来源 | 《船舶物资与市场》 ,2020,(10)

作者 |  熊胜

智能船舶技术自动航行所包含的板块较多，其船体、机舱等都是智能化设计，除此之外其航行，以及能效和货物管理都属于智能化板块，另外还有智能集成板块。现代无人驾驶智能船舶自动航行技术与传统驾驶技术相比，优势突出，其不仅具有较高的智能化水平，对于海况的各种情况能轻松适应，最重要的是成本较低，这些优势使得现代无人驾驶智能船舶自动航行技术已成为目前造船业及海洋运输业的主要发展方向，与此同时，对其更深层次的研究还在进一步拓宽。无人船舶技术虽然已经取得了很大的发展，但在这其中也暴露出了诸多的问题，如无人船舶在广阔的海域行驶时，由于海上范围较大，通信条件较差，一旦通信设施及自动导航和驾驶技术不能在某方面达成平衡，就会造成重大的影响。智能船舶无人驾驶技术虽然在很多方面都取得了应用，但在我国主要应用在有人监控与无人监控的智能驾驶技术2个方面。

1 国内智能船舶发展现状

我国智能船舶的发展还处于初级阶段，其技术研发较国外还有较大差距，市场应用上也较为有限，但相关行业已经认识到智能船舶无人驾驶的重要性，已经在各方面展开了研究和探索。2015 年末，中船集团发布了我国最早的智能船型设计，型号为 38800tiDOLPHIN，其建造时间从次年 9 月开始到 2017 年交付，历时较长，在这期间，包含中国船舶工业系统工程研究院及中船、上海船舶研究院等相关单位都参与到其建设中来 [1]。目前，该型号智能船的相关规格书、技术书等均已完成，并进行了部分板块的试装与试运行，这为智能船舶技术的发展奠定了坚实的基础，具有重大意义，自此，国内无人驾驶船舶技术进入了快速发展期，智能船舶发展线路图也由此变得更加清晰。

其中，中国船级社、IMO 的“E-航海”项目等发展线路图最具代表性。不同机构在制定智能船舶发展图时因考虑的因素不同，最后呈现的结果也存在差异，但它们还是具有很多共同点。可以明确的是，全自主化无人驾驶船舶是所有智能船舶发展的最终目标，所有智能船舶的发展都是围绕这一目标。另外，智能船舶的发展需要遵照循序渐进的原则，对其设计及建造要按照规范和计划，一步一个脚印地进行，这种分阶段发展的方式也取得了不同船舶发展线路图的一致认可。从世界角度来看，全世界的智能船舶目前已经完成了第一阶段的发展，正在向第二阶段过度，而结合我国实际，我国的智能船舶处于第一阶段与第二阶段合并发展的时期，具体来说，我国智能船舶的发展分 3 个时间点：2020 年 、2025 年及 2035 年，并在这 3 个时间点分别实现数据综合应用的第一代智能船、部分自主与远程控制结合的第二代智能船、全自主化的第三代智能船。

2 智能船舶的关键技术及发展趋势

2.1 船舶智能化发展主要技术

1）信息感知技术

信息感知技术指船舶借助于一定的传感系统、设备等对周围环境进行感知，收集船舶周边各种信息，帮助船舶更安全、更稳定地运行。船舶信息感知主要包含两方面的内容：①船舶自身信息，具体包含有机舱、货舱等船体部位的设备信息以及船舶目前行驶的速度、所在位置、方向等航行状态信息，这些自身信息的感知主要依靠船体的温度、压力等传感器进行，这种感知手段较为成熟，鲜有故障发生。②船舶周边信息，具体包含有周围的天气、水域状况、障碍物等信息，这些信息感知主要依靠雷达、视频摄像机、风速风向传感器以及相关的记录仪、采集设备等进行，周边信息的感知需要涉及到大量的传感设备，其所收集的信号、信息较船舶自身信息要多得多，故而，在周边信息收集的过程中，要进行一定的分类与整理，避免数据冗杂影响后续判断。

2）通信导航技术

通信导航技术指通信技术与导航技术，其中通信技术的目的是实现船舶上各系统之间的信息交互，保证船舶与航标、船舶与岸站之间的有效交流，避免因信息交流不及时造成运行故障。我国船舶通信技术中较为常见的有海事卫星、移动通信网络等。导航技术就是对船舶运行的线路进行规划，使其按照正确的线路航行到目的地，导航技术中较为常见的有定位、路径计算及指导等信息，其常用导航技术中有卫星导航和无线电导航 2 种。除此之外，北斗七星导航系统的发展也正为我国船舶导航技术提供了新机遇。

