几年前,在上海大学的校园里,师生们经常会看到一辆“无人驾驶”的17座白色依维柯满载成员和设备,清早出发、傍晚归来。因身材娇小,坐在驾驶员位置上的谢少荣很不显眼,常被同事开玩笑:“这车咋自己在动?还以为无人驾驶呢!”
谢少荣教授是上海大学无人艇工程研究院院长、同事眼中的“女汉子”,她领衔完成了“复杂岛礁水域无人自主测量关键技术及装备”项目,成为我国领海数十万平方公里、深度5米内岛礁海域测量至关重要的高技术装备,荣获2016年度国家技术发明奖二等奖。
“研发工作中,男女科学家其实是一样的,这次获奖的团队里共六个主要研发人,除了我之外还有两位‘女汉子’。”2017年1月7日,《瞭望》新闻周刊记者见到了从上海风尘仆仆赶来北京领奖的谢少荣,“这次获奖是对我们最大的鼓励。”在经历了长期的科研攻关后,国家技术发明奖二等奖的荣耀,正激励谢少荣团队投入到新征程中。
研制国内首艘无人测量艇
2014年10月,中国第三十一次南极科考队起航出发,中国极地研究中心科考船“雪龙号”上搭载着一艘长约8.5米的无人艇,这就是谢少荣团队联合东海航海保障中心和青岛北海船舶重工有限公司研制的“精海2号”无人艇,该艇探明了南极罗斯海域12平方公里水域下地形,并制作了1:5000的大比例尺海图。
“精海2号”是谢少荣团队研制的第二个型号。谈起从2009年开始耗费三年时间研制成功的国内第一艘海洋无人测量艇,谢少荣感慨良多。
无人艇是无人系统“新兵”,“无人艇除了利用机器人的共性技术外,还要精准跟踪控制、测量准、能自己避开障碍物,还能自己回得来。”谢少荣介绍说,美国在2007年才发布《海军无人水面艇主计划》。我们没有可借鉴的模式,需要自己攻克无人艇在岛礁紊乱水流、海洋噪声、水下暗礁情况下正常工作的难题。
“我和上海大学龚振邦教授、上海海事测绘中心测量队队长张良反复研讨并率先提出研制我国首艘具有吃水浅、自主航行、自主避障、自主测量等特点的海洋无人测量艇。”
在已有技术储备基础上,谢少荣团队自筹资金展开了科研攻关。
“海试时,出海面对各种风险。海面反光、紫外线照在人脸上,男孩子做面膜都没有用,人被晒得黑黑的,中午就在码头边上吃盒饭。”团队成员蒲华燕副教授说,“碰到难题时,大家一起讨论解决办法,出海调试回来,还经常研究到深夜。”
在不懈努力下,谢少荣团队突破多项关键技术,研制成功吃水仅0.35米的无人自主测量艇。在航迹精准跟踪控制方面,他们发明了主动抗扰等控制方法,实现3级海况误差小于2米的高精度跟踪,优于国际航道一级测量规范要求。
在避障控制方面,构建了多层—多采样率空时复合立体组合避障系统;针对高虚警率问题,发明了空/时域联合概率密度障碍检测方法;针对冰山及暗礁遍布、动态船只突现等复杂海况,发明了附加矢量碰撞锥推演和不确定集约束避障导航方法,航速18节时,无人艇最小安全距离为40米,避障时间为6秒,相同条件下将当前国际避障所需安全距离缩短46%。
“2013年2月到3月,‘精海1号’参加了中国海事局的联合巡航,对南海诸岛礁海域进行测量,成为首艘装备于中国海事局海巡船的无人艇。”谢少荣自豪地说。
2015年“精海3号”无人艇装备于国家海洋局海监船,对东海岛礁和近海浅水域等水下地形地貌、水文进行探测和自主航道测量。“精海4号”无人艇则用于内河湖泊环保、水利、生态监测。
“目前从事无人艇相关研究的高校、研究所、企业不下30家,去年9月份,‘精海3号’跟随国家海洋局去了南海,与另外一家机构生产的无人艇进行了技术竞技,‘精海3号’圆满完成了各项任务,在4级海况实现了航迹偏差小于2米的高精度跟踪,达到国际航道特级测量规范的要求。”有了总体的基础,“精海”系列无人艇可以针对不同领域用户按需定制,谢少荣对团队掌握的过硬技术充满信心。
技术过硬源于长期积累
谢少荣带队研发的“精海”系列无人艇能够在海图测量中大显身手,与该团队长期的科研积累紧密相关。
2001年谢少荣进入上海大学博士后流动站,师从龚振邦教授,从事特种机器人研究,2003年出站后留校任教,并加入机器人团队参加研制水下机器人。2010年我国举办首届(上海)世博会,这为谢少荣提供了登上更广阔舞台的机会。
“上海世博会跨一条内河水域而建,在世博会历史上是一次大胆的创举,也是黄浦江水域水下安全监测监控技术冲击国际首创和领先水平的一次挑战。”谢少荣回忆道。
世博园区水域航道宽度窄,船舶密度高,游览船、过江轮渡等船舶往返黄浦江两岸,如何在长达184天的时间内保障世博园区水域安全,是世博会安保要解决的一大难题。
“2009年2月份世博会进行水下安全监测监控项目国际招标,3月份我们的多功能扫测艇项目中标,从那时开始到2010年1月5日研制完成,到4月27日完成了联调联试并移交给上海市水上公安局,5月1日世博会开幕,扫测艇正式服役。”这一段紧张的