智能船舶技術(shù)發(fā)展與趨勢簡述

劉昌勇

摘 要：智能化船舶現(xiàn)階段發(fā)展之中，已成為船舶研發(fā)和船舶設(shè)計(jì)的最新方向。國內(nèi)外大部分專家與學(xué)者都曾多次進(jìn)行過一系列的研究以及設(shè)計(jì)。智能船舶采用數(shù)據(jù)信息技術(shù)、智能化技術(shù)等最新技術(shù)，并與以往船舶技術(shù)充分融合，達(dá)到更加經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)環(huán)保的效果。圍繞智能船舶的發(fā)展，闡述了智能船舶的重要作用，并簡要分析了其背后的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能船舶;通信導(dǎo)航;航線監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U66 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2021）07-0083-03

受我國科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的影響，智能船舶在我國獲得了長足的進(jìn)步，已成為船舶發(fā)展的首要方向。通過對(duì)造船業(yè)現(xiàn)狀的簡要分析，并借鑒國外造船業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，雙方相互融合，貫徹我國智能船舶發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，最后指出我國智能化船舶應(yīng)是具備優(yōu)秀的工效管理以及能耗縮減，從而促進(jìn)我國智能船舶的發(fā)展。

1智能船舶的發(fā)展背景

近幾年間，以造船業(yè)和航運(yùn)業(yè)為首的舊式產(chǎn)業(yè)面臨著消極的處境。在這種形勢下，解決問題，創(chuàng)造需求，是航運(yùn)業(yè)一直存在的問題。日益增長的船舶成本、運(yùn)營的復(fù)雜性和嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，并使得船舶業(yè)持續(xù)加大對(duì)智能船舶相關(guān)投入。在當(dāng)今的環(huán)境下，船舶智能化已是航運(yùn)業(yè)的流行趨勢走向。同時(shí)，智能船舶也已是明確的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，代表著船舶未來的發(fā)展方向，關(guān)系到船舶業(yè)的升級(jí)革新。

2 智能船舶現(xiàn)狀分析

2.1國外研究現(xiàn)狀

英國于2019年推出“海洋2050”。從其內(nèi)容來看，雖然當(dāng)前的通信設(shè)施基本能滿足現(xiàn)實(shí)所需，然而隨著遠(yuǎn)程技術(shù)和智能導(dǎo)航的進(jìn)步、真實(shí)環(huán)境的變化、北極航線的擴(kuò)大，海洋環(huán)境中的通信帶寬和覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，未來的環(huán)境將得到進(jìn)一步的拓展和改善。在可預(yù)見的幾年到十幾年間，英國政府將把更多的空間技術(shù)融入海洋研發(fā)，全面釋放技術(shù)的主導(dǎo)作用，致力于各領(lǐng)域設(shè)備設(shè)施的集成和應(yīng)用。

2.2我國智能船舶研發(fā)現(xiàn)狀

哈爾濱工業(yè)大學(xué)與深圳海斯比展開了深度合作，成功建造了世界上最快的無人快艇，引發(fā)廣泛關(guān)注。尤其是設(shè)計(jì)的“大智”在上海交付，轟動(dòng)全球。它部署了一個(gè)非常全面、功能強(qiáng)大的智能“大腦”，采用了全新的設(shè)計(jì)方案和工作理念，推動(dòng)了我國船舶工業(yè)向安全、經(jīng)濟(jì)、綠色方向不斷前進(jìn)。此外，我們還有一個(gè)研發(fā)計(jì)劃。它在短時(shí)間內(nèi)取得了巨大成就，由相對(duì)技術(shù)落后的國家一步步跟上了發(fā)展的步伐，終于，走在了在智能船舶的技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域前列。

3 智能船舶的概念

智能船舶是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于船舶，自動(dòng)感知和獲取船舶信息和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)船舶本身、海洋環(huán)境、物流、港口等船舶的航行、管理、維護(hù)和貨物運(yùn)輸使船舶更加安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠[1]。

4 智能船舶的關(guān)鍵技術(shù)

4.1信息感知技術(shù)

所謂船舶信息感知，是指通過各種傳感器設(shè)備、傳感器網(wǎng)絡(luò)等信息處理設(shè)備，獲取船舶自身及其周圍環(huán)境的各種信息數(shù)據(jù)，使船舶航行更加安全可靠的一種技術(shù)手段[2]。船舶感知信息可分為船員自身狀態(tài)信息和周圍環(huán)境信息，如下表1所示。

4.2通信導(dǎo)航技術(shù)

借助無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以直接實(shí)現(xiàn)艦載航空傳感器控制系統(tǒng)與通信設(shè)備、船舶導(dǎo)航系統(tǒng)與水上岸站、船舶導(dǎo)航系統(tǒng)與船舶助航設(shè)備之間的信息和數(shù)據(jù)交換[3]。常常借助的導(dǎo)航通信控制方式有甚高頻、海上導(dǎo)航專用通信網(wǎng)、海上通信衛(wèi)星、移動(dòng)通信網(wǎng)等，導(dǎo)航控制技術(shù)的主要原理是引導(dǎo)導(dǎo)航船舶在航天器指定的飛行路線上從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)，一般來說，還包括船舶定位、目的地航線選擇、航跡曲線計(jì)算以及船舶導(dǎo)航方向和航跡的正確引導(dǎo)[4]。

4.3能效控制技術(shù)

