人工智能技术在未来海洋无人艇平台的应用

■文/王 健 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋智能装备与系统教育部重点实验室助理研究员

作为新型的技术手段，人工智能技术在无人艇领域有着广阔的发展和应用前景，也必将为未来海洋无人艇平台智能化的提升带来突破。

海洋无人艇是一种可以在无人状态下自主作业的海上无人平台，具有操纵灵活性、功能多样性、作业水域复杂性等特点，可模块化搭载感知载荷、任务载荷等，代替人工执行危险作业任务。近年来，海洋无人艇在海上测绘、环境监测、海事监管、军事侦察等领域均发挥了一定的作用，是海洋无人装备领域的一个亮点装备。

当前，随着机器人、电子信息、计算机、自动控制等技术在无人艇平台上的成熟应用，无人艇的自动化水平得到了迅猛提升。在该领域，无人艇平台已经具备以下成熟能力：一是无人艇平台船型多样化与高性能能力；二是可靠的自主航行控制能力；三是多样化的载荷能力。

然而，无人艇虽然具备了一定的自主航行功能，自动化能力得到了产品级验证，但是其智能化水平还亟须进一步提升。相较于陆地机器人、无人车、无人机等无人装备，海洋无人艇工作环境特殊，导致其在智能化提升的过程中遇到了诸多困难。在海洋环境中，无人艇自身具有大时滞、大惯性、非线性、欠驱动、模型不确定性等特点，传统的航行控制算法难以应对复杂海况下的高精度航行任务。再者，海上存在的风、浪、流、雾、暗礁等复杂环境特征，为无人艇感知海上环境及目标带来了极端挑战，感知能力的欠缺将直接影响无人艇的任务决策能力。此外，海上复杂的环境干扰会使通信效率降低，导致多艇协同作业难以有效实现。因此，亟须新的思路和技术应对上述挑战，以进一步提升无人艇的智能化水平。

人工智能技术在医疗、机器人、计算机、工业、服务等领域都有着广泛的应用，在某些应用场景下，机器已经超越人类，能够高可靠地执行任务。可以肯定，无人艇所面临的挑战将被人工智能技术逐一攻克。面向未来海洋无人艇平台，人工智能技术需要在以下几个方面做出突破。

一是复杂海况下的自主航行控制方面。由于海上运动的复杂非线性和不确定性，无法获得无人艇的精确数学模型。可采集风浪中无人艇的运动时历数据，使用人工智能技术开展运动趋势预报及运动控制参数智能匹配，解决复杂变化环境下的高精度自主航行控制问题。

二是自主智能健康管理方面。复杂的海洋环境扰动必然会使无人艇故障率升高，如通信中断、执行机构故障等。这就要求无人艇平台在具有较高可靠性的同时，具备一定的自我健康诊断、预测以及故障自主处理能力，人工智能技术在该方面将发挥积极作用。

三是目标识别与态势感知方面。海上高盐雾、高风浪，以及平台的纵摇、横摇、升沉等运动，使得传统目标识别方法无法有效和持续地感知目标，这也对人工智能技术提出了挑战。此外，在有效的感知手段的基础上，如何基于感知数据形成有效的环境态势，是支撑无人艇自主决策的核心之一。

四是智能任务决策方面。面向无人艇自身航行任务，基于动态多变的环境态势，人工智能技术可支撑无人艇实现自主的任务规划与决策。

五是多艇集群协同作业方面。多智能体强化学习等技术可进一步拓展无人艇海上集群自主协同作业能力，如自主协同追击目标、自主协同探测等。