算法、传感器、5G、智慧杆……自动驾驶车要跑起来，需要这些时下最热技术的加持，甚至连道路都要配合升级。但自动驾驶船呢？变化莫测的大海，显然没法进行航线升级。

对此，科学家给出的答案是让船自己学习。4月2日，中科院深圳先进院集成所副研究员崔允端接受深圳商报记者采访时表示，他们研发的自主学习无人船控制系统，目前可以操控船只自主往返指定地点，并应对途中的四级海风和一米海浪。

让船自主学习

2017年，英国车企劳斯莱斯在网上上传了一段视频：他们的多艘远洋货轮在没有人为操控的情况下，缓慢但整齐地驶入了港口，船上仅配备了少量船员。

这段视频让崔允端印象深刻。当时尚在日本奈良担任博士后研究员的他，将要负责的课题正是无人船控制。

目前的无人船控制系统主要分为两类，一类基于遥控控制，比如南极无人科考船；第二类是基于人工智能算法，让船通过学习探索实现自主独立决策。

“海洋环境的不可测因素太多，我们能收集的数据也有限，机器学习中常见的深度学习并不适用于无人船算法的开发，”崔允端介绍道，“我们开始尝试一种名叫高斯过程的机器学习方法。”

据悉，这是一种纯粹基于数据的概率模型，通常是用于数学建模、数据预测等方面。崔允端团队首次将这一模型用在了自主学习的无人船系统上。“这一套自动控制系统和船上的GPS、风向传感器、雷达互相配合，可以通过有限观测，预测未来行驶状态，并抵抗环境干扰，在真实海域实现了目标到达和停留。”崔允端说。

△实验用的船只

据悉，团队和日本的古野电气合作，在实验中采用八米长、经过改装配备有传感器的民用船，将外观和U盘类似的设备插在电脑上，再和船只连接，就能使用这套系统。因此这套算法只需实际测试1-2次，就能用于多种类型、不同大小的船只。

△实际实验摄像

在船上写出来的算法

这套用于船只的算法，也是在船上写出来的。

“船自己采集数据学习的过程，对于乘客来说是痛苦的……”2018年12月，崔允端的朋友圈记录了一次出海实验。从2018年开始的两年多时间里，戴上电脑坐船出海成了他的日常。“由于实验对天气等因素的要求，我们一般一周出海两次。每次早上出发，中午回来，下午再继续出海。”崔允端告诉记者，“船上是我和古野电气的两名工程师。两年多时间，测试海域附近的西宫市、芦屋市的小餐馆都被我们吃遍了。”

作为北方人，崔允端并不习惯在海上的感觉，甚至会晕船。“吃了晕船药头又开始晕了，但算法必须得即时完善。”他说。两年多过去，体验完无数次“体验眩晕桑拿套餐”后，崔允端不再晕船了，他的笔记本电脑在海盐的腐蚀中变了模样，而系统也终于完成了初步开发。

△实验前和实验中，崔允端的电脑

2020年4月，崔允端加入深圳先进院，并开始近一步完善这套系统。此前受疫情影响，加上测试船只和海域需要时间申请，崔允端只得在模拟器上继续实验。他表示，模拟器虽然不能完全精确地表现真实海洋环境，但能随时调整海风和海浪的大小，对于未来真实系统的开发具有极为重要的参考价值。

△实验的港口

回国不到一年，崔允端淘汰了此前算法中的核心模块，完成了系统的升级。今年初，成果在业内权威期刊《野外机器人学》（Journal of Field Robotics）上发表。未来，团队还将进一步提高系统的安全性和准确性。

△船和实验海域

崔允端表示，对于未来的去向，他心中早已有了一个答案：深圳。据天眼查数据显示，企业名称、经营范围和产品服务中包含“无人船”的国内企业，13.71%位于广东省，为全国各省份和直辖市中占比最高。

△我国与无人船有关的企业分布（图片来源：天眼查）

“深圳重视科研成果转化，希望我们的系统未来可以真正走出实验室。”崔允端说。在他看来，由于海洋环境的复杂，无人船可能不会很快用于载人，而是更有希望用于水质测试、海防、无人科考甚至万吨货轮的靠岸装卸等领域。

（受访者供图）

审读：孙世建