3）能效控制技术

能效控制技术指船舶运行过程中的节能减排技术，早在21 世纪初期，世界海运船舶排放的二氧化碳就已穿过 10 亿吨，其中国际海运排放占比约 80%，在全球二氧化碳排放总量中占有相当的比重，船舶的能效控制还有待进一步提升 [2]。与此同时，国际海事组织为控制气体排放，特制定了新造船设计能效指数与船舶营运能效指数评价标准，旨在通过指标控制发展绿色船舶理念。国际海事组织所制定的评价标准需要考虑吃水、装载量等各方面因素，要保证船舶的安全运行，还要确保气体排放在标准范围之内，要降低评价指数，就必须进一步探讨环境要素与船舶能耗之间的影响关系，明确其影响关系之后才能进一步改善船舶相关数据以帮助降低能耗。

4）航线规划技术

航线规划指船舶在航行到目的地的过程中进行航线选择，这里主要综合考虑水域情况、船舶密度情况、水流分布情况及航行满意度等信息，并最终选择最优、最安全、最节能的航线。现阶段我国智能船舶较为常用的航线规划技术主要包含有遗传算法、线性规划、模拟退火等技术，这些技术的应用能帮助航线更加安全与环保，具有重要意义。

5）状态监测与故障诊断技术

状态监测指对船舶运行的各项指标进行监测，及时发现异常情况，状态监测最常用的技术是遗传算法。遗传算法对设备的健康状况进行诊断，并判断设备运行是否处于稳定状态。故障诊断技术大多以大数据为基础，通过数据分析及整理判断船舶设备是否存在异常，并在不拆卸设备的情况下掌握设备整体状况，在诊断过程中，要判断被诊断对象的状态，对其信息进行分析处理，找出可能发生故障的部位，并判断其原因，从而能有针对性地对其诊断和维修保养。提高设备运行安全性，保证即使在船舶配员较少的情况下，也能运用大数据技术、诊断技术等对船舶设备及运行情况进行监测，及时发现可能存在的问题，确保船舶运行的安全性 [3]。

2.2 智能船舶的发展趋势

1）智能船舶要利用智能航行等技术充分实现自主航行，自主航行需要辅以计算机技术、控制技术等信息，并通过这些信息对所感知的信息进行及时处理，从而对船舶运行给出智能化建议及操作，使船舶的航线及航速更加安全。另外，也可以借助岸基支持中心，使船舶在更加安全的领域实现自主航行。

2）智能船舶的发展要建立完善的数据库，通过数据库对船舶运行及相关信息进行记录，并通过一定手段对所获取的信息进行整理，使数据信息能为船体运行提供决策性建议，并为船舶保养及定期检查等提供数据支持。

3）智能船舶发展还要实现智能能效管理，通过自动能效管理帮助判断船舶运行状态，并对船舶耗能情况进行监测，借助大数据技术对船体的各项数据进行评估和优化，从而为更好地进行能效管理提供辅助决策，要实现船舶的实时监控、智能优化、最优能效能必须充分重视相关技术的应用，并对数据信息进行整理与分析，进行不断优化，以提升船舶能效管理能力 [4]。

3 结语

科技发展日新月异，我国船舶业要适应时代及市场发展需求，必须进行船舶智能化发展。我国船舶智能化是在船舶自动化及信息化之后的又一重要发展举措。目前，已经有大量的先进技术应用于船舶智能建设，比如导航、能效控制，智能感知、故障诊断等，这些都促进着我国船舶发展向着更加智能化、自主化及能效化的方向发展，对我国船舶业以及海运事业均具有重大意义。

参考文献

[1] 刘江 , 任席伟 . 浅析智能航海现状与趋势 [J]. 科技与创新 ,2019(024):74-75.

[2] 严新平 . 智能船舶的研究现状与发展趋势 [J]. 交通与港航 ,2016,(1):23-26.

[3] 王娜娜 , 甄希金 . 船舶智能制造技术现状及发展趋势 [J]. 船舶工程 ,2019,41(09):6-9.

[4]李朝.智能船舶发展的探究与分析[J].科技展望,2017,27(29):122-123.