中國網(wǎng)2月25日訊（記者 孫潔 葛蕾 舒珺）“把機(jī)械載體和電器集成后賦予它生命，給它靈魂，相關(guān)軟件也像神經(jīng)系統(tǒng)或者血液一樣提供感知能力，讓它能夠真正的成為一個(gè)人?！眮碜灾锌圃荷蜿栕詣?dòng)化研究所的徐春暉這樣向記者描述水下機(jī)器人的智能化，作為4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)（以下統(tǒng)稱潛龍二號(hào)）控制軟件負(fù)責(zé)人，徐春暉有著技術(shù)人員的嚴(yán)謹(jǐn)和平易近人，并用形象的比喻介紹了“潛龍二號(hào)”包括高智能控制、避碰控制、故障檢測(cè)與應(yīng)急處理等方面的內(nèi)容。
“潛龍二號(hào)”軟件的智能化水平體現(xiàn)在哪些方面？
潛器所有的功能最后都是軟件賦予它，而電器和機(jī)械裝置則是軟件運(yùn)行的平臺(tái)。
作為水下機(jī)器人，“潛龍二號(hào)”的軟件是按照人的架構(gòu)，進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，共分為智能層、行為層和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層。每一層都有很多模塊，智能層發(fā)揮使命規(guī)劃、智能監(jiān)控等作用。行為層就是航行控制，包括數(shù)據(jù)采集、記錄、故障處理，驅(qū)動(dòng)層是傳感器、數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令的執(zhí)行，
這三個(gè)層與層之間的協(xié)作在徐春暉的口中有了更為清晰的比喻：如果一個(gè)人去超市，會(huì)預(yù)先設(shè)想該怎么前往，制定路線計(jì)劃，那么“潛龍二號(hào)”作為自主勘查系統(tǒng)在進(jìn)行探測(cè)時(shí)也會(huì)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，分為在線和離線兩種情況，離線時(shí)有人來參與，把規(guī)則輸入進(jìn)去，在線時(shí)潛器會(huì)根據(jù)環(huán)境情況自動(dòng)決策，一旦潛器遇到突發(fā)情況就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)規(guī)則，并自動(dòng)作出反應(yīng)，這就體現(xiàn)了它的智能化。
決策出一個(gè)線路后就是行為層的任務(wù)了，選擇如何去，回到上邊去超市的比喻中，行為層就是選擇步行這種方式前往，對(duì)于潛器來說，就是在勘查過程中要用什么樣的探測(cè)設(shè)備、采用什么樣的航行控制方式。
第三步就是設(shè)備驅(qū)動(dòng)層去驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)執(zhí)行實(shí)際動(dòng)作，也就是去購物，人要邁開雙腿一步一步的走到超市。
“目前潛龍二號(hào)在南海試驗(yàn)時(shí)各方面比較穩(wěn)定，能夠按照規(guī)劃的航跡把探測(cè)任務(wù)很好的完成”徐春暉告訴記者：“在南海第一次下潛試驗(yàn)時(shí)海況變差，布放回收時(shí)對(duì)潛器跟海水之間的沖擊預(yù)估不足，造成舵機(jī)輸出軸折斷，后來及時(shí)調(diào)整布放方法和軟件，在每次下潛之前，把舵自動(dòng)打到跟海水垂直的角度以免受到?jīng)_擊。”
