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直播回顾 | 溪流会客厅对话云洲智能唐梓力,一起解码无人船艇

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6月16日20:00,云洲智能海洋事业部唐梓力博士做客“溪流会客厅”,与资深海洋测绘专家溪流,共话海洋无人艇的发展现状与应用前景。


以下为对话原文:




访谈内容

溪流

     作为进入海洋无人艇行业多年的您,从最初的海洋无人船样机到今天以集群为代表的海洋无人船技术,您是如何看待海洋无人艇这一发展过程的?

唐梓力

     首先非常感谢奚总给我这样一个机会,来探讨关于海洋无人船艇,及海洋无人船艇在海洋测绘方面的一些应用,并与屏幕前的专家朋友们进行交流。实际上我进入这个海洋行业差不多10年左右,还是一个行业新兵,谈不上有太多深刻的观点,我只能说代表我个人说说我的一些思考和想法。

     实际上,无人船艇的起步是相对来讲是比较晚的,应该说我们国内的无人船艇真正应用是在2013年才开始,但当前发展迅速。从全球范围来看,海洋调查和海洋测绘无人艇正经历着前所未有的高速发展期,主要表现以下三个方面:

     一是无人艇发展的形式不同,不是由个别国家或者是个别团体在进行相关开发,而是在全世界范围内几乎同期铺开的,因为它的应用是得到了全世界的广泛认同;二是它的行业应用越来越细分,一开始我们集中在环保地表水采样这个领域应用,到后面应用不断在拓展、延伸,现在应用方向越来越细分;三是无人艇技术的迭代非常快,即使我们这样专注于无人艇产业的公司,除了自身企业的技术迭代和发展,行业内也会经常冷不丁会出现一些很新、很尖端的技术。

     从2014年开始,我们产品应用慢慢的进入了大家的视野,无人船艇也慢慢进入了国内的行业视野,当时主要是面向内陆的江湖湖库一些环保方面的应用。从发展时间轴上看,2014年到现在是2022年,它的应用拓展已经从单一应用发展到了目前有近20种的不同应用方向。

     即便是海洋科学与海洋工程技术,目前交叉学科发展迅速,分支学科也是越来越多。以海洋应用为例,某些特殊的物理海洋现象观测,还有一些极端恶劣天气的观测,都有很多新的技术手段出现。比如像我们中国的中科院大气物理所,还有美国的Saildrone公司,还有像爱尔兰的X ocean公司等等,针对这些需求,相关企业相继开发出了很多异形的船艇,来满足不同的客户需求。

     比如美国海洋无线公司,在业内率先采用无人船艇+AUV来做多船协同测量,进行水底地形的精细化扫测。同时由于AUV不能实时与水面进行通信,这时无人艇也可以用来做通信中继和水下定位支撑,这些需求会随着应用的深入而不断发展。另外,海洋无限公司最近推出一个叫阿曼达的无人探测舰队计划,预计是在未来5年内,有将近20艘这种不同尺度智能化的海洋科考船来组成一个科考团队,它能够成倍提升海洋测量的效率。

溪流

     感谢唐博士给我们详细介绍了海洋无人船艇发展的脉络,那么,请谈谈为什么在海洋测绘和海洋调查工作中需要采用无人船艇?

唐梓力

     作为海洋测量的老前辈,您应该说对各种各样海洋调查与海洋测绘的观测手段比较了解了,对此问题我尝试着去做一些解答,也请您给予补充。我觉得无人船艇应用于海洋调查和海洋测绘,至少有三个方面的必要性:

     一是作为解决复杂环境下作业的一种重要支撑手段,无人船艇可以克服比较差的气候条件和水文条件进行相关的测量。如在岛礁周边的礁盘上进行测量,礁盘内的水深一般较浅,周边地貌环境复杂,用传统技术手段来探测,难度是比较大。因为一般渔船作业吃水较深,从船只、设备和人员安全角度,无人艇就有很大的优势。在更复杂的海区,如网箱养殖区内,网箱本身就已占据了很多空间,加之网箱和网箱之间还有固定绳索,如果用小船在绳缆之间穿梭,外挂的螺旋桨很容易被绳缆拖挂。无人船艇就是一个较好的解决方法,它用导管桨动力方式,通过性非常好,不太容易被绳缆缠绕。我们经常给这类船起一个外号,叫会跳绳的无人船。在极地等环境恶劣区域,极端低温条件下,我们在第三十四次南极科考航次上采用了无人船艇在罗斯海上作业,解放了极端恶劣环境下作业对人可能带来的伤害。

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     二是无人艇可作为获取精确海洋数据的重要技术手段。比如我刚提到的,用水面艇和AUV的结合,可以得到更精细化的水深数据,同时也不牺牲对海底覆盖的宽度。

     三是无人艇可作为提升效率的支撑手段,特别是用多条无人艇与科考船同时作业,不仅成倍提升效率,也能成倍降低成本。

溪流


     唐博说的这几点我也非常认同,特别是我们以前在做滩涂测量的时候,无人艇发挥了非常大的作用。

王六丫

    溪流先生,我刚才在听你们的介绍中,反复提到了“海洋测绘”和“海洋调查”这两个词,作为行业的新兵,我想问问这两个词有什么区别?