全球航運(yùn)船舶排放CO2已達(dá)到11億t，為了提高船舶能效，降低船舶溫室氣體排放，IMO給予了最新EEDI和EEOI的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。智能船舶的發(fā)展應(yīng)緊跟綠色船舶發(fā)展理念。在確保船舶安全及運(yùn)行效率基礎(chǔ)上，分析了航行環(huán)境、自重、吃水深度、轉(zhuǎn)速與EEOI間內(nèi)在的關(guān)系。

4.4航線規(guī)劃技術(shù)

為使得所選航行路線更安全、更高效，采用航線規(guī)劃技術(shù)對(duì)于行駛水域進(jìn)行情況監(jiān)測，針對(duì)前方行船數(shù)量、交通情況以及水流狀態(tài)實(shí)行數(shù)據(jù)化分析與管理，從而能夠及時(shí)避免航道的障礙與困難，進(jìn)行智能化的選擇，以完成智能船舶技術(shù)相關(guān)應(yīng)用。

4.5狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)備的高效運(yùn)作，針對(duì)于船舶設(shè)備安全與行駛狀態(tài)的有效判斷，開展一種莊臺(tái)監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)基于監(jiān)控儀器的振幅波動(dòng)的相關(guān)變化的發(fā)展趨勢而使之運(yùn)轉(zhuǎn)的，它可以正確的診斷出船舶設(shè)備是不是達(dá)到一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)還是一個(gè)惡劣情況，在未來，這項(xiàng)基于大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于整個(gè)船舶業(yè)。

在不拆除有關(guān)設(shè)備、不影響船舶運(yùn)行的狀態(tài)下，能夠準(zhǔn)確掌握的被檢測設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)是否有異常的趨勢，并且可以實(shí)時(shí)獲取采集有效的資料信息的處理與綜合性核算。一旦船舶設(shè)備出現(xiàn)異常故障時(shí)，還可以精準(zhǔn)的判斷出發(fā)生異常的關(guān)機(jī)鍵性部分或位置，明確其具體的錯(cuò)誤因素，并預(yù)估出未來船舶的狀況是否有持續(xù)惡化的趨勢與走向。

4.6遇險(xiǎn)預(yù)警救助技術(shù)

在水上，交通事故的發(fā)生也是相對(duì)頻發(fā)，特別以碰撞、擱淺相關(guān)事故為主，常常導(dǎo)致較為嚴(yán)重的人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失。船舶碰撞是水上交通事故中最常見的一種類型，在所有的水上交通事故中，無論是海上還是內(nèi)河，都占有很大的比重。船舶遇險(xiǎn)預(yù)警和搜救技術(shù)可以有效降低事故發(fā)生率，減少事故損失。

5 智能船舶的發(fā)展階段與趨勢

智能船舶可分為以上四個(gè)發(fā)展階段，目前智能船舶正處于由第一階段向第二階段的過渡階段，從技術(shù)角度來看，是可靠的。如無人機(jī)的量產(chǎn)和深度學(xué)習(xí)的過程越來越快，造船領(lǐng)域的許多問題都可以通過深入地學(xué)習(xí)技術(shù)來解決，然而，造船業(yè)對(duì)各種設(shè)備的可靠性要求極高，這很可能成為未來智能船舶的桎梏之一[5]。

5.1智能航行

智能航行就是對(duì)行駛路線與速度進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別與獲取選擇最優(yōu)的行程規(guī)劃，基于智能化額深度處理能有效的監(jiān)測出前方航線是否存在暗礁，巖石以及其他的障礙物體，并且能夠探測出航道的寬窄、區(qū)域是否開闊及形式環(huán)境是否復(fù)雜，進(jìn)而做到智能化航行。

5.2智能船體/機(jī)艙

為了能將維護(hù)船體結(jié)構(gòu)與安全做到更好的，有必要對(duì)于整個(gè)過程創(chuàng)立新的信息數(shù)據(jù)庫，借助與之有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與監(jiān)測任務(wù)，并且可以讓船舶很穩(wěn)定的運(yùn)行。按照當(dāng)前的監(jiān)管系統(tǒng)的情況開展數(shù)據(jù)采集的相應(yīng)工作，并且對(duì)于船體、船舶以及船艙的使用狀況分析與預(yù)估，為未來的運(yùn)行計(jì)劃與決策給予適當(dāng)?shù)膸椭?/p>

5.3貨物智能管理

借助于傳感器和其他傳感設(shè)備，可以自動(dòng)采集貨艙和設(shè)備中與貨物有關(guān)的信息和數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨艙和設(shè)備內(nèi)貨物狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)測和報(bào)警。

5.4智能集成平臺(tái)

搭建了一個(gè)高度集成的船舶數(shù)據(jù)與應(yīng)用平臺(tái)。綜合平臺(tái)應(yīng)具備很強(qiáng)的開放性，能夠有效地將船舶現(xiàn)有的信息管理系統(tǒng)與未來可能建設(shè)的新系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)船舶的智能化管理，更好地與岸上信息交互。

6 結(jié)論

我國智能船舶行業(yè)的不斷發(fā)展，海上航行會(huì)面對(duì)更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代船舶向著高技術(shù)、高附加值的方向發(fā)展已達(dá)成共識(shí)。實(shí)踐證明，新一代科技的發(fā)明者和驅(qū)動(dòng)力在船舶的生存和發(fā)展中始終處于積極主動(dòng)的主導(dǎo)地位，沒有自己創(chuàng)新意圖的從眾者處于被動(dòng)地位[6]。中國船舶領(lǐng)域正在發(fā)生巨大變化，微電子、光電子等新興科技手段將人工智能計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信、導(dǎo)航等深度融合，構(gòu)建海上智能通信組合導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，這也是我國海上通信導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)代化的趨勢走向[7]。

參考文獻(xiàn)：

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