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坚守初心 “献智”水运——专访中国工程院院士严新平

来源:中国水运报 作者:陈珺 人气: 发布时间:2019-12-10 18:51:25

冬日,武汉理工大学余家头校区,阳光惬意。

在航海大楼的旁边,矗立着一块“扬帆启航”的石碑和一个船锚的雕塑,仿佛把乘风破浪、不畏艰难、勇往直前、默默奉献的精神,扎根在这座美丽的校园,延续在师生心中。

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12月5日上午,在武汉理工大学智能交通系统研究中心实验室里,中国工程院院士、国家水运安全工程技术研究中心主任、武汉理工大学首席教授严新平接受了中国水运报记者的专访。

四十一年如一日  水运梦想从未歇

1978年,通过恢复高考后的第一次全国统考,严新平走进了武汉水运工程学院(现武汉理工大学),水运梦想从此生长,到如今已有41年。从船机制造及修理专业起步,到武汉理工大学首席教授、智能交通系统研究中心和能源与动力工程学院博士生导师、交通运输工程和船舶与海洋工程学科带头人,再到今年11月22日当选中国工程院院士,41年前的青年,如今已生华发。

“我们那个时候考大学跟现在是有很大区别的,我是1976年高中毕业,之后下过乡,也当过煤矿工人。1978年得以有机会参加统考上大学,也是想通过上大学来进一步提升自己,这是一个非常强烈的愿望。我老家是在江西省莲花县,那是一个革命老区,当时也是贫困县;我小时候就有个梦想,到大江大海去看看,所以就填了武汉水运工程学院船舶机械专业为第一志愿,从此进入了水路交通工程领域。”严新平回忆道。

1982年7月,严新平本科毕业留校,是所在专业留校担任专业教师的二人之一。当时正值我国改革开发之初,百业待兴,高等教育需要大力发展,教师队伍建设成为当务之急。

1984年9月,他考取了本校的硕士研究生,开启了漫漫科研之路。

1994年9月,他考取了西安交通大学博士研究生,奠定了他从事科技创新的基础。

上世纪90年代,严新平带领团队开展磨损监测技术在船舶动力设备的状态监测和故障诊断研究,牵头成立了可靠性工程研究所;

2000年,在学校牵头组建智能交通系统研究中心,这是国内最早的智能交通系统研究机构之一,开始了水路运输系统的智能化研究工作,同时开展内河通航运行系统的研制;

2006年,牵头申报并获批教育部水路交通安全控制与装备工程研究中心;

2013年,牵头组建交通运输部内河智能航运交通运输业协同创新平台;

2014年,随着人工智能技术的发展,研究船舶的智能应用系统成为严新平和团队的重要方向,“航行脑系统”随之提出,并在当年成功申报了科技部国家水运安全工程技术研究中心;

2016年,牵头组建科技部智能航运与海事安全国际合作示范基地;

……

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“回首30多年的教学科研工作经历,我个人的成长见证和亲历了我国改革开放快速发展的岁月,也算为我国水路交通科技创新发展略尽薄力。我取得的成果跟我的团队常年的努力是分不开的,我经常跟我的学生讲,人生有三个词特别重要。第一是规划,每个人都要有理想,有家国情怀,要立志为祖国为民族的发展去努力,去做贡献,特别是从年轻的时候就要有这种志向,一个人的规划如果无法跟集体、行业、国家的需要结合在一起,是很难真正实现的。第二是勤奋,一定要努力,只有通过自己的辛勤劳动,才能取得工作的成果,获得社会的尊重。第三是坚守,要耐得住寂寞,不要随波逐流,我觉得这个很重要。”严新平感慨道。

推动船舶动力设备的运行管理向视情维修发展

船舶动力设备的安全可靠运行,是保证船舶航行的基础。由于船舶动力故障,导致船舶无法正常航行,甚至有可能发生灾难事故。

有统计数据表明,船舶动力设备故障占船舶机械故障的80%以上,其中船舶动力系统的主、辅机因磨损引起的故障占45%以上。船舶机械设备传统上是按照时间周期来安排维修计划,这不仅消耗了备件,增加了维修成本,而且有时还会产生维修不当的意外停机损失。

