无人船，全称水面无人驾驶船，是一种无须人工驾驶就能够自主完成任务的“水上机器人”，甚至可以说，它就是水上的无人驾驶汽车！
文|张胜茂 唐峰华 巴尧骥
第一届“两翼杯”青年前沿科普作品创作活动科普文章展示作品。
01.
无人船的“四大绝活”
无人船有4项“看家本领”，这些本领让它能够自主执行任务、分析数据，还能开展团队协作。
环境感知：无人船的“眼睛”和“耳朵”
无人船要在水上安全航行和工作，首先得“看得见”和“听得清”。它的“眼睛”和“耳朵”就是雷达、声呐和摄像头等设备，这些设备赋予它超强的环境感知能力。
雷达是无人船的“千里眼”，即使在风雨交加的天气中，雷达也能够清晰探测远处的船只、浮标或暗礁，帮助无人船避开危险。声呐是无人船的“顺风耳”，它通过发射声波并接收回声，判断水下物体的位置和动静，如探测鱼群、暗礁，甚至可以辅助绘制海底地图。摄像头则是无人船的“高清眼镜”，它的作用是捕捉水面上的细节，如识别垃圾、障碍物或其他船只的动态。
这些感知设备还能与无人船的人工智能系统配合，用以分析实时环境。如果遇到紧急情况，如水流突然加快或漂浮物突然出现，无人船会立刻做出反应，调整航向，确保航行安全。
想象一下：一艘无人船在大海中执行“秘密任务”，它的“眼睛”会扫描四周环境，实时识别附近是否有其他船只或暗礁，同时绘制详细的三维地图；它的“耳朵”会捕捉远处的声音波动，如鱼群活动的声音或其他船只的引擎声。看，无人船像不像电影里的特工？
路径规划：无人船的“导航员”
无人船的第二大绝活是“找到路”。在海洋或湖泊这样的无边水域中，它的智能导航系统就是一位经验丰富的“导航员”，能精准找到从出发点到目的地的最佳路线。
无人船的导航能力主要表现在两个方面。一是全局规划，出发前，无人船会根据电子地图和任务需求，规划一条安全高效的航线，避开已知障碍。二是动态调整，如果航行中出现突发状况，如遇到漂浮的木头或突然靠近的小船，无人船会立刻重新规划路线，避开危险。
更酷的是，无人船还能预测由潮汐、水流速度或其他船只行驶路径变化而带来的潜在风险。在风浪较大的环境中，它会根据风速和水流的变化实时调整航向，避免能源浪费，同时快速完成任务。
当无人船在一片养殖水域中执行水质检测任务时，路径规划能力显得尤为有用。它会规划出一条精准的巡航路线，确保既不碰到渔网，又能覆盖所有监测点，任务完成后还能快速返回出发点。
智能决策：无人船的“大脑”
无人船的“大脑”是其智能化的核心。依靠人工智能技术和实时数据分析能力，它能够在任务执行的过程中自主判断并做出决策。无人船通过各种感知设备收集数据，如水温、风速、潮汐等信息，并将这些数据传送到“大脑”进行分析，一旦有危险，就立刻做出调整，如降低速度或更改路线。无人船的“大脑”甚至具备了学习能力，它会把以往任务的数据保存起来进行复盘，找到改进的地方，从而在后续执行类似任务时做到更高效、更精准。
智能化的“大脑”不仅让无人船能够适应当前任务，还能使其逐渐进化。例如，在监测鱼群时，无人船可以通过学习优化声呐的探测角度和精度，更快地找到鱼群的位置。如果无人船在任务中遇到大风浪，它会迅速计算风浪的影响并调整速度和航向，绕开危险区域。
编队协作：无人船的“团队精神”
单艘无人船已经非常厉害了，但它的团队合作能力更是让人惊叹。当多艘无人船一起出动时，它们就像一个默契十足的团队，各司其职，共同完成复杂任务。每艘无人船都有明确的分工，例如，有的负责监测水质，有的负责探测鱼群，有的负责巡逻安全。它们通过无线通信实时共享数据。例如，当一艘无人船发现了鱼群，会立刻将位置共享给其他船只，其他船只随即迅速响应，调整行驶方向。这种团队合作的工作方式不仅提高了效率，还能应对更大范围、更复杂的任务场景，如清理大片海域的垃圾或联合探测海洋资源。
未来，无人船的协同工作将变得更加智能化。无人船团队可能会模仿鱼群的协作模式，根据任务需求灵活调整阵型。例如，当一艘船遇到困难退出任务时，其他船只会自动填补空缺，确保任务完成。
02.
无人船如何帮助渔民
无人船正在帮助我们建立一个更具可持续性的渔业系统。由无人船打造的这种智能化的渔业方式不仅能提高渔民的工作效率，还能保护宝贵的水域资源。
监测水质，呵护鱼儿
在养殖水域中，无人船仿佛拥有魔法一般，它能够自动在水面游走，不断检查水质是否适合鱼儿生长。无人船装备了各种传感器，如温度计、pH计和溶解氧仪，这些设备都是检测水质好坏的“探测器”，能够实时收集水质数据，就像海里的医生，随时确保鱼儿的“家”是安全和健康的。当水质不佳时，无人船会向渔民发送警报，这样渔民就可以迅速采取措施，如增加氧气或者改善水质。
投饵精准又环保
喂食鱼儿是渔业中很重要的一环，但传统方法往往会造成饲料浪费或投放不均匀，不利于鱼儿的成长和环境保护。无人船可以智能化地投放饲料，它会根据水下鱼群的分布和数量，自动计算出最合适的饲料量，并精准投放到鱼群集中的位置。
清理垃圾，守护水面
无人船还能扮演“水面清洁工”的角色，它可以自动巡航水域，通过安装的网兜或机械臂收集漂浮的塑料袋、瓶子和其他垃圾。更先进的无人船甚至能够通过视觉识别系统区分垃圾种类，并进行分类回收。
探测鱼群，科学捕捞
过度捕捞是全球渔业面临的一大挑战。无人船通过装载声呐等探测设备，能够精确探测鱼群的位置和移动路径，为渔民提供科学的捕捞数据支持，使渔民避免盲目捕捞，这样既保证了渔业资源的可持续利用，也保护了海洋生态平衡。
未来，无人船将变得更加绿色环保，因为它有望利用太阳能或波浪能延长续航时间，实现更节能的工作方式。无人船还将变得更智能。例如：无人船可以和无人机、潜航器协同作业，实现海空立体监测；通过更换模块，无人船可以轻松切换水质检测、垃圾清理等不同任务。也许有一天，无人船的应用范围不再局限于渔业，而是成为贯穿日常生活方方面面的“百变助手”呢！
张胜茂，中国水产科学研究院东海水产研究所研究员。
唐峰华，中国水产科学研究院东海水产研究所副研究员。
巴尧骥，中国水产科学研究院东海水产研究所硕士研究生。
*本文刊登于《科学画报》2025年第12期，更多相关内容欢迎订阅。
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