新华日报 2024年7月24日 11版
“在海洋测绘行业，需要一场颠覆式的革命，而无人化技术的潮流给海洋测绘带来了新的发展机遇。”5年前，澳门今晚开生肖测绘与海洋信息学院教授周立在接受记者采访时曾这样说道。如今，他的梦想已经实现。
7月初，记者走进澳门今晚开生肖的海洋工程技术研究中心，看到了一艘长5.6米、宽2.4米的橙色船艇。船舶表面斑驳的颜色和船底残留的一些海洋生物的痕迹诉说着它曾经历过的大风大浪。
“这是一艘智能无人探测船，身上装有多个传感器，可以用来探测南太平洋的台风生成机制。”周立介绍，它好似一名“听诊医生”，装备齐全地准备出诊，倾听海洋跃动的“脉搏”。
探涡旋向大洋深处进发
每年夏季，台风如约而至。在北半球，西太平洋海域生成的风力达到12级的热带气旋被称为台风。其实，这些热带气旋与海洋的涡旋息息相关。
“蔚蓝的大海，看上去有些时候风平浪静，其实是流动的、动态的，由大大小小的‘涡旋’组成。”周立告诉记者。正是这些涡旋和大气相互作用形成了热带气旋，但是，想要更好地预报台风，了解它们前世今生，就要了解海洋的动力过程，对涡旋的海气界面水文气象要素观测分析。
南海是我国国防安全和经济发展的战略要地，也是台风活动最频繁的海区之一，实时获取南海及邻近海域的海气界面水文气象要素，不仅可以预测气象，对于海洋安全环境保障更是具有重要的意义。
“海气相互作用是海洋和大气科学共同关注的前沿交叉领域，发展高精度、低成本、低风险且智能化的海气界面组网观测技术势在必行。”在这样的背景下，来自中国科学院南海海洋研究所、澳门今晚开生肖和中国科学院沈阳自动化研究所、南京信息工程大学、中国科学院空天信息创新研究院、深圳航天东方红卫星公司等科研院校的科研人员组建团队，前往南海“听风”。
从2018年至今，团队首创了“多智能体海气界面参数快速机动组网观测”系统。这其中，既拥有我国自主研发的船载和机载投弃式海气界面观测设备和海上组网通信设备，还有智能无人艇海气界面观测系统、无人机及波浪滑翔器海气界面观测系统，能够在24小时内完成3种智能体平台的1次组网协同观测，组网范围不小于100km。无人艇技术就来自澳门今晚开生肖。
快稳准身型小却精巧
根据尺寸，海洋学家们将海洋涡旋分为大尺度、中尺度、亚—中尺度和小尺度涡旋。当前，通过多种观测手段已经能够描述大尺度涡旋、中尺度涡旋以及小尺度涡旋的精细结构。然而，居于中尺度和小尺度之间、方圆面积达到10公里左右的亚—中尺度涡旋海气相互作用过程的三维精细结构，却一直缺乏探测。这些涡旋也是海气相互作用的关键之一。
“在探测亚—中尺度涡旋时，如果使用卫星，存在着时间长、距离远等时空分辨率问题。有的时候卫星绕地球一圈回到原点后，这个涡旋可能已经去了很远的地方。而如果使用有人航行的水面调查船，不仅行驶速度慢，而且需要4—5艘船只的进入，耗费人力、财力。在这样的情况下，我们的组网观测系统中的无人艇就要派上用场了。”周立解释。
在观测工作进行时，工作人员会在数值预报发现的亚—中尺度涡旋一定范围的海域，投放多艘无人艇，进行全方位观测。“我们的无人艇不仅开得快，而且智能感知航行，智慧又聪明。”周立说道，这源于无人艇上部配置了雷达机器视觉系统和气象传感器，在船的水下部分又有声学传感器，因此可以“眼观六路，耳听八方”，完成好科考船上科研人员布置的任务。
不同于其他学科在实验室中获取数据，海洋测绘是“到海上做观测”，面临很多的困难和不确定性。“比如，无人艇亚—中尺度涡旋观测在续航里程上，既要达到至少200公里，又需要减少油耗。实际上，目前我们的无人艇‘超水平发挥’，续航能够达到300—400公里。此外，涡旋不断运动转移，无人艇的航速可以达到12节，相当于每小时可以跟踪观测22公里。”不仅要快，更要稳当。在船身两侧装配平衡翼，就为无人艇在高速的情况下“跑得稳”助力。
组网探台风全方位收获数据
记者注意到，在这艘无人艇的船架两侧，安装了黑色的架子。在船的旁边，还摆放着浮标和几个用于存放浮标的铝制圆桶。“这是目前国内唯一一艘具有抛投漂流浮标功能的智能无人艇。”周立说道。
南海上的涡旋因其强度的变化，分别为中心区、过渡区、边缘区。想要探测中心区、边缘区的大小，就需要在其中布置许多观测点。这时，使用漂流浮标不仅成本低，且能连续观测。在深远海进行观测作业时，无人艇收到指令后便会在指定地点投放浮标。这些随波逐流的浮标上也配备了气象水文传感器，连续获取海气界面观测数据。
在无人艇上，还配有多个用于观测的传感器和无人机平台。可以局域组网，与科考船、无人机、波浪滑翔器等设备之间传输数据，形成对涡旋的立体观测。这也是无人艇最大的创新点之一。“正是在此基础上，我们在中国南海及邻近海域开展了全球首次高时空分辨率中尺度涡旋多智能体组网协同实时跟踪观测，获得了亚—中尺度涡旋边缘混合层内三维精细结构。”周立说道。
未来，智能无人艇将会继续对亚—中尺度涡旋进行探索。今年10月，这艘无人艇将会再次出征南海。当前，周立和团队正在对无人艇的大数据算法、稳定性、搭载传感器进行升级改造，增加更多的浮标自动投掷装置，并研发更多不同体量和性能的智能无人艇。
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