祁 斌

為了應(yīng)對(duì)越來越嚴(yán)格的環(huán)境法案和不斷增長的運(yùn)營成本，船舶或者說船舶的操作正變得越來越復(fù)雜，其結(jié)果就是對(duì)高素質(zhì)人員的需求越來越多，而目前的情況卻是船員或相關(guān)運(yùn)營人員的能力已漸漸跟不上節(jié)奏，合格人員的數(shù)量越來越滿足不了需求，從而就造成了人員的缺口。面對(duì)這一情況，“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的來臨正好為人們指出了一條道路，那就是“智能船舶”。

智能船舶的概念

船舶是一種受到環(huán)境因素影響非常大的裝備，目前船員對(duì)于船舶狀況、航行狀態(tài)等的判斷主要還是依靠經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)，這樣一來難免會(huì)出現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)臎Q策，造成不必要的人力、物力或財(cái)力損失。而智能船舶簡單來說，就是以“大數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ)，運(yùn)用先進(jìn)的信息化技術(shù)，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和匯集、大計(jì)算容量、數(shù)字建模能力、遠(yuǎn)程控制、傳感器等，實(shí)現(xiàn)船舶智能化的感知、判斷分析，以及決策和控制，從而更好地保證船舶的航行安全和效率，大幅度減少甚至杜絕人為因素造成的事故，避免與貨主的糾紛等。舉個(gè)不恰當(dāng)?shù)睦?，非智能船和智能船之間的關(guān)系就好比手工制作的產(chǎn)品和機(jī)械化流水線出來的產(chǎn)品，僅從效率、精度及安全性來看，后者肯定要高于前者。所以說，智能船舶所具備的基本功能通俗點(diǎn)來講就是安全、經(jīng)濟(jì)、效率，當(dāng)然還有環(huán)保，最終目的就是讓船東“省錢、省力、省心”。

智能船舶之所以智能，關(guān)鍵就在于分析、決策、以及成長，即能在大量信息中，將相關(guān)的數(shù)據(jù)融會(huì)貫通，然后進(jìn)行綜合的評(píng)估與分析，這就需要船舶具備高水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進(jìn)而做出最合適的決策并進(jìn)行船上系統(tǒng)的操作以管理推進(jìn)、導(dǎo)航及其他系統(tǒng)，且隨著收集數(shù)據(jù)量的增加，系統(tǒng)功能會(huì)隨之增強(qiáng)。還有一點(diǎn)就是，智能船舶不僅需要自身智能，而且還需要船岸一體，岸上的支撐建設(shè)同樣不可少，否則也就談不上信息支撐、遠(yuǎn)程遙控了。從韓國現(xiàn)代重工及韓國電子通訊研究院(ETRI)共同開發(fā)、被選為IEC國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC 61162-450)的“有/無線船舶綜合管理網(wǎng)通訊技術(shù)”(SAN：Ship Area Network) 來看，其最大優(yōu)點(diǎn)就是利用IT技術(shù)對(duì)船內(nèi)原本獨(dú)立管理的460余種部件進(jìn)行了綜合管理，從而使主機(jī)等與航行有關(guān)的裝置更便于管理，同時(shí)也可在陸地利用遠(yuǎn)程技術(shù)對(duì)船舶狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，此外還可進(jìn)行遠(yuǎn)程維修。

技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

智能船舶的發(fā)展并不是一蹴而就的，而是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，從局部到整體，從海上到岸上。就目前的技術(shù)情況來看，智能船舶才剛剛起步，我們可以做的就是先讓船上的操作更簡化、更統(tǒng)一，這也是實(shí)現(xiàn)智能船舶的第一步。當(dāng)前出現(xiàn)的比較多也比較熱門的智能船舶技術(shù)就是綜合船橋系統(tǒng)（IBS）。

IBS可以說是實(shí)現(xiàn)智能船舶的最重要組成部分，其發(fā)展從二十世紀(jì)70年代開始，至今已經(jīng)成為船舶自動(dòng)化領(lǐng)域的核心裝備。它是一種集海上綜合導(dǎo)航（包括各種分導(dǎo)信息測量、采集、優(yōu)化處理和分發(fā)使用，航行狀態(tài)監(jiān)視、預(yù)報(bào)、航線計(jì)劃、航路導(dǎo)航、航海作業(yè)管理、綜合航務(wù)管理等）、操縱駕駛、機(jī)艙監(jiān)測和遙控、自動(dòng)避碰、航行控制、綜合通信管理以及艦船安全、消防、自動(dòng)監(jiān)測和報(bào)警等眾多功能為一體的高度信息化、自動(dòng)化的集成系統(tǒng)。國際海事組織（IMO）對(duì)IBS的定義為：它是船舶導(dǎo)航與控制的集成系統(tǒng)，通過系統(tǒng)設(shè)備及子系統(tǒng)間的相互聯(lián)通，集中顯示和使用來自傳感器和數(shù)據(jù)接口的信息，它的目的是提高船舶航行的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)性，提高船員操作和管理效率，保證船舶和船上全體人員的安全。下面將以Sperry Marine公司的IBS作為案例進(jìn)行簡單介紹。圖1為一種典型的IBS組成結(jié)構(gòu)圖。

