“人知道的,‘智飛’號(hào)都知道”
【創(chuàng)新故事】
3海里外,“智飛”號(hào)迎面駛來(lái)。
“不會(huì)真撞上來(lái)吧?”靶船上,記者不禁捏了把汗。
同行的十多位船舶行業(yè)專家、院士,也都緊盯著它——我國(guó)首艘自主航行300TEU(標(biāo)準(zhǔn)箱)集裝箱船的一舉一動(dòng)。
2海里、1.5海里、1海里……“轉(zhuǎn)向了!”大家齊聲歡呼。
沒有人操控,“智飛”號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)向,從靶船左舷安全駛過(guò)。
這是不久前發(fā)生在山東青島鰲山灣畔的一幕。作為全球最大的實(shí)現(xiàn)常規(guī)商業(yè)運(yùn)行的智能船舶,“智飛”號(hào)在這里完成了階段性成果演示。
“此前,它已連續(xù)運(yùn)行近兩年,往返于青島港至董家口港區(qū),累計(jì)航次近600次。”中國(guó)航海學(xué)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)張寶晨1月18日告訴科技日?qǐng)?bào)記者,這一成績(jī)?cè)谥悄芎竭\(yùn)領(lǐng)域無(wú)出其右,標(biāo)志著我國(guó)在船舶自主航行研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域走在世界前列。
打通數(shù)據(jù)堵點(diǎn),讓“大腦”更聰明
總長(zhǎng)110米、型寬15米、8000噸排水量,雖然是集裝箱船里的“小弟”,但與汽車相比,“智飛”號(hào)依然是龐然大物。
體積越大,操控越難,船長(zhǎng)的預(yù)判能力越重要。
要想讓“智飛”號(hào)智能駕駛系統(tǒng)成為一位經(jīng)驗(yàn)豐富的“船長(zhǎng)”,就需要將視覺感知、障礙識(shí)別、安全操控等技術(shù)融合至系統(tǒng)內(nèi),并不斷積累各類障礙、各級(jí)海況、各種場(chǎng)景等數(shù)據(jù),來(lái)訓(xùn)練、驗(yàn)證、迭代系統(tǒng)。
“研發(fā)船用智能駕駛系統(tǒng)是‘無(wú)人區(qū)’,國(guó)內(nèi)國(guó)外均無(wú)經(jīng)驗(yàn)可循?!必?fù)責(zé)研制該船的智慧航海(青島)科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“智航科技”)感知研發(fā)部部長(zhǎng)高杰介紹,在大家千方百計(jì)完成系統(tǒng)研發(fā)時(shí),數(shù)據(jù)卻出了問(wèn)題。
“智飛”號(hào)最初選擇的是一家知名的國(guó)外雷達(dá)品牌。但意想不到的是,該雷達(dá)數(shù)據(jù)接口不對(duì)用戶開放,數(shù)據(jù)無(wú)法輸出。沒有數(shù)據(jù),智能駕駛系統(tǒng)應(yīng)用無(wú)從談起。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)又與多家國(guó)外品牌溝通,均無(wú)功而返,只能回過(guò)頭來(lái)在國(guó)內(nèi)找。他們先后找了七八家雷達(dá)企業(yè),卻沒有一家滿足要求。
怎么辦?只能與相關(guān)企業(yè)一起研制改進(jìn)現(xiàn)有雷達(dá)。
換用國(guó)產(chǎn)雷達(dá)之初的挫敗感,高杰記憶猶新:“船長(zhǎng)直接說(shuō)數(shù)據(jù)不能用。海上明明什么也沒有,雷達(dá)卻檢測(cè)出很多目標(biāo),浪大一點(diǎn)都被當(dāng)作障礙物?!?/p>
隨后的一年多時(shí)間里,研發(fā)團(tuán)隊(duì)與雷達(dá)企業(yè)技術(shù)人員吃住在一起,通過(guò)不斷海試實(shí)測(cè)與設(shè)備參數(shù)調(diào)整,提升數(shù)據(jù)的有效性。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤,在雷達(dá)信號(hào)受到干擾或遮擋時(shí),船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)“補(bǔ)位”報(bào)告目標(biāo)位置數(shù)據(jù);在雷達(dá)難以分辨疑似目標(biāo)時(shí),船載攝像頭自動(dòng)調(diào)整角度和視野補(bǔ)充信息。
“團(tuán)隊(duì)還專門開發(fā)出波浪主動(dòng)抑制系列算法,清洗掉因自身誤差或電磁干擾產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)據(jù),彌補(bǔ)雷達(dá)測(cè)量精度的不足?!备呓芨嬖V記者,“總之,一切努力都是為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)——人知道的,‘智飛’號(hào)都知道?!?/p>
隨著設(shè)備的不斷優(yōu)化更新,輸送給智能駕駛系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量越來(lái)越高,“智飛”號(hào)的“大腦”也變得越來(lái)越聰明。
自主選擇鏈路,多線“牽牢”信號(hào)
長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,智能駕駛還要與航運(yùn)保障、海事監(jiān)管、碼頭裝卸等環(huán)節(jié)聯(lián)動(dòng),才能整體提升航運(yùn)的效率和水平。
而實(shí)現(xiàn)這一切的前提是可靠通信。通信不可靠,就談不上智能駕駛,更不用說(shuō)船岸協(xié)同。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),由于海洋環(huán)境的特殊性,無(wú)論是采用航路沿岸4G/5G通信還是衛(wèi)星通信,任何單一方式都無(wú)法避免信號(hào)丟失。
