■文/王 健 上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院海洋智能裝備與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室助理研究員

作為新型的技術(shù)手段，人工智能技術(shù)在無(wú)人艇領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，也必將為未來(lái)海洋無(wú)人艇平臺(tái)智能化的提升帶來(lái)突破。

海洋無(wú)人艇是一種可以在無(wú)人狀態(tài)下自主作業(yè)的海上無(wú)人平臺(tái)，具有操縱靈活性、功能多樣性、作業(yè)水域復(fù)雜性等特點(diǎn)，可模塊化搭載感知載荷、任務(wù)載荷等，代替人工執(zhí)行危險(xiǎn)作業(yè)任務(wù)。近年來(lái)，海洋無(wú)人艇在海上測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)、海事監(jiān)管、軍事偵察等領(lǐng)域均發(fā)揮了一定的作用，是海洋無(wú)人裝備領(lǐng)域的一個(gè)亮點(diǎn)裝備。

當(dāng)前，隨著機(jī)器人、電子信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù)在無(wú)人艇平臺(tái)上的成熟應(yīng)用，無(wú)人艇的自動(dòng)化水平得到了迅猛提升。在該領(lǐng)域，無(wú)人艇平臺(tái)已經(jīng)具備以下成熟能力：一是無(wú)人艇平臺(tái)船型多樣化與高性能能力；二是可靠的自主航行控制能力；三是多樣化的載荷能力。

然而，無(wú)人艇雖然具備了一定的自主航行功能，自動(dòng)化能力得到了產(chǎn)品級(jí)驗(yàn)證，但是其智能化水平還亟須進(jìn)一步提升。相較于陸地機(jī)器人、無(wú)人車(chē)、無(wú)人機(jī)等無(wú)人裝備，海洋無(wú)人艇工作環(huán)境特殊，導(dǎo)致其在智能化提升的過(guò)程中遇到了諸多困難。在海洋環(huán)境中，無(wú)人艇自身具有大時(shí)滯、大慣性、非線性、欠驅(qū)動(dòng)、模型不確定性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的航行控制算法難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜海況下的高精度航行任務(wù)。再者，海上存在的風(fēng)、浪、流、霧、暗礁等復(fù)雜環(huán)境特征，為無(wú)人艇感知海上環(huán)境及目標(biāo)帶來(lái)了極端挑戰(zhàn)，感知能力的欠缺將直接影響無(wú)人艇的任務(wù)決策能力。此外，海上復(fù)雜的環(huán)境干擾會(huì)使通信效率降低，導(dǎo)致多艇協(xié)同作業(yè)難以有效實(shí)現(xiàn)。因此，亟須新的思路和技術(shù)應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，以進(jìn)一步提升無(wú)人艇的智能化水平。

人工智能技術(shù)在醫(yī)療、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、工業(yè)、服務(wù)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，在某些應(yīng)用場(chǎng)景下，機(jī)器已經(jīng)超越人類(lèi)，能夠高可靠地執(zhí)行任務(wù)。可以肯定，無(wú)人艇所面臨的挑戰(zhàn)將被人工智能技術(shù)逐一攻克。面向未來(lái)海洋無(wú)人艇平臺(tái)，人工智能技術(shù)需要在以下幾個(gè)方面做出突破。

一是復(fù)雜海況下的自主航行控制方面。由于海上運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜非線性和不確定性，無(wú)法獲得無(wú)人艇的精確數(shù)學(xué)模型。可采集風(fēng)浪中無(wú)人艇的運(yùn)動(dòng)時(shí)歷數(shù)據(jù)，使用人工智能技術(shù)開(kāi)展運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)預(yù)報(bào)及運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)智能匹配，解決復(fù)雜變化環(huán)境下的高精度自主航行控制問(wèn)題。

二是自主智能健康管理方面。復(fù)雜的海洋環(huán)境擾動(dòng)必然會(huì)使無(wú)人艇故障率升高，如通信中斷、執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障等。這就要求無(wú)人艇平臺(tái)在具有較高可靠性的同時(shí)，具備一定的自我健康診斷、預(yù)測(cè)以及故障自主處理能力，人工智能技術(shù)在該方面將發(fā)揮積極作用。

三是目標(biāo)識(shí)別與態(tài)勢(shì)感知方面。海上高鹽霧、高風(fēng)浪，以及平臺(tái)的縱搖、橫搖、升沉等運(yùn)動(dòng)，使得傳統(tǒng)目標(biāo)識(shí)別方法無(wú)法有效和持續(xù)地感知目標(biāo)，這也對(duì)人工智能技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。此外，在有效的感知手段的基礎(chǔ)上，如何基于感知數(shù)據(jù)形成有效的環(huán)境態(tài)勢(shì)，是支撐無(wú)人艇自主決策的核心之一。

四是智能任務(wù)決策方面。面向無(wú)人艇自身航行任務(wù)，基于動(dòng)態(tài)多變的環(huán)境態(tài)勢(shì)，人工智能技術(shù)可支撐無(wú)人艇實(shí)現(xiàn)自主的任務(wù)規(guī)劃與決策。

五是多艇集群協(xié)同作業(yè)方面。多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)等技術(shù)可進(jìn)一步拓展無(wú)人艇海上集群自主協(xié)同作業(yè)能力，如自主協(xié)同追擊目標(biāo)、自主協(xié)同探測(cè)等。