如何在线检测磨损信息,及时发现异常磨损,是困扰船舶动力设备运行安全和船舶在航率的重大难题。

严新平通过主持国家自然科学基金、交通部人才专项等项目,带领团队发明了摩擦学、动力学、性能参数和轴功率“四法结合”的船舶动力设备磨损监测方法,研发了“船载、机务中心、诊断中心”三级的船舶动力设备磨损监测与远程诊断系统。目前,该系统已在我国疏浚、救助、运输和国防等在役船舰动力设备运行安全保障中推广应用,社会经济效益显著。

“我们团队还先后在大连港、上海港、南京港、南通港等多家港航企业,建立油液监测中心,推动了我国航运企业由经验管理、定期维修向实时检测、视情维修模式的发展,为船舶动力设备的磨损状态监测和故障诊断提供了技术手段。”严新平介绍道。

从线下到线上,从定期取样到实时监测,场景、手段的变化背后,却是严新平和团队攻克了数不清的难关。

集成现场能够直接获取磨粒图像的新型检测传感器;针对不同的动力设备特点,积极与设备厂家和船东进行讨论;开展大量的实验室和现场监测,采集多工况的监测数据……终于,实现了船舶动力设备磨损故障在线监测,并可与岸基的实验室分析同步进行。这种远程的故障诊断,可以直接把故障的实时提取信息通过通讯的方式传递到岸基的航运公司管理部门,为设备的维修决策提供依据和指导。

推动内河通航状态向动态感知变革

内河水运是世界公认的绿色运输方式,具有运能大、运距长、占地少、能耗低的比较优势。

随着《关于加快长江等内河水运发展的意见》《长江经济带发展规划纲要》的先后发布,发展内河水运上升为国家战略。“十五”以来,长江、西江及京杭运河国家高等级航道建设逐年加强,我国内河高等级航道主干网已基本形成。

然而,国外经验表明:仅仅保障航道的通航尺度等“硬件”是不够的。建设与航道基础设施配套的“软件”系统,是保障安全、高效通航与提升内河运能的重要技术支撑。

在国家863计划、交通部西部交通建设科技项目等支持下,严新平带领团队与长江航道局、长江三峡通航管理局、中国交通通信信息中心、交通运输部水运科学研究院、长江海事局、等单位开展产学研合作,提出综合应用水运管理、信息工程、通航工程等多学科技术,建立通航运行各要素的实时感知、交互、分析与管理的软硬件平台体系,构建“一图两网四平台”的国家内河高等级航道通航运行系统,实现通航运行状态的监控与服务。

严新平向记者介绍道,该系统是以电子航道图为载体,在航船舶、航道要素感知网为依托,航道在线服务、多级船闸调度、船舶位置服务、海事实时监管等服务平台为支撑的一个工程化的应用系统。

“以长江为例,在长江航道局等单位建立的电子航道图基础上,构建了在航船舶感知网和航道要素感知网。在航船舶感知主要通过建立AIS、VTS、CCTV和RFID等系统,实现在航船舶位置和动态的感知;航道要素感知主要是通过自动水位站、航标的遥测、遥控、遥报采集装置,形成一个水文和气象条件的通航要素感知系统。”他进一步解释道。

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经过多年努力,内河高等级航道通航运行系统在我国长江、西江和运河等通航运行服务部门、船舶运输企业和水运信息技术与设备制造企业等单位得到推广和应用,实现内河在航船舶的实时动态管控,引领了我国内河航运信息化技术创新,实现我国内河通航运行状态由人工观测为主向自动感知的变革。

推动人工智能技术在船舶工程领域应用

近年来,人工智能技术在交通系统的应用掀起了一阵热潮。

统计显示人因导致的船舶航行事故达60%以上。船舶智能化技术发展的总体趋势是船舶技术与现代信息技术和新一代人工智能技术进一步深度融合,通过智能化的设备、技术、方法减少当前航运体系中、船舶航行过程中、设备维护中的人员负担和人因事故,实现船舶安全、绿色、高效、经济的发展目标。

“我提出的‘航行脑系统’,是服务于智能船舶的人工智能系统,由感知、认知、决策和执行等功能空间组成。”严新平说。

据介绍,“感知空间”获取船舶在航环境和自身状态信息;“认知空间”根据感知的信息抽象出航行态势,实现自身状态辨识,最终基于人工驾驶记录和深度学习建立智能船舶航行行为谱;“决策空间”利用“感知空间”反馈的信息修正“认知空间”的态势认知,并通过“执行空间”在航行行为谱的支持下实现对船舶的智能控制,实现船舶的智能航行和自主航行,达到减少配员、降低排放和提高船舶航行安全性的目的。

