楊閃輝 吉興祥

摘 要： 概述智能船舶的由來和演進，綜述國內(nèi)智能船舶的發(fā)展現(xiàn)狀及智能船廠的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)智能船舶相關(guān)配套技術(shù)，展望智能船舶的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞： 智能船舶技術(shù)；發(fā)展；研究

引言：船舶自動化程度的提高，并沒有滿足人們追求船舶智能化的渴望，離人們心目中具有自動感知、主觀分析、智慧操作的船舶還有一定差距。因此對智能船舶技術(shù)進行相關(guān)的分析與研究，確定新冬發(fā)展方向與目標(biāo)，對促進船舶行業(yè)的發(fā)展有重要意義。

一、智能船舶技術(shù)

智能船舶技術(shù)自動航行主要分為六個模塊，智能航行，智能船體，智能機艙，智能能效管理，智能貨物管理與智能集成?，F(xiàn)代無人駕駛智能船舶自動航行技術(shù)具有使用成本低，自動化程度高，續(xù)航時間長，智能化水平高，海況適應(yīng)性強等特點，與傳統(tǒng)的駕駛技術(shù)相比有著非常大的優(yōu)勢，是當(dāng)前造船業(yè)，航海運輸，海洋勘探等行業(yè)的主要的發(fā)展方向，同時也成為了現(xiàn)在船舶行業(yè)的主要的研究方向。目前，無人船舶技術(shù)一直都是自動導(dǎo)航與駕駛技術(shù)的基礎(chǔ)。同時無人船舶技術(shù)也存在著許許多多的難題需要考察解決，比如，無人船舶在較遠(yuǎn)的海上區(qū)域執(zhí)行任務(wù)的時候，因為活動范圍較大再加上海上的通信條件的惡劣，所以如果采用在無人船舶技術(shù)中，自動導(dǎo)航和駕駛技術(shù)一直是基礎(chǔ)，由于無人船舶通常在較遠(yuǎn)的海域中執(zhí)行任務(wù)，同時活動范圍較大，而且海上通信的條件又比較惡劣，所以采用傳統(tǒng)的岸基控制中心再加上人工的控制模式，很難保證對通信的可靠性和連續(xù)性。近年來智能船舶的無人駕駛技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。我國的智能船舶自動駕駛技術(shù)可以分為兩個方面，包括有人監(jiān)控的智能駕駛技術(shù)與無人監(jiān)控的智能駕駛技術(shù)。

二、智能船舶的相關(guān)配套技術(shù)

1 衛(wèi)星和通信導(dǎo)航技術(shù)

在 20 世紀(jì) 90 年代初，船舶一旦出港便無法再與陸地取得聯(lián)系，所有的問題都必須在船上解決。而現(xiàn)今無論船舶航行在世界上的哪一片海域，均可利用衛(wèi)星與陸地取得聯(lián)系。而且，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的急速發(fā)展，船舶與陸地之間的通信環(huán)境也有了大幅提升，如同陸地上的寬帶網(wǎng)絡(luò)一般，可實現(xiàn)高速大容量通信的海洋寬帶技術(shù)也開始飛速普及。 通信技術(shù)是用于實現(xiàn)船舶上各系統(tǒng)和設(shè)備之間，以及船舶與岸站、船舶與航標(biāo)之間的信息交互。常用的通信方式主要包括：VHF（甚高頻）、海事專網(wǎng)、海事衛(wèi)星、移動通信網(wǎng)絡(luò)（手機網(wǎng)絡(luò)）等。導(dǎo)航技術(shù)是用于指導(dǎo)船舶從指定航線的一點運動到另一點，通常包括定位、目的地選擇、路徑計算和路徑指導(dǎo)等過程。船舶常用的導(dǎo)航技術(shù)包括早期的無線電導(dǎo)航和現(xiàn)在廣泛使用的衛(wèi)星導(dǎo)航?！氨倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”為我國船舶導(dǎo)航領(lǐng)域提供了新的發(fā)展契機。

2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

“大數(shù)據(jù)”是一個體量特別大、數(shù)據(jù)類別特別大的數(shù)據(jù)集，具有規(guī)模大、種類多、生成速度快、價值巨大但密度低的特點。隨著信息和通信技術(shù)的發(fā)展，建立覆蓋全球的船舶營運和管理數(shù)據(jù)中心已成為可能。目前，國際航運大公司已實現(xiàn)在全球范圍內(nèi)監(jiān)控所屬船舶的位置和航行狀態(tài)。在內(nèi)河水域已能實現(xiàn)對船舶位置、航行狀態(tài)、機艙主要設(shè)備實時參數(shù)以及駕駛員行為的監(jiān)控。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)為船舶智能化發(fā)展提供了新的思路。武漢理工大學(xué)基于物聯(lián)網(wǎng)框架構(gòu)建了“船聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Ships）。船聯(lián)網(wǎng)一般是指基于航運管理精細(xì)化、行業(yè)服務(wù)全面 、出行體驗人性化的目的，以企業(yè)、船民、船舶、貨物為對象，覆蓋航道、船閘、橋梁、港口和碼頭，融合物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，以數(shù)據(jù)為中心，實現(xiàn)人船互聯(lián)、船舶互聯(lián)、船貨互聯(lián)及船岸互聯(lián)的內(nèi)河智能航運信息綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

