【創(chuàng)新故事】

　　3海里外，“智飛”號迎面駛來。

　　“不會真撞上來吧？”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——我國首艘自主航行300TEU（標(biāo)準(zhǔn)箱）集裝箱船的一舉一動。

　　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”號自動轉(zhuǎn)向，從靶船左舷安全駛過。

　　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。”中國航海學(xué)會常務(wù)副理事長張寶晨1月18日告訴科技日報(bào)記者，這一成績在智能航運(yùn)領(lǐng)域無出其右，標(biāo)志著我國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”號依然是龐然大物。

　　體積越大，操控越難，船長的預(yù)判能力越重要。

　　要想讓“智飛”號智能駕駛系統(tǒng)成為一位經(jīng)驗(yàn)豐富的“船長”，就需要將視覺感知、障礙識別、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、各級海況、各種場景等數(shù)據(jù)，來訓(xùn)練、驗(yàn)證、迭代系統(tǒng)。

　　“研發(fā)船用智能駕駛系統(tǒng)是‘無人區(qū)’，國內(nèi)國外均無經(jīng)驗(yàn)可循。”負(fù)責(zé)研制該船的智慧航海（青島）科技有限公司（以下簡稱“智航科技”）感知研發(fā)部部長高杰介紹，在大家千方百計(jì)完成系統(tǒng)研發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)卻出了問題。

　　“智飛”號最初選擇的是一家知名的國外雷達(dá)品牌。但意想不到的是，該雷達(dá)數(shù)據(jù)接口不對用戶開放，數(shù)據(jù)無法輸出。沒有數(shù)據(jù)，智能駕駛系統(tǒng)應(yīng)用無從談起。

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)又與多家國外品牌溝通，均無功而返，只能回過頭來在國內(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)。

　　換用國產(chǎn)雷達(dá)之初的挫敗感，高杰記憶猶新：“船長直接說數(shù)據(jù)不能用。海上明明什么也沒有，雷達(dá)卻檢測出很多目標(biāo)，浪大一點(diǎn)都被當(dāng)作障礙物。”

　　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，通過不斷海試實(shí)測與設(shè)備參數(shù)調(diào)整，提升數(shù)據(jù)的有效性。

　　為了實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤，在雷達(dá)信號受到干擾或遮擋時(shí)，船舶自動識別系統(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)測量精度的不足。”高杰告訴記者，“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’號都知道。”

　　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)量越來越高，“智飛”號的“大腦”也變得越來越聰明。

　　自主選擇鏈路，多線“牽牢”信號

　　長遠(yuǎn)來看，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，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，任何單一方式都無法避免信號丟失。

　　信號丟失意味著失聯(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拥钠嚴(yán)锎螂娫挘恢挥X間已有多個(gè)基站不間斷為你服務(wù)。但是這在移動的船上很難做到，因?yàn)殡娦胚\(yùn)營商在近岸的基站覆蓋存在很多盲區(qū)，基站切換時(shí)會出現(xiàn)信號延遲、中斷、丟失。”

　　電信、移動、聯(lián)通三家運(yùn)營商相繼被引入，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，確保航路每一處都在某家運(yùn)營商基站的“管轄范圍”。

　　運(yùn)營商先后派人隨船進(jìn)行信號測試。無論嚴(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……

　　有的測試工程師擔(dān)心被晃吐，干脆不吃早飯，一天測試下來，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”號根據(jù)情況自主切換不同通信鏈路。“就像汽車導(dǎo)航規(guī)劃路線時(shí)，遇到擁堵會推薦新路線，但需要人點(diǎn)一下。‘智飛’號才會自主選擇最佳鏈路。”楊宗偉介紹。

　　以前，每當(dāng)“智飛”號進(jìn)入“信號黑洞”，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、高效的信號保障，現(xiàn)在船舶十分鐘左右就可自動“停車入庫”或啟動出港。

　　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，就好比電動車替代燃油車一樣。“智飛”號大膽地邁出了這一步。

　　“使用純電推進(jìn)具有多重優(yōu)勢，尤其是在船舶智能化方面。”智航科技副總經(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，即船舶停靠在碼頭進(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)，我們通過采用圓柱形卷繞結(jié)構(gòu)有效破解了這些難點(diǎn)。”

　　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’號節(jié)約運(yùn)營成本一萬元。”朱慎超說，團(tuán)隊(duì)還首創(chuàng)出18道鋰離子動力電池生產(chǎn)工藝。通過簡化工藝流程，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，成為國內(nèi)唯一一家通過德國萊茵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。”張寶晨向記者表示，“智能化、綠色化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢，也是當(dāng)今國際海事技術(shù)的競爭焦點(diǎn)。‘智飛’號的智能化、綠色化創(chuàng)新實(shí)踐，將助推中國智能船舶乘風(fēng)破浪、向海圖強(qiáng)！”（記者 崔 爽）