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设备与工具《南方测绘》杂志在2022年12月出版的双月刊总第118期，刊登了一篇对云洲智能海洋事业部总经理唐梓力博士的专访稿件，云洲智能已获授权转载，以下为正文。
海洋开发，测绘先行
中学地理课本将地球描述成“三分陆、七分海”的蔚蓝星球，地球表面积的71%被海洋覆盖，人类对海洋的开发与研究从未停止，但海洋对我们来说仍然充满未知。
在海洋的开发与研究中，测绘发挥了重要作用。“我们水上水下的各类活动，很多都需要测绘的支持。” 珠海云洲智能科技股份有限公司（以下简称“云洲智能”）海洋事业部总经理唐梓力认为：“海洋开发，测绘先行，对于航道部门来说，水下地形测量是判断航行条件的先行条件；对于海上石油、风电、潮汐电力等平台以及跨海大桥的建设施工都需要依据水文、水下地形、地质数据支持决策；在国防领域，海洋重力场是一项很重要的数据，很多飞行单位的情况飞行信息就需要依赖详细的重力场数据。”
水上测绘装备的发展史
可映射出水上测量的历史
“说到水上测绘，大家都不陌生。但是很多人不知道的是，现代水上测绘的起源可以追溯到100多年前，它是由当时的海岛测量需求发端的，当航船进入不熟悉的海（水）域，首先需要知道水深情况，依此判断船舶是否可以安全地驶入、驶出。”唐梓力介绍水上测绘的发展与开发海洋的需求密切相关，“现在我们常说的发展海洋经济、开发海洋资源、研究海洋科学等都离不开水上测绘。”
水上测绘的重要性已毋庸置疑。随着测绘技术手段的丰富，水上测绘也从单纯的水深测量发展为地形、水文、重力、磁场等要素的综合性测量。“水上测绘的精度和维度，对测绘装备有很强的依赖性，从这个角度来说，水上测绘的发展史，其实可以将其看作水上测量装备的发展史。”唐梓力说。
最开始，水上测量以水深测量为主，方法就是用长绳捆绑一重物，将其沉到水底，然后测量入水的绳长。后面声学设备被使用在水深测量中，通过声波到达水底再返回的时间计算水深，也就是多波束、测深仪等仪器的工作原理。
在水上测绘的100年历史中，其技术的发展方向又有怎样的特点呢？唐梓力向记者介绍其中的三方面主要特征。
一是性能方面，水上测绘的精度和效率提升，包括测量的覆盖范围、同等水平下的水底地形图分辨率等；
二是承载水上测绘设备的平台更新迭代，水上测绘不同于地表测绘，具有一定的复杂性，需要测量人员既懂测绘知识又能应对各种海况，无人船平台可以贴合测绘需求，更加安全高效地完成测绘任务；
三是完善各类异型装备，水上测绘往往面对多种复杂具体的难题，比如说在较高海况下完成应急测绘，就需要平台具有能够对抗较高海况的能力，还有一些水下地形较为复杂，如水下植物、海洋垃圾聚集阻挡测量航路，也需要我们研究一些能够实现测量的异型平台。
唐梓力还介绍，这些发展方向也是与过去的水上测量实践中几点较为迫切的需求紧密相关的：“首先是人员难以进入的复杂水域测量需求。举个例子，我国南海的西沙群岛地区有众多珊瑚岛礁，这些岛礁附近的海域水深较浅，大概只有半米到一米左右，普通船只很容易触礁搁浅，只能靠人走或游泳到附近进行测量，因此测量人员还面临着溺水和海洋生物袭击风险。另外，我国最近蓬勃发展的海洋牧场，水下箱体与绳索纵横交错，过去测绘手段较少，养殖区域的水下情况难以获知，因此很难做选址建设的决策。”
图 | 云洲智能的“5G+无人艇”，已在国内首座“5G+海洋牧场”应用，实现无人船艇与智慧渔业的有机结合
“其次是效率低、成本高的问题，过去远洋的调查和测量成本极高，据了解调查船只重约千吨，出海一天油费加上人员费用动辄就是一二十万，如果遇到海况不好，则需要进行避风，还需要计算误工的成本等等……”
“第三就是测量精度受限，这一点水上测量与陆地测量相通，在数据规范的基础上，我们希望数据的精细度能达到更高的水平。”
无人船艇服务水上测绘优势明显