圖1 基于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的IBS

Sperry Marine公司綜合船橋系統(tǒng)。諾思羅普格魯曼集團(tuán)公司旗下的Sperry Marine公司(前身是利頓航海公司) 是全球航海電子產(chǎn)品的知名品牌之一，主要針對(duì)商用船舶和軍用市場提供船舶導(dǎo)航和控制設(shè)備，其產(chǎn)品由三個(gè)品牌——Sperry，Decca和C.Plath的 產(chǎn) 品構(gòu)成。

該公司的VisionMaster FT綜合船橋系統(tǒng)把船舶所有的航行傳感器和系統(tǒng)，包括雷達(dá)、電子海圖顯示及信息系統(tǒng)、電羅經(jīng)、測深儀、測速儀、差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）以及自動(dòng)舵合并成為一個(gè)完全綜合的成套設(shè)備，其中心部件是該廠生產(chǎn)的船用航行管理系統(tǒng)（VMS）軟件，這種軟件能提供簡捷、準(zhǔn)確的航線計(jì)劃并且與雷達(dá)目標(biāo)和自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)一起，在電子海圖顯示及信息系統(tǒng)上給出船舶的準(zhǔn)確位置和移動(dòng)的清晰畫面。

Performance Based Navigation（PBN）是其VisionMaster FT船舶艦橋系統(tǒng)中為提高運(yùn)營效率而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊，主要功能包括實(shí)時(shí)海圖更新和燃油管理，可根據(jù)航行時(shí)的天氣狀況等自動(dòng)規(guī)劃航線以及優(yōu)化油耗，并能提供遠(yuǎn)程診斷、軟件更新和其他技術(shù)支持。該模塊可集成在IBS中，通過企業(yè)網(wǎng)關(guān)，既能與同系列的任何產(chǎn)品進(jìn)行無縫對(duì)接，又能通過海事衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)船上用戶與岸上用戶之間的信息傳輸。

從船隊(duì)管理的角度出發(fā)，該系統(tǒng)模塊試圖從根本上改變船隊(duì)原有的單線運(yùn)營模式，建立船隊(duì)之間更緊密的聯(lián)系和合作。從資產(chǎn)管理的角度出發(fā)，該模塊分為三個(gè)子模塊，分別為：節(jié)能優(yōu)化、海圖顯示，以及船舶遠(yuǎn)程管理。從使用者的角度，該模塊有船用界面和公司管理人員界面，并能通過企業(yè)網(wǎng)關(guān)互通信息。

圖3 PBN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖（下）與傳統(tǒng)航行構(gòu)架的比較

開航前，管理人員將船舶貨物積載和掛靠港等信息輸入后，使用航行計(jì)劃功能得到一份航行計(jì)劃和燃油計(jì)劃。

航行中，既可以自動(dòng)執(zhí)行最佳航速計(jì)劃，又保留了手動(dòng)設(shè)定航速的功能；根據(jù)實(shí)時(shí)的天氣和洋流預(yù)測、抵離港時(shí)間和實(shí)際航行路線偏離情況等，對(duì)比航行計(jì)劃，自動(dòng)調(diào)整航速、航線計(jì)劃以及發(fā)動(dòng)機(jī)模式；向管理人員報(bào)告航程信息、燃油計(jì)劃和航行計(jì)劃的執(zhí)行情況等。

圖4 航線優(yōu)化流程圖

圖5 航線優(yōu)化功能示意圖

航行中記錄的信息在經(jīng)過計(jì)算后得出船舶累積節(jié)省的燃油量，并在管理人員界面生產(chǎn)一份報(bào)告，通過直觀的圖表顯示a）當(dāng)次航程的燃油量與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比；b）實(shí)際的燃油量與計(jì)劃的燃油量的對(duì)比。

另外，該系統(tǒng)還集成了設(shè)備遠(yuǎn)程診斷的功能。通過船舶遠(yuǎn)程管理功能模塊，將設(shè)備狀態(tài)報(bào)告給岸上管理人員進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、在線維修以及軟件的升級(jí)，能有效減少設(shè)備維護(hù)和維修費(fèi)用，提高維修工作的執(zhí)行效率，延長設(shè)備壽命周期。