信號(hào)丟失意味著失聯(lián),自主航行船舶將面臨風(fēng)險(xiǎn)。
智航科技副總經(jīng)理?xiàng)钭趥ゴ虮确降溃骸熬拖衲阍谝苿?dòng)的汽車?yán)锎螂娫挘恢挥X間已有多個(gè)基站不間斷為你服務(wù)。但是這在移動(dòng)的船上很難做到,因?yàn)殡娦胚\(yùn)營(yíng)商在近岸的基站覆蓋存在很多盲區(qū),基站切換時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)延遲、中斷、丟失?!?/p>
電信、移動(dòng)、聯(lián)通三家運(yùn)營(yíng)商相繼被引入,和團(tuán)隊(duì)一起完善基站覆蓋、調(diào)整天線朝向、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)信號(hào),確保航路每一處都在某家運(yùn)營(yíng)商基站的“管轄范圍”。
運(yùn)營(yíng)商先后派人隨船進(jìn)行信號(hào)測(cè)試。無(wú)論嚴(yán)冬酷暑、狂風(fēng)暴雨、白天黑夜,都有人堅(jiān)守在船上。冬天穿兩層羽絨服,夏天光著胳膊,風(fēng)浪大時(shí)緊貼舷窗……
有的測(cè)試工程師擔(dān)心被晃吐,干脆不吃早飯,一天測(cè)試下來(lái),因?yàn)榈脱腔璧乖诖稀?/p>
歷時(shí)近四年,技術(shù)人員不斷嘗試整合各種通信方式,尋找通信鏈路數(shù)據(jù)量、資費(fèi)的最優(yōu)配比。
大家一步步試出最終的融合通信方案:在船端配備多套4G/5G終端設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備,配備不同運(yùn)營(yíng)商流量卡4張,衛(wèi)星系統(tǒng)采用亞太衛(wèi)星和鑫諾衛(wèi)星的組合,配以不同流量的套餐。
實(shí)際航行中,“智飛”號(hào)根據(jù)情況自主切換不同通信鏈路?!熬拖衿噷?dǎo)航規(guī)劃路線時(shí),遇到擁堵會(huì)推薦新路線,但需要人點(diǎn)一下?!秋w’號(hào)才會(huì)自主選擇最佳鏈路?!睏钭趥ソ榻B。
以前,每當(dāng)“智飛”號(hào)進(jìn)入“信號(hào)黑洞”,船上警報(bào)不斷。融合通信方案落地后,警報(bào)聲再未響起。如同飛機(jī)起飛和落地,“靠離泊”是安全航行的最重要環(huán)節(jié)。依靠穩(wěn)定、高效的信號(hào)保障,現(xiàn)在船舶十分鐘左右就可自動(dòng)“停車入庫(kù)”或啟動(dòng)出港。
突破電池技術(shù),探索綠色航運(yùn)
綠色低碳轉(zhuǎn)型,是航運(yùn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,就好比電動(dòng)車替代燃油車一樣?!爸秋w”號(hào)大膽地邁出了這一步。
“使用純電推進(jìn)具有多重優(yōu)勢(shì),尤其是在船舶智能化方面?!敝呛娇萍几笨偨?jīng)理朱慎超介紹,純電可進(jìn)一步縮短設(shè)備響應(yīng)時(shí)間,提高船舶控制精度,對(duì)智能駕駛意義重大。
船用電池充電模式主要有兩種。一種是利用碼頭電源充電,即船舶??吭诖a頭進(jìn)行客貨裝載時(shí)完成充電,這需要改造碼頭;另一種是利用船上發(fā)電機(jī)充電,既靈活方便,又可以邊航行邊回收多余電能。
從便利角度出發(fā),研發(fā)團(tuán)隊(duì)首選了后一種方案,聯(lián)合電池企業(yè)重點(diǎn)攻關(guān)滿足該方案需求的電池技術(shù)。
內(nèi)阻大、散熱難是動(dòng)力電池普遍面臨的技術(shù)難點(diǎn),團(tuán)隊(duì)首先從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手加以解決。朱慎超告訴記者:“常見的電池多是方形疊片結(jié)構(gòu),我們通過(guò)采用圓柱形卷繞結(jié)構(gòu)有效破解了這些難點(diǎn)?!?/p>
給電池?cái)U(kuò)容是另外一個(gè)難點(diǎn)。
反復(fù)試驗(yàn)、不斷調(diào)配、優(yōu)化再優(yōu)化,最終團(tuán)隊(duì)找到了“獨(dú)家秘方”——通過(guò)電池正負(fù)極材料、電解液、隔膜等原材料的合適配比,將電池單體容量提升至80安時(shí)和90安時(shí),遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的50安時(shí)。
“僅此一項(xiàng),預(yù)計(jì)一天可為‘智飛’號(hào)節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本一萬(wàn)元?!敝焐鞒f(shuō),團(tuán)隊(duì)還首創(chuàng)出18道鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)工藝。通過(guò)簡(jiǎn)化工藝流程,電池的生產(chǎn)效率提高至一般圓柱形電池的3—4倍,質(zhì)量控制水平也大幅提升,成為國(guó)內(nèi)唯一一家通過(guò)德國(guó)萊茵TüV認(rèn)證的圓柱形電池。
“黨的二十大報(bào)告明確提出,加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)?!睆垖毘肯蛴浾弑硎荆爸悄芑?、綠色化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì),也是當(dāng)今國(guó)際海事技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。‘智飛’號(hào)的智能化、綠色化創(chuàng)新實(shí)踐,將助推中國(guó)智能船舶乘風(fēng)破浪、向海圖強(qiáng)!”(記者 崔 爽)
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