唐梓力介绍，解决上述三方面的测量难题，主要还需依托于水面平台即无人船艇平台和海洋测量方面的一些技术优化。“在浅水区测量方面，无人船可以实现吃水更浅，云洲智能研发的专门面向浅水测量的无人船吃水仅20厘米左右，并且它的动力采用导管角的一种形式来进行测量，就可以有效地避免搁浅，并能够避免水面的一些障碍物的影响，在复杂水域方面，如网箱养殖区内，网箱本身就已占据了很多空间，加之网箱和网箱之间还有固定绳索，如果用小船在绳缆之间穿梭，外挂的螺旋桨很容易被绳缆拖挂。无人船艇就是一个较好的解决方法，它用导管桨动力方式，通过性非常好，不太容易被绳缆缠绕。我们经常给这类船起一个外号，叫会跳绳的无人船。在极地等环境恶劣区域，极端低温条件下，我们在第三十四次南极科考航次上采用了无人船艇在罗斯海难言岛及长城站附近海域作业，避免了极端恶劣环境下作业对人可能带来的伤害。”
图 | 云洲M80无人艇伴随“雪龙号”前往第三十四次南极科考
“第二方面，无人船测量提升了作业效率，降低了作业成本，云洲智能目前在独立开发基于集群的无人产品水下测量综合应用方案，通俗来讲就是采用多条无人船艇跟随水上调查船或科考船进行协同作业。那么在这样的一个航次里，就相当于同时有多条调查船在进行工作，这一方案成本要远远的低于多条常规调查船的运营成本，刚刚我们说过，大型调查船每日运营成本可达十至二十万元，而无人船艇每日运营成本仅为几千元。”
“第三方面就是关于测绘精度的问题，无人船在做水上测量工作方面有非常好的天然的优势，就是它的航行精度可以得到保障。人工操控船只做测量，需要保持航线的准确性，这还是有相当难度的，无人船的优势在于它能够精准地执行设定的航线任务；此外，有些无人船专门面向测绘工作做了适配设计，同等尺寸它的横纵摇远低于其它船只，同时无人船考虑到设备震动和噪声会对声学测绘产生影响，做了很多降噪的设计，水下在声学设备周边所产生的气泡大大下降，数据准确性和精度因此提升。”
水上测绘应用的发展是无止境的
“无人船解决了很多水上测绘的难题，同时也让我们看到了一些新的问题。”唐梓力认为，水上测绘应用发展是无止境的，就像登山一样，我们到达了新的高度，就会有新的视野，看到新的问题，对于水上测绘的攀登者来说机会无止境，挑战也无止境。
依据当前的技术，可以在4级以下海况的条件下进行测绘工作，但是也难免有一些特殊场景、特殊需求，要求测绘人员在更高海况下保证完成任务，这时如何保证船只航行稳定，测量数据准确都是需要解决的问题。“我们一直在无人船设计、荷载与船只的匹配关系上去思考方法，做到既减少船体摇动，也要想办法让测量荷载在船只大幅摇摆的情况下，保持稳定的姿态。”
续航问题也是制约水上测绘发展的重要因素。目前，云洲智能的无人船平台最远测量长度大概是300海里，一旦脱离加油船的支撑，想要去更远的水域进行测量就是必须要加大船体的尺寸，而这样会导致油耗上升。“我们正在能源方式和新船型设计方面寻求突破。”唐梓力说：“面临未来更大尺度、更远距离的测量、调查，常规能源不能够满足无人船的续航需求，海洋原始动能是否可以作为备选方案也是我们正在研究的问题。”
无人船测量虽然优势不少，但是其布放和回收工作依然是全世界海洋测量领域普遍面临的难题。对此，唐梓力进一步解释：“在狭窄水域的无人船单独作业，人工布设收回即可满足需求，但未来我们走向深海做海洋调查，往往需要携带几十艘甚至上百艘无人船，在有限的作业窗口时间内把船只快速布放、收回无人船是一个大考验。”
同时，唐梓力认为无人船与其它测量手段结合也会产生奇妙的化学反应：“现在有了一些高性能的无人船平台，我们做水上测绘也在考虑如何用单一航次测出不同类型的测绘成果；此外我们还可以结合无人机实现水上水下立体测量，无人机可以为多艘无人船提供中继和通信平台；同时，同时由于AUV不能实时与水面进行通信，这时无人艇也可以用来做通信中继和水下定位支撑，采用无人船艇＋AUV来做多船协同测量，进行水底地形的精细化扫测会随着应用的深入而不断发展。”
水上测量的发展日新月异，科学工程和装备不断地螺旋式向前发展，相互支持，相互催化，唐梓力认为未来的水上测绘发展会有三个主要趋势。
第一，海洋调查船和海洋科考船本身未来也会更加智能化。在法规和技术的双重支撑下，智能船舶的发展迅速，国家的交通部、中国船舶社、以及一些国际组织，都发布了关于智能船舶的发展计划或智能船舶规范，广东省的南方海洋科学与工程实验室也已经建造了全球第一艘无人平台智能科考船。
第二，未来水上测量装备的发展，一定会围绕应用开展功能设计的细化工作，面对水上测量的各种特殊场景，打造专业的、适配的船舶平台及测量方案。
