传感器有差异,动力学模型和参数不同,所以算法要解决的问题和优化的目标不同。运动控制是无人系统的基础,只有精准的运动控制才可以保证航行安全的控制和任务执行的准确性,相对来讲,无人船在水上受到的风浪流涌的干扰,比无人车受到的运动干扰要大很多,因此对无人船的运动控制算法造成了比较大的鲁棒控制问题,并且无人船的载荷变化、不同滑行状态、机械结构的扰动等对动力学参数有影响,类似的时变参数导致了运动控制的自适应控制问题,还有船舶运动固有的大惯性、强时滞的非线性特点,这都是比无人车严重的问题。另外在看得清的问题上,水面上容易出现木桩、缆绳、浮标甚至人等小目标,而水面目标比陆地目标具有更多的波浪阻挡和反射干扰,导致无论是声、光、电传感器都容易造成误警和漏检问题,比无人车更难准确地检测和估计小目标。

 

联动原素:目前云洲无人艇协同控制技术处于什么样的水平地位?

周健:无人艇编队协同是一个复杂的过程,涉及到多个平台的信息在时间、空间上的相互配合。在2018春晚首次亮相后,云洲近期在万山无人船测试场再次进行了无人艇协同编队测试,实现了无人艇群自适应精准控制。完成了无人艇集群的队形保持、动态任务分配、队形自主变换、协同避障和容错控制等测试科目,多Agent框架下的无人艇集群在动态环境中的运动决策与协同一致性技术得到验证,在世界范围尚属首次。

美国海军曾在2014年8月的一次演习中实现过13艘无人艇的蜂群作战测试,为一个重要的目标母艇保驾护航。演习过程中利用无人艇群的传感器网络发现了模拟的敌方船只,无人艇 艇群随即作出反应,包围和拦截敌方船只,保护本方船只安全撤离。这是截止目前军方所公开的消息中最大规模的一次无人艇协同编队。而这13艘无人艇编队中,只有5艘采用自动控制,其余8艘采用远程遥控。

云洲无人艇在今年春晚亮相的81艘无人艇列阵,在规模数量上是空前的。而这次在万山海上测试场实现的更为复杂的56条无人艇协同编队,每条艇都有独立的信息综合处理能力和决策能力,通信组网顺畅,这比自主航行更加智能。这标志着中国无人艇的协同控制技术已经达到国际领先水平。

 

联动原素:通过不同级的自主控制主要代替人的哪些工作呢?

周健:环境监测无人船: a.水质采样(地表水/分层);b.水质参数在线监测;c.污染源溯源;d.水下暗管探测;e.水下地形测绘f.水文流量流速测量。

海洋调查无人船:a.物理海洋观测;b.海底探测;c.海洋工程勘察;d.海洋生化环境监测。安防搜救无人船:a.海事海监;b.巡逻执法;c.侦察取证;d.应急救援。

军用应用:a.集群协同;b.警戒拦截;c.电子对抗;d.侦察反潜。

无人货运:a.内河航运、海岛补给

 

联动原素:为了确保无人艇同步接受信息指令,你们在通信这一块是怎样解决的?

周健:无人艇编队协同无线通信系统,由编队指挥控制中心系统和若干无人艇控制系统组成,通过编队的通信系统交链,形成一个控制指挥网络。网络上的各个节点为实现各自的使命任务要求,分别进行信息的获取、收集、处理、存储、发送和使用,是海上编队任务的信息资源,向指挥中心实时提供信息访问服务 。

以网络化的编队无线通信网为基础,以区域无缝的网络覆盖为平台,以编队信息共享和综合电子对抗技术为主要控制手段,以网络化指挥控制为核心的一体化控制指挥的体系结构,为无人艇编队协同提供一个安全的、高效的、先进的、适用的、经济的、能够满足无人艇编队任务海域内的信息交换网络,使网络具有高度的开放性和所提供设备在技术上的兼容性,留有充分的升级和扩充的可能性,充分利用微波频谱资源,为以后扩充到更高速率提供充分的余地。

 

联动原素:你们的无人艇结合了哪些人工智能技术?帮助其解决了什么问题?接下来设想还会有哪些技术应用在无人艇之上?

周健:采用了知识库、机器学习、计算机视觉、群集智能等人工智能技术,解决决策、感知和协同控制的问题,接下来,主要是考虑人工智能的端系统化,实现基于软硬件协同设计的机器学习和智能决策系统,实现边缘计算的分布式多智能体技术的人工智能。

 

精彩吐槽环节:

张洋:一般船舶进入极地都需要破冰船开道,请问无人艇如何解决这个问题呢?就像您上面说的南极。

周健:看任务方向,我们的任务不是去破冰,是给南极做“B 超”,当然,“润滑油”是准备好了的。

张洋:无人艇目前云州是负责技术和研发,那制造这一块也是一起还是其他船厂做?

周健:社会进步的标志,是分工细化,当然需要全社会的资源支持,术业有专攻啊。当然,在制造方面,我们也有一些独门绝技。

张洋: 无人机已经很成熟了,无人车还在研究,那无人艇这一块有标准了吗?还有根据游艇和船舶标准呢?

周健:这又是我们骄傲的一块,去年我们拿到了CCS 的第一块 无人艇证书,我们的企标,正在逐步转化,和业界 各个方面,共同努力。

张洋:您说的CCS的第一块,那其他船级社可有证书呢?是不是硬性规定呢?目前国内军用无人艇还处于保密阶段,你们这样讲会不会不好呢?

周健:不一定。主要是任务性质和无人艇的尺度,目前还没有强制。军民融合,我们有分寸。


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