正是在徐春暉跟其他同事的耐心調(diào)整和不斷努力，發(fā)現(xiàn)問題在現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間解決，目前“潛龍二號(hào)”航行的定深、定高都能達(dá)到±0.2米，航向精度能達(dá)到±1度，導(dǎo)航精度能達(dá)到0.5%，已滿足各項(xiàng)指標(biāo)，達(dá)到預(yù)期。
大洋40航次上徐春暉在專注工作（攝影舒珺）
避碰控制系統(tǒng)大膽創(chuàng)新
為應(yīng)對(duì)水下復(fù)雜的地形地貌，“潛龍二號(hào)”大膽創(chuàng)新，在國內(nèi)首次采用前視聲吶作為避碰控制設(shè)備，這是一種成像聲吶，即把數(shù)據(jù)采集進(jìn)來后，通過圖像處理方式來識(shí)別障礙和周圍環(huán)境，結(jié)合避碰策略，下達(dá)緊急轉(zhuǎn)向、緊急變深或變高以及跟蹤策略，在解除危機(jī)后，會(huì)通過在線路徑規(guī)劃引導(dǎo)潛器回到正確的軌跡上，使其繼續(xù)正常的執(zhí)行任務(wù)。
據(jù)徐春暉介紹，之前在湖試的時(shí)候?qū)撈鞯谋芘鏊惴ㄟM(jìn)行過考核，在復(fù)雜地形上航行時(shí)能夠保證自身安全的情況下，達(dá)到拍攝水下圖像的目的。
隨著跟海洋科學(xué)家們的溝通，徐春暉和他的同事對(duì)避碰系統(tǒng)也有了更為深入的認(rèn)識(shí)。以前做避碰時(shí)，一旦遇到障礙會(huì)讓潛器在水平方向上繞行，但是針對(duì)這臺(tái)“潛龍二號(hào)”AUV，因?yàn)樗钥辈闉槟康模詴?huì)在垂直方向上爭(zhēng)取先能達(dá)到繞開障礙的目的，從這一點(diǎn)上能夠感受到徐春暉認(rèn)識(shí)的創(chuàng)新和轉(zhuǎn)變。
對(duì)于即將奔赴的西南印度洋熱液硫化物區(qū)，也將要對(duì)潛器的這個(gè)功能進(jìn)行測(cè)試、考核，因?yàn)闈撈魇状芜M(jìn)入該區(qū)域，面對(duì)復(fù)雜的地形，系統(tǒng)功能的發(fā)揮會(huì)面臨很大挑戰(zhàn)，徐春暉告訴記者：“最大的困難是避碰，我們的潛器是近底航行，相當(dāng)于飛機(jī)的超低空飛行，避碰的目的就是確保潛器的安全，對(duì)潛器的避碰決策、航行機(jī)動(dòng)性以及故障檢測(cè)與處理都有很大考驗(yàn)，希望這次出海潛器在安全的前提下把任務(wù)完成好。”
故障檢測(cè)劃分優(yōu)先級(jí) 潛龍二號(hào)“突發(fā)生病”仍能堅(jiān)持完成任務(wù)
AUV集成了大量的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的數(shù)據(jù)狀態(tài)和通訊系統(tǒng)，潛器會(huì)對(duì)它們進(jìn)行周期性巡檢，按照問題的緊急程度劃分優(yōu)先級(jí)?！斑€是以去超市為例，在去超市的過程中，不小心把腳崴了，如果不是很嚴(yán)重，并且要買的東西對(duì)我還很重要，那就可能繼續(xù)把購物完成。針對(duì)潛器來說，如果某些設(shè)備發(fā)生了故障，但不影響計(jì)劃，而且還能繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，就會(huì)繼續(xù)完成它的工作。但如果一些故障比較嚴(yán)重，比如去超市的途中發(fā)現(xiàn)錢包忘帶了，直接導(dǎo)致采購計(jì)劃泡湯，那就沒法繼續(xù)進(jìn)行，換言之，潛器在做近底微地貌探測(cè)時(shí)，假如聲學(xué)微地貌傳感器壞了，那這個(gè)任務(wù)可能沒法進(jìn)行，就只能把潛器回收回來”徐春暉以超市為例形象的給記者描述了故障檢測(cè)系統(tǒng)的工作狀況。