溪流


     刚才唐博一直在谈海洋测绘与海洋调查两个概念,其实两者是有区别的。海洋测绘是对海洋地理空间的几何性质和物理性质进行测定和描述的应用型学科,比如海底地形测量,就属于地球几何场测量的一部分。所谓物理性质测定,是因为加了海洋磁力测量和海洋重力测量,不久前进行的神州十四号发射,它的飞行轨迹就需要海洋重力数据的支撑。早年海洋测绘是围绕船舶航行安全设计的,如要开辟20万吨级航道,需要知道其航道设计水深是多少,就需要海洋测绘的服务保障,包括航道区域水深与障碍物。

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图 | 云洲L25海洋调查无人船

     海洋调查与海洋测量的区别在哪里?区别在于海洋调查是利用各种仪器设备直接或间接对海洋的物理学、化学、生物学、地质学、地貌学、气象学及其他海洋状况进行调查研究的手段,以获取海洋环境要素和阐明其时、空分布及变化规律为目的。这里没有地理空间几何性质的测量,而着重于海洋环境要素的调查及时空分布规律的研究。

     当然,海洋测绘与海洋调查也有许多交叉的地方,比如地质地貌、水文测量等。以海流测验为例:如果工程内容是码头等水工建筑物,通过流速和流向测验来推算码头的方位轴线,就是海洋测绘的范畴;如果用于污染物扩散分析、地貌冲淤分析等,就属于海洋调查的范畴。所以,海洋调查与海洋测量的内涵既有区别,也有一定交叉,不能绝对而言只能相对而论。

溪流

     针对海洋测量与海洋调查方向,云洲智能匹配了哪些最新的无人艇平台,又有那些新的应用领域可以拓展?

唐梓力

     从奚总刚才的讲述中,我理解海洋测绘和海洋调查应该是你中有我、我中有你,可根据不同的服务对象、不同的目的和不同的范畴来做一些划分。对无人船艇在海洋测绘和海洋调查领域,刚才脑子里突然冒出一个画面,有点像我们往里水里边投了一颗石子,它的边界在不断扩大,一开始可能非常窄,随着时间发展在不断扩大、延展。

     我刚才给大家介绍几个我们比较新的一些应用方向,除了海洋测绘方向,实际上现在无人船艇在物理海洋观测等科学领域,慢慢也延伸出一些应用。比较典型的是我们于2018年曾参与过某国家重点研发计划项目,由中科院南海所牵头,我们珠海云洲也参与其中的一个子项,叫南海及临近海域的海气界面快速机动组网测定。为此,我们用了两艘无人艇搭载ADCP和可抛弃式的漂流浮标,来进行中尺度涡的测定,第一次实现从中尺度窝的中间向长轴两边的同步观测,应该说这是首次实现采用无人船艇得到各个方向物理参数的结果,这是一种新的应用。

     第二方面新的应用是海上风电场运维,主要就是采用无人船艇实现对海上风电场桩基的冲刷观测,及海缆的病灾检测。如果用传统手段来做可能会存在一些弊端,一方面,存在作业船舶与作业人员自身的安全隐患;另一方面,也因海流或波浪影响对海工设备撞击导致的安全隐患;再一方面,在水动力环境复杂的一些海区,可能测量精度也会相对弱一些。而采用无人船艇进行海上风电场运维,它得到的水下数据质量相对来讲会比同尺度的船只效果要好很多,用它做海缆观测其巡线精度也比较高,它可以准确地执行我们给它设定的任务和航线,并杜绝安全风险。这方面无人船艇有其天然优势,我们也有足够的技术和动力储备来应对海浪与海流的影响。

     第三方面新的应用是在海上石油行业。目前中海油已经实现了用无人船艇来支持在海油平台或平台群之间的一些应用。比如可以实现石油平台之间的小物资甚至是食品的转运,要是用一些较大型船舶去做这种转运的话,它的成本代价是非常高的。以送盒饭为例,如果用一艘大几十吨的船去送盒饭,我们开玩笑一盒盒饭的价格就要1000元以上,因为船用油耗很高,而小型无人船艇就可以节省这方面的成本。

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     这类新的业务领域在慢慢拓展,像做海底管线的路由调查或现状调查,海上溢油的监视监测,安防巡检等这类辅助功能,无人船艇一定会有很好的前景。

唐梓力

     不久前我看到溪流平台发表了一幅漫画,从外太空到海底1万米的感知平台与传感器。就当前海洋感知平台与海洋传感器,用于海洋测绘领域大概有哪些,能不能给网友们介绍一下?

