圖為我國首艘自主航行300TEU集裝箱船“智飛”號。智慧航海（青島）科技有限公司供圖
【創新故事】
本報記者 崔 爽
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專家、院士，也都緊盯著它——我國首艘自主航行300TEU（標準箱）集裝箱船的一舉一動。
2海里、1.5海里、1海里……“轉向了！”大家齊聲歡呼。
沒有人操控，“智飛”號自動轉向，從靶船左舷安全駛過。
這是不久前發生在山東青島鰲山灣畔的一幕。作為全球最大的實現常規商業運行的智能船舶，“智飛”號在這里完成了階段性成果演示。
“此前，它已連續運行近兩年，往返于青島港至董家口港區，累計航次近600次。”中國航海學會常務副理事長張寶晨1月18日告訴科技日報記者，這一成績在智能航運領域無出其右，標志著我國在船舶自主航行研發與應用領域走在世界前列。
打通數據堵點，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，船長的預判能力越重要。
要想讓“智飛”號智能駕駛系統成為一位經驗豐富的“船長”，就需要將視覺感知、障礙識別、安全操控等技術融合至系統內，并不斷積累各類障礙、各級海況、各種場景等數據，來訓練、驗證、迭代系統。
“研發船用智能駕駛系統是‘無人區’，國內國外均無經驗可循。”負責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”）感知研發部部長高杰介紹，在大家千方百計完成系統研發時，數據卻出了問題。
“智飛”號最初選擇的是一家知名的國外雷達品牌。但意想不到的是，該雷達數據接口不對用戶開放，數據無法輸出。沒有數據，智能駕駛系統應用無從談起。
研發團隊又與多家國外品牌溝通，均無功而返，只能回過頭來在國內找。他們先后找了七八家雷達企業，卻沒有一家滿足要求。
怎么辦？只能與相關企業一起研制改進現有雷達。
換用國產雷達之初的挫敗感，高杰記憶猶新：“船長直接說數據不能用。海上明明什么也沒有，雷達卻檢測出很多目標，浪大一點都被當作障礙物。”
隨后的一年多時間里，研發團隊與雷達企業技術人員吃住在一起，通過不斷海試實測與設備參數調整，提升數據的有效性。
為了實現對目標的穩定跟蹤，在雷達信號受到干擾或遮擋時，船舶自動識別系統實時“補位”報告目標位置數據；在雷達難以分辨疑似目標時，船載攝像頭自動調整角度和視野補充信息。
“團隊還專門開發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生的錯誤數據，彌補雷達測量精度的不足。”高杰告訴記者，“總之，一切努力都是為了實現這樣的目標——人知道的，‘智飛’號都知道。”
隨著設備的不斷優化更新，輸送給智能駕駛系統的數據質量越來越高，“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
長遠來看，智能駕駛還要與航運保障、海事監管、碼頭裝卸等環節聯動，才能整體提升航運的效率和水平。
而實現這一切的前提是可靠通信。通信不可靠，就談不上智能駕駛，更不用說船岸協同。
研發團隊發現，由于海洋環境的特殊性，無論是采用航路沿岸4G/5G通信還是衛星通信，任何單一方式都無法避免信號丟失。
信號丟失意味著失聯，自主航行船舶將面臨風險。
智航科技副總經理楊宗偉打比方道：“就像你在移動的汽車里打電話，不知不覺間已有多個基站不間斷為你服務。但是這在移動的船上很難做到，因為電信運營商在近岸的基站覆蓋存在很多盲區，基站切換時會出現信號延遲、中斷、丟失。”
電信、移動、聯通三家運營商相繼被引入，和團隊一起完善基站覆蓋、調整天線朝向、優化網絡信號，確保航路每一處都在某家運營商基站的“管轄范圍”。
運營商先后派人隨船進行信號測試。無論嚴冬酷暑、狂風暴雨、白天黑夜，都有人堅守在船上。冬天穿兩層羽絨服，夏天光著胳膊，風浪大時緊貼舷窗……
有的測試工程師擔心被晃吐，干脆不吃早飯，一天測試下來，因為低血糖昏倒在船上。
歷時近四年，技術人員不斷嘗試整合各種通信方式，尋找通信鏈路數據量、資費的最優配比。
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終端設備、衛星通信設備，配備不同運營商流量卡4張，衛星系統采用亞太衛星和鑫諾衛星的組合，配以不同流量的套餐。
實際航行中，“智飛”號根據情況自主切換不同通信鏈路。“就像汽車導航規劃路線時，遇到擁堵會推薦新路線，但需要人點一下。‘智飛’號才會自主選擇最佳鏈路。”楊宗偉介紹。
以前，每當“智飛”號進入“信號黑洞”，船上警報不斷。融合通信方案落地后，警報聲再未響起。如同飛機起飛和落地，“靠離泊”是安全航行的最重要環節。依靠穩定、高效的信號保障，現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，探索綠色航運
綠色低碳轉型，是航運產業發展方向，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。
“使用純電推進具有多重優勢，尤其是在船舶智能化方面。”智航科技副總經理朱慎超介紹，純電可進一步縮短設備響應時間，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行客貨裝載時完成充電，這需要改造碼頭；另一種是利用船上發電機充電，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，研發團隊首選了后一種方案，聯合電池企業重點攻關滿足該方案需求的電池技術。
內阻大、散熱難是動力電池普遍面臨的技術難點，團隊首先從結構設計入手加以解決。朱慎超告訴記者：“常見的電池多是方形疊片結構，我們通過采用圓柱形卷繞結構有效破解了這些難點。”
給電池擴容是另外一個難點。
反復試驗、不斷調配、優化再優化，最終團隊找到了“獨家秘方”——通過電池正負極材料、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安時和90安時，遠超傳統的50安時。
“僅此一項，預計一天可為‘智飛’號節約運營成本一萬元。”朱慎超說，團隊還首創出18道鋰離子動力電池生產工藝。通過簡化工藝流程，電池的生產效率提高至一般圓柱形電池的3—4倍，質量控制水平也大幅提升，成為國內唯一一家通過德國萊茵TüV認證的圓柱形電池。
“黨的二十大報告明確提出，加快建設海洋強國。”張寶晨向記者表示，“智能化、綠色化是產業發展的大趨勢，也是當今國際海事技術的競爭焦點。‘智飛’號的智能化、綠色化創新實踐，將助推中國智能船舶乘風破浪、向海圖強！”
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