在谈到智能化和自主化的区别时,严新平说:“智能化发生在当下,自主化着眼于未来。智能化将从单个设备、单项功能的改善、突破、替代兴起,朝着全船、全系统、全生态的智能化发展。以智能技术辅助人员、提升能力,从人机共融、人机共生入手,减少人为误操作、提升驾驶安全,提供全航程支持、全周期规划和全周期维护,将重复的、单一的航运活动和操作交给智能系统,减轻人的劳动强度、解放人的创造力。而自主化是智能化的最终形态,必将经历一个漫长的技术发展和产业成熟的过程。”

他也毫不讳言:“人工智能技术本身还有不少难题需要攻克。以无人车为例,已经从最早的数字实验、模型实验,到封闭测试场实验,现在逐步尝试在开放实际场景实验,然而它要真的大批应用,还有很长的路要走。船舶的智能航行系统也是如此。我提出研发的‘航行脑系统’要想达到替代船员的水平,还需要大样本数据、高质量知识和长时间训练,而现行深度学习等人工智能算法的适用性,也有待验证。”

“况且,船舶一旦发生事故,不仅涉及人命和财产安全,而且水域污染控制和应急救助面临的问题非常突出,这与其他交通方式有很大的不同。所以,我们研究船舶智能系统首先要确保安全、可靠。”严新平严肃地说。
他预测,船舶智能化技术将重塑全行业生态,从设计、制造、检验、保险、运营、保养、维护、回收等全周期提升航运业的智能化水平。随着船舶智能化技术发展,岸基船舶远程操控人员将成为船员从事的新型职业模式;编队航行的自主式水路运输系统将成为船舶的新型航行模式;数字航运企业将成为积极发展的新型航运业态。

潜心开展人才培养和技术创新

严新平教授作为一名从事高等教育事业37年的教师,他始终将教书育人和科技创新,作为扎根于心的内在使命和责任担当。

他是交通运输部科技创新团队、教育部轮机工程教学团队负责人,曾被评为国家教育部“万千骨干教师计划”优秀教师,并以第一完成人获国家教学成果二等奖1项。“得天下英才而育之”也是他潜藏于心的愿望。

“作为一名在高校工作了多年的教师,期间还有幸参与了学校管理工作16年,应该说对于高校教师的责任和使命十分清楚。人才培养始终是教师的第一任务,我与我的团队一直倡导‘治学求新、育人唯实’的宗旨,开展我们的教书育人、科学研究、社会服务、文化传承等工作。”严新平说。

令他感到欣慰地是,他培养的学生在高校、研究院所、企业、部队等岗位上,积极开拓创新,发挥了骨干作用,为国家发展和民族振兴贡献了他们的力量。

他认为,建设交通强国,特别需要重视人才建设。人才是核心竞争力,拥有一大批交通运输系统的规划、设计、建设、运营、维护等方面的人才,才能为交通强国建设提供智力保障。“我们是以航海等专业特色为重点建设的高校,随着水运行业智能化的发展,我们也在考虑完善专业设置和人才培养方向,使之与行业对人才的需求更紧密,如航海技术专业,将逐步培养岸基操控船舶人才,远程驾驶船舶人才等等。”

严新平深知,当选院士是国家给予的最高学术荣誉,这份荣誉属于大家,但也赋予了重要责任。这是一个新的起点。“今年中共中央和国务院发布了《交通强国建设纲要》,为我国当前到本世界中叶的交通发展描绘了蓝图,明确了目标,为水运业未来发展指明了方向。我觉得要特别注重绿色和智能技术,与我们传统、古老,也是非常重要的水运业进行结合,在保障绿水青山和生态友好的前提下,提高运输效率和安全性,提升航道通行能力,发展自主式水路交通的运输模式,让水路运输承担更多的货运份额,这样也可以降低我国的物流成本。”

严新平怀着他的“初心”,似飞鹰展翅,朝着更高更阔的水路交通运输的天际翱翔。

(编辑:逍遥客)

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