圖6 船舶遠(yuǎn)程管理界面示意圖

除了IBS，其他許多技術(shù)也將成為智能船舶的構(gòu)成部分，比如船上設(shè)備的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。羅·羅公司可謂是這方面的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先者，其在挪威Alesund和芬蘭Rauma均設(shè)有控制中心，可實(shí)時(shí)監(jiān)控大量其在全球范圍內(nèi)的船舶和推進(jìn)設(shè)備之運(yùn)行情況。

未來智能船舶

上述這些僅僅是目前人們已經(jīng)開發(fā)出的比較熱門的技術(shù)，未來的智能船舶肯定不止于此。我們可以想象到的是，除了自主航行、遠(yuǎn)程遙控等主要關(guān)鍵技術(shù)，一些細(xì)節(jié)部分同樣可以智能化，譬如自動(dòng)靠泊、離岸，自主維修，自動(dòng)清洗（如海底門濾器），自動(dòng)更換設(shè)備部件，自我防護(hù)（針對(duì)海盜等），自動(dòng)補(bǔ)給等。另外，隨著智能化程度越來越高，船上所需人員肯定會(huì)越來越少，甚至實(shí)現(xiàn)無人。事實(shí)上，無人船在某些海事領(lǐng)域即將成為現(xiàn)實(shí)，其對(duì)海上安全方面的影響無疑是積極的，雖然仍會(huì)有很多規(guī)范方面的問題需要攻克，但這并不會(huì)改變業(yè)界對(duì)無人船的認(rèn)同。不過從個(gè)人角度來看，船上最好還是留有至少一人，主要是考慮到一些船即便是有了智能也處理不了的突發(fā)狀況。從另一方面來看，未來也許會(huì)從人服務(wù)于船轉(zhuǎn)變?yōu)榇?wù)于人，比如由于船上配置人員減少，那么考慮到船員情緒，就可以家庭為單位上船，此時(shí)就要考慮人員的健康和教育問題，如遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷、機(jī)器人手術(shù)、遠(yuǎn)程教育和娛樂等，甚至是船上生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

以羅·羅公司的“未來操作者體驗(yàn)概念”（Future Operator Experience Concept，簡稱“oX”）系統(tǒng)來說，其是羅·羅對(duì)當(dāng)今船舶使用者的經(jīng)驗(yàn)研究后的產(chǎn)物，可根據(jù)不同船上人員進(jìn)行操作環(huán)境的轉(zhuǎn)換，如大型貨船和PSV。該系統(tǒng)使用3D動(dòng)畫，采用最先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更安全、更高效的船舶操作，不過要到2025年才能看到實(shí)物。該“oX”船橋系統(tǒng)為船員提供了智能工作站，可自動(dòng)識(shí)別進(jìn)入船橋的船員并調(diào)整到該人員所偏愛的“風(fēng)格”。船橋的窗戶可放大顯示船周圍的真實(shí)環(huán)境，類似多年前就已成功應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的平視顯示（Head Up Display，HUD）。該系統(tǒng)的功能包括清晰呈現(xiàn)人眼無法看見的潛在危險(xiǎn)，例如精確定位海冰、拖船或其他小艇等船員無法看到的物件，特別是對(duì)大型集裝箱船上的船員而言。

智能船舶的技術(shù)雖然剛剛起步，很多技術(shù)還不成熟，但隨著船舶技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，特別是“大數(shù)據(jù)”的智能應(yīng)用，正推動(dòng)著智能船舶的加速出現(xiàn)。未來10 ～20年船舶智能的發(fā)展將是決定未來船舶行業(yè)發(fā)展方向、船型變化、船員能力要求的重要因素。在2014年10月10日舉行的國內(nèi)首屆“大數(shù)據(jù)與智能船舶發(fā)展”高峰論壇中，中船集團(tuán)副總經(jīng)理南大慶，中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院院長、海洋裝備信息智能化管理與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心主任張宏軍等代表性人物均肯定了智能船舶的重要性?？梢哉f，智能船舶對(duì)于現(xiàn)在的傳統(tǒng)船舶系統(tǒng)來說，就像蒸汽動(dòng)力對(duì)于風(fēng)帆動(dòng)力、燃油對(duì)于煤炭，終將取代老一代產(chǎn)品，未來我們將看到越來越多復(fù)雜、尖端、高度自動(dòng)化，甚至是無人的智能船舶航行于海上。