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带你探索藏在松山湖中的全自主无人艇

来源: 广东华中科技大学工业技术研究院 发布时间:2018-5-8 阅读:

 

前言

 

全自主无人艇(unmanned surface vessel,简称USV)是一种能够实现自主路径规划、自主航行,并且可以采用自主方式完成环境信息感知、目标探测等各项任务的无人水面艇,属于智能机器人的一种。全自主无人艇可以执行多种战争和非战争军事任务,如海洋反潜、猎雷、海洋军情监视与侦察、电子信息战和通讯中继等。全自主无人艇除了军事用途外,也可应用于油气资源勘探、渔业资源勘探、海洋海关执法监控等多个非军事领域。

 

1月20日,在松木山水库无人艇码头处,散落在湖面的5艘无人艇快速实现从无序到有序的编队,又从“十”字型编队迅速切换成了“一”字编队。发现可疑目标后,自发切换成圆形编队,对目标实施围捕。这是广东华中科技大学工业技术研究院(以下简称“工研院”)自主研发的全自主无人艇首航仪式,该事件被中国国防部官网报道。

 

结缘工研院,做畅游松湖的无人艇

2014年,华中科技大学船舶与海洋工程研究院院长朱英富院士(中国航空母舰“辽宁”舰总设计师)提出了研发全自主无人艇及其编队装备、打破国外技术垄断、抢占技术至高点的构想。经朱院士与自动化学院骨干教师座谈,探索开展无人艇研究的可行性后,确定着手研发无人艇。然而,却遭遇了缺少项目、没有经费与场地等困境,一度进展缓慢。

一直以来,工研院积极推动高校科技成果转化与技术转移,并已成功转化五十余项科技成果2014年,自动化学院学术骨干及系所负责人一行三十余人到东莞考察工研院,了解到广东省濒临南海,在海洋装备制造领域占有很大的优势,然而企业的研发和创新能力薄弱、大而不强。在工研院院长邵新宇的积极推动下,工研院与无人艇项目成员一拍即合,达成了合作意向。2015年12月12日,广东省全自主无人艇关键技术研究创新团队(以下简称“无人艇团队”)正式启动,落户东莞松山湖。这是珠江人才计划引进第五批206个创新创业团队和领军人才专项之一,也标志着东莞在无人技术产业的一大突破。

  • huster-68无人艇

 

团队博采众长,10人有9人获评特色人才

自动化学院整合了计算机视觉、计算智能、群体智能、运动控制、电力电子等多个优势学科方向的教师,形成了一支由“千人计划”“杰青”“长江学者”“万人领军”“优青““青拔”等高层次人才组成的创新团队。团队核心成员共10人,其中9人获批东莞特色人才。

由于无人艇项目具有较强的学科交叉性,既有理论方法问题需要突破,又有工程技术问题需要解决。因此,分研究方向模块构建团队成员,并且成员涵盖了理论研究和应用研究多方面人才。例如 “辽宁舰”总设计师朱英富院士担任团队总顾问负责总体系统设计和实现优势,为无人艇船体设计、制造、动力总成以及应用试验提供技术支撑。神经网络动力学模型的开创者之一的王钧教授担任团队带头人并主导路径规划与自主控制系统研究等。

  • 无人艇团队成员

 

技术难点逐一攻克,功能布局完善

自动化学院在多源环境感知与智能控制领域深耕近20年,自动化学科的沉淀加之航母专家朱英富院士的指导,短短2年的时间,团队一一攻克多个技术难点。

第一个技术挑战是要给全自主无人艇装上一双敏锐的“眼睛”。由于海面环境复杂,水雾及颠簸会导致图像退化、视频抖动等问题,且无人艇体积小,速度快会造成看不清、识别慢的后果。因此无人艇的“眼睛”需要做到“火眼金睛、眼观六路”,团队运用高效的智能化环境感知技术,使无人艇在航行过程中实现 “特征提取稳准狠,目标识别精快灵”等特点。

第二个技术挑战是要给全自主无人艇装上一个聪明的“大脑”。无人艇在海面运行时,时常会遇到风浪流的干扰、动态变化障碍和各种危险的存在,无人艇团队运用风浪流强干扰下的非线性和鲁棒性控制技术,给无人艇装上了一个能控制船身“四平八稳、进退自如”的“大脑”。

第三个技术挑战是让无人艇学会“团队协助”。多艇出动时环境杂、约束多,此外还有通讯易间断、通信网络失联等问题。多约束和间断通讯下的自组织协同技术让无人艇具有协同控制的一致性、队形调控的顺应性等特点。于是,无人艇拥有“灵活机动、通力合作”的“良好品质”。 

 

  • 无人艇编队

 

中国工程院院士李培根教授曾寄语“希望自动化学院做一些能留下痕迹的东西。”如今,无人艇团队实现了以学院为主,多学科方向交叉,多个专业方向的融合。先后克服了无人艇“看不清”“识别慢”“走不直”“颠簸大”“易掉队”等技术难题,实现了在复杂水域环境场景解析与目标实时识别、无人艇智能控制、自主导航与避障、无人艇机构综合、无人艇编队构型调控技术和无人艇群集协同作业等突破性进展,还成功研发了HUSTER-12、HUSTER-12s、HUSTER-68等型号的无人艇。这些研究成果对于提高我国海洋装备制造水平,实现蓝海战略具有重大意义。科学技术是第一生产力,科研创新成果形成生产力的一个关键环节就是要把成果转化成为产品,实现产业化。据悉,无人艇团队将于今年组建产业化公司,走向市场。展望未来,随着水面无人艇智能化和自主化程度提高,可协调空中无人机、地面无人车、水下无人艇,共同组成“无人海洋系统”,在海岸设施的监管、海洋探测、海洋生物栖息环境监测等方面开展协同作业,同时也可在有效打击海盗、恐怖行动、海上走私等犯罪行动上形成合力。


通讯员:黄丽华