在早期實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，一般來說只要出現(xiàn)故障的話，為了保險(xiǎn)就讓潛器停止水下工作，先把故障解決掉，但如果要是在實(shí)際探測(cè)任務(wù)中出現(xiàn)一點(diǎn)無關(guān)緊要的故障，則能讓它帶病工作，就盡量先把勘查工作任務(wù)完成，回來后再解決問題。
在控制軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)中離不開一個(gè)“秘密武器”——半物理仿真平臺(tái)，他相當(dāng)于一個(gè)模擬器，改正的功能會(huì)在模擬器上進(jìn)行驗(yàn)證，如果功能完全正確才會(huì)在實(shí)航中把它下載到潛器上，讓它執(zhí)行任務(wù)。徐春暉通過手勢(shì)給記者形容道：“這模擬器像飛行員使用飛行模擬器一樣，是自動(dòng)駕駛平臺(tái)，我們給它提供了虛擬的海洋環(huán)境和虛擬的傳感器，然后用一臺(tái)與潛器上完全一樣的自動(dòng)駕駛單元，讓程序在這上面運(yùn)行?！?/span>
此外，“潛龍二號(hào)”的四個(gè)舵板和推進(jìn)器是可以回轉(zhuǎn)的，這樣潛器操控起來余度非常大，因此徐春暉告訴記者，在執(zhí)行不同任務(wù)時(shí)，會(huì)用不同推力分配的原則，這樣即便某些推進(jìn)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，算法也會(huì)根據(jù)這種冗余設(shè)計(jì)自動(dòng)適應(yīng)，可以很好的完成任務(wù)。
“希望潛器能安全可靠，在平安的基礎(chǔ)上把調(diào)查任務(wù)完成的越多越好！”徐春暉笑著向記者坦露內(nèi)心對(duì)“潛龍二號(hào)”的期盼和希望。
“潛器的工作狀態(tài)決定我們的工作、生活和時(shí)間。”作為先后參加五次海試的“硬漢”徐春暉坦言，在海上的時(shí)間很長，曾全程參與了6000米級(jí)AUV“潛龍一號(hào)”的所有試驗(yàn)，包括大洋29航次、大洋32航次的科考，也參加了去年“潛龍二號(hào)”的南海海試。在分享以往難忘的經(jīng)歷時(shí)，他告訴記者：“當(dāng)初做潛龍一號(hào)時(shí)遇到過不少困難，經(jīng)常是把潛器準(zhǔn)備好了投放水里，沒過半小時(shí)就因?yàn)楣收仙蟻砹恕Ｎ覀冊(cè)诤Ｉ隙际歉邼窀邿岬臍夂?，有時(shí)剛想沖個(gè)澡，潛器就上來需要馬上排查故障，這時(shí)候，潛器的工作狀態(tài)決定了我們的工作、生活和時(shí)間?！?/span>
工作之余徐春暉與同事會(huì)一起放松一下，但是實(shí)施海上作業(yè)時(shí)就會(huì)非常忙，常常24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)，如果不是下水作業(yè)也都是在做技術(shù)準(zhǔn)備，包括潛器的故障排查，海上的工作效率要求高，時(shí)間也非常寶貴，“我們一起去做試驗(yàn)的同事都是同吃同住，有時(shí)候大家在一起的時(shí)間比跟家人相處的時(shí)間都長，常年漂泊在外。跟潛龍二號(hào)的副總設(shè)計(jì)師趙宏宇一起做試驗(yàn)時(shí)，他的小孩非常小，家人問小孩他的爸爸呢，小孩就指著墻上的婚紗照，說那是爸爸，其實(shí)想想都挺不容易的”徐春暉跟記者分享說，在海上做試驗(yàn)還經(jīng)歷過一次中秋節(jié)，船上組織文藝活動(dòng)，豐富了大家的海上生活，當(dāng)時(shí)雖然很想家，但是跟同事一起過節(jié)，像一家人一樣非常難忘。
在采訪接近尾聲時(shí)，徐春暉告訴記者，這次奔赴西南印度洋遇到惡劣海況，對(duì)自身身心和潛器都是一種考驗(yàn)，希望潛器能表現(xiàn)出色，圓滿完成任務(wù)。