4 自主航行和避碰技術(shù)

《智能船舶規(guī)范》中定義，智能航行系指利用計算機技術(shù)、控制技術(shù)等對感知和獲得的信息進

行分析和處理，對船舶航路和航速進行設(shè)計和優(yōu)化；可行時，借助岸基支持中心，船舶能在開闊水域、狹窄水道、復(fù)雜環(huán)境條件下自動避碰，實現(xiàn)自主航行。

5 遇險預(yù)警救助技術(shù)

水上交通事故時有發(fā)生，尤其是碰撞和擱淺事故，往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。無論是在海上還是內(nèi)河水域，船舶碰撞是最為常見的水上交通事故類型，在所有的水上交通事故中占很大的比例。船舶遇險預(yù)警與搜救技術(shù)能夠有效的降低事故的發(fā)生率以及降低事故的損失。

6 狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)與故障診斷技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是以監(jiān)測設(shè)備振動發(fā)展趨勢為手段的設(shè)備運行狀態(tài)預(yù)報技術(shù)，通過了解設(shè)備的健康狀況，判斷設(shè)備是處于穩(wěn)定狀態(tài)或正在惡化。未來船舶故障診斷可考慮以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用多尺度分析方法來構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。故障診斷技術(shù)就是在船舶機械設(shè)備運行中或基本不拆卸設(shè)備的情況下，掌握設(shè)備的運行狀況，根據(jù)對被診斷對象測試所取得的有用信息進行分析處理，判斷被診斷對象的狀態(tài)是否處于異常狀態(tài)或故障狀態(tài)，判斷劣化狀態(tài)發(fā)生的部位或零部件，并判定產(chǎn)生故障的原因，以及預(yù)測狀態(tài)劣化的發(fā)展趨勢等。

7 綜合船橋系統(tǒng)

綜合船橋系統(tǒng)（Integrated Bridge System， IBS）是實現(xiàn)智能船舶最重要的組成部分，其發(fā)展從二十世紀(jì)七十年代開始， 至今已成為船舶自動化領(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、航線計劃、航路導(dǎo)航、航海作業(yè)管理、綜合航務(wù)管理等）、操縱駕駛、機艙監(jiān)測和遙控、自動避碰、航行控制、綜合通信管理及艦船安全、消防、自動監(jiān)測和報警等眾多功能為一體的高度信息化、自動化的集成系統(tǒng)。國際海事組織（IMO）對 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，目的是提高船舶航行的自動化程度和經(jīng)濟性，提高船員操作和管理效率，保證船舶和船上全體人員安全。《智能船舶規(guī)范》中列出了常用的狀態(tài)檢測技術(shù)：振動監(jiān)測技術(shù)、油液分析技術(shù)、噪聲監(jiān)測技術(shù)、熱成像技術(shù)、電氣信號分析技術(shù)，具體要求見《智能船舶規(guī)范》。

三、智能船舶的發(fā)展趨勢

1 智能航行

通過利用計算機技術(shù)、控制技術(shù)等對感知和獲得的信息進行分析和處理，對船舶航路和航速進行設(shè)計和優(yōu)化；可行時，借助岸基支持中心， 船舶能在開闊水域、狹窄水道、復(fù)雜環(huán)境條件下自動避碰，實現(xiàn)自主航行。

2 智能船體

基于船體數(shù)據(jù)庫的建立與維護，為船體全生命周期內(nèi)的安全和結(jié)構(gòu)維修保養(yǎng)提供輔助決策，同時還可通過船體相關(guān)數(shù)據(jù)的自動采集與監(jiān)測，提供船舶操縱的輔助決策。

3 智能能效管理

通過對船舶航行狀態(tài)、耗能狀況的在線監(jiān)測與數(shù)據(jù)的自動采集，對船舶能效狀況、航行及裝載狀態(tài)等進行評估，并通過大數(shù)據(jù)分析、數(shù) 值分析及優(yōu)化技術(shù)，為船舶提供數(shù)據(jù)評估分析結(jié)果和輔助決策建議，以及航速優(yōu)化、基于縱傾優(yōu)化的最佳配載等解決方案，實現(xiàn)船舶能效實時監(jiān)控、智能評估及優(yōu)化，以不斷提高船舶能效管理水平。

四、結(jié)語

船舶智能化是在大數(shù)據(jù)、信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和概念的推動下發(fā)展起來的，是繼船舶自動化、信息化后船舶行業(yè)又一重要發(fā)展趨勢。隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量信息技術(shù)產(chǎn)品被用于船舶設(shè)計，船舶已經(jīng)逐漸開始由傳統(tǒng)的機電控制向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和自動化轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為集多種自動化系統(tǒng)為一體的多功能綜合系統(tǒng)，提高了船舶航行的安全性、經(jīng)濟性以及管理效率。

參考文獻

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