第三，未来水上测量装备的集群方案，未来还会可能会再上一个台阶，甚至几个台阶。平台所构建的集群将进一步的智能化。其中的逻辑就是现在我们有了智能平台，比如说无人船，也已经有了有无人船构建的无人船集群来进行测量，已经从智能体发展到智能群体， 第三个阶段会出现群体的智能，这是有别于智能群体的一个新的一种方向。也就是说未来由无人船艇或其它水上智能测量平台组成一个智能群体，这样一个群体，不仅是一个个独立的智能的个体，而是这样的群体本身就有智能化的水平。
图 | 使用同构/异构的无人船艇集群作业，可以成倍提升作业效率，满足越来越精密化、多样化的任务需求，是无人船艇发展的重要方向
无人船艇发展的重要方向
智能的群体可以根据被调查和测量对象的一些物理特征的变化，及时做出识别并进行自身调整。如果我们在做水上的中尺度的观测，如果我的中尺度波的位置和形状发生了变化，那么这个集群的整体也会在位置上发生变化，并且它的线路、它打开的宽度也会发生变化，这些过程都是由智能群体自己判断，没有人为的干预。
特别是在测线较多的项目中，如果使用智能的集群来同时执行这些侧线，执行过程中我们发现有水深测量过程中不同的多波束，测量覆盖的水底如果出现一些空白的话，那么它可以自动辨识出来空白区，并且快速地进行补测。
唐梓力感慨：“实际上，无人船艇的起步相对来讲是比较晚的，应该说我们国内的无人船艇真正应用是在2013年才开始，但当前发展迅速。”这是一个崭新的赛道，一个新起点，让人紧张且期待，近年来，云洲智能在海洋观测、海上风电、石油等领域，不断探索出水上测绘的新应用。“未来，无人船艇将具备独立、完整的作业能力，承载更多强度大、风险高、周期性的水上测绘工作，催生出更多基于无人船应用的系统解决方案，传统海洋作业模式将发生翻天覆地的变化。”
珠海云洲智能科技股份有限公司创立于2010年，是世界领先的水面机器人公司，中国首家专注于无人船艇研发、生产、销售与提供行业解决方案为一体的高科技企业。
作为中国无人船艇开创者，云洲智能围绕“人工智能+海洋”战略，坚持自主创新，勇闯科技探索“无人区”，掌握无人船艇自主航行、感知避障、协同控制、系统集成、平台设计等多项自主核心关键技术，并处于全球领先水平。
云洲智能拥有全球最大的无人船艇技术研发团队，在珠海、深圳、连云港、西安、新加坡等地设立了研发中心，并与香港科技大学、中山大学、武汉理工大学、西安电子科技大学和江苏海洋大学等高校开展深度技术合作。
公司拥有无人船艇核心专利390多项，参与制定中国现有的全部9项无人船艇标准，先后推出世界第一艘环境监测无人船，以及中国第一艘海洋调查无人艇、安防救援无人艇等自主产品，填补多项国际国内技术空白，获得国家海洋科学技术奖特等奖、国家环境保护科学技术奖、中国专利奖等多项大奖。
云洲智能始终走在无人船艇产业化前沿，首创诸多应用场景，是目前唯一能提供全系列无人船艇产品及行业解决方案的企业，业务涉及环境监测、海洋调查、安防救援、智能航运、科技文旅等领域，为用户提供领先的无人船艇+细分行业水上智慧系统解决方案。云洲智能无人船艇产品已销往全球40多个国家和地区，为保障水上作业安全和降本增效不断创造价值。
公司产品拥有严苛品质，历经十年验证，先后参加了第34次南极科考、青藏高原冰川湖泊科考、江西防汛抗洪等国家重大任务；作为生态环境部应急专家组成员和唯一的无人船应急分队，参与了天津港爆炸污染应急、甘肃陇西尾矿库泄漏、河南南阳固体废物污染、长江入河排污口排查整治等环境污染事故处理，多次获得生态环境部表扬。
云洲智能不断推动海洋科技产业发展，与珠海市政府、中国船级社、武汉理工大学联合发起建设了世界最大、亚洲首个无人船海上测试场——珠海万山无人船海上测试场，同时建设了中国首个无人船艇产业基地——香山海洋科技港，打造海洋科技创新高地，成为无人系统与海洋智能装备发展新引擎。
云洲智能秉承“创新领航未来”的企业发展理念，致力于用智能科技探索海洋、保护海洋、经略海洋，为传统水上作业带来智能化、无人化变革，推动世界进入水上智能时代。
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