溪流

     我们前段时间创作这幅漫画的主要目的,一是锻炼一下我们队伍;二是对感知平台与传感器分布,其实业界许多人的认识也肯定不够全面,我希望能科普宣传一下,这是我们的初衷。这里我们征求了一些专家学者的意见,也包括了一些产业人士。

     从遥感平台到临空飞行器到无人机及搭载的激光雷达,再到陆基监测设备、水面感知平台与传感器,水下感知平台和传感器也不少,旨在让更多的人认识海洋并经略海洋。在这里,无人船艇作为海洋感知平台也发挥了很大的作用,可以起到各平台之间中继的作用。

唐梓力


     听了您的介绍,关于平台与载荷我想做一些延伸交流。其实水面无人船艇是很天然的可以沟通从空基到潜基不同平台之间的载体,对潜基可以做水下通信与水下定位中继,对空基可以做通讯中继。从外太空到海底1万米之间的很多载荷,其实也可以集成在水面无人平台上,来实现其他方向的应用需求,它其实是一个链接空、天、海、潜协同一体化作业的公共平台。

     您在刚才讲的过程中,我也在思考平台与载荷的逻辑关系。现在的无人船艇可能越来越像一个系统解决方案供应商,可以围绕载荷服务平台去做一些相关设计。比如下图这款无人艇船模,就是比较典型的可以服务于不同应用和载荷的一个平台,首先看到这类产品的朋友,可能觉得它比较奇怪,奇怪就正常了,因为它本身就不是一个传统意义上的无人船艇,它是一个双体船,而且它要搭载很多不同的传感器,所以有很多针对性的设计。

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     这艘船现在应用于海洋调查和海洋测绘,是主力型号的船型尺度。我们可以围绕它的功能、目标及载荷进行设计,吨位可以满载到近三吨,载荷能力可以达到500公斤。首先它搭载能力非常丰富,因为它有比较宽的后甲板;其次水下开的月池尺度也是比较大的;再次它上面有搭载水下声学设备所必须的一些升降装置,还有拖曳装置,比如磁力仪拖鱼,等等。有了这些针对性的设计,其实它的核心还是围绕载荷的作业环境来设计。

     大家从正面看到,有一个双体船设计的直立式槽道,内部槽道是直立式的,竖直于海底方向,这样它在航行过程中所产生的气泡水花,基本上都是通过外延导走的,槽道里边不会产生气泡水花,这样的话,就给我们声学设备提供了一个非常良好的应用环境。另外,船型设计的创新点还在声学设备安装处的槽道非常浅,也就是说声学设备的入水深度可以非常深,这就比常规船舶又多了一个优势。由于这个船的独特设计,在较高海况下,其横摇的幅度和频率相对来讲是比较低的,也为声学载荷提供了良好的作业环境。

溪流

     近日全球首艘智能型无人系统母船“珠海云”在广州下水,那么,对于海洋立体组网观测,无人艇将在未来承担起什么样的作用?

唐梓力

     刚才提到的全国首艘智能型无人系统科考船母船,具有非常先进的设计理念,敢于独辟蹊径、大胆创新。一是它的智能化,可以通过船员或通过遥控来进行自动驾驶;二是它本身具有丰富的搭载其他无人平台能力,搭载各类载荷和布放回收的能力,目前部署可以搭载46艘不同型号的无人船艇、其他水下潜器及无人机,可以面向各类应用。

     这艘母船上所搭载的这些平台,可以构建一个智能敏捷海洋立体观测系统。由无人化的水面平台、水下平台和空中平台共同组成,构建一个系统,能解决很多可能之前没法解决一些科学和工程方面的问题。比如像次中尺度涡,通过卫星能观测到有可能发生的一些区域,而这个系统可以快速抵达现场,展开多维度立体观测,并进行实时同步观测。

     现在母船已经下水,所搭载的无人船和其他的一些载荷,目前我们也在利用这套已经成熟的系统,搭载多波束测深仪,进行大区域全覆盖水下地形测量,高效、机动、快速是它的显著优势。

     关于无人船艇的集群化作业,我们有过实践,曾采用64艘1.6米尺度的无人船来做集群的方面演练,见下图。

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溪流

     目前无人舰艇的发展可以用“方兴未艾”一词来形容,您对无人艇产业未来发展有什么期待? 

唐梓力

     这个话题很大,我只能谈点个人的浅见。首先,无人艇艇产业发展未来肯定是前景广阔的,有一些明显的发展趋势,比如智能船舶,在法律法规和技术的双重支撑下,应该说已经提上日程,交通部、船级社过去两年相继发布了智能船舶发展行动计划,编制了自主船舶的试航导则,离智能船舶的应用阶段已经越来越近了;其次,在双重支撑下,可以预见有越来越多的智能科考船会投入到我们的海洋调查和海洋测绘工作中,“珠海云”无人系统科考船母船就是很好的例子,也开了一个时代先河;再次,未来的无人船艇设计开发会越来越紧密围绕应用需求来设计,以需求为导向,紧密围绕功能、使命、目的和它的载荷进行设计和建造,成为不可否认的一个发展潮流;最后,无人艇艇产业未来将发展成为智能体,把不同的智能体组合起来,从智能体向着智能群体,再向着群体智能这个趋势去发展,这是我的个人判断与猜想。

溪流


     非常感谢唐博士做客溪流会客厅,也很荣幸与您交流,让大家全面了解无人船艇。把溪流会客厅打造成既有文化气息又有科技内涵,是我的期待,相信也是广大网友们的期待。今天我们总体上达成了愿望,当然最终的评价在网友们心中,再次感谢您,也感谢各位的支持!


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