智能船舶技術的發(fā)展與研究

楊閃輝 吉興祥

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

關鍵詞： 智能船舶技術；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進行相關的分析與研究，確定新冬發(fā)展方向與目標，對促進船舶行業(yè)的發(fā)展有重要意義。

一、智能船舶技術

智能船舶技術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。現(xiàn)代無人駕駛智能船舶自動航行技術具有使用成本低，自動化程度高，續(xù)航時間長，智能化水平高，海況適應性強等特點，與傳統(tǒng)的駕駛技術相比有著非常大的優(yōu)勢，是當前造船業(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，無人船舶技術一直都是自動導航與駕駛技術的基礎。同時無人船舶技術也存在著許許多多的難題需要考察解決，比如，無人船舶在較遠的海上區(qū)域執(zhí)行任務的時候，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中，自動導航和駕駛技術一直是基礎，由于無人船舶通常在較遠的海域中執(zhí)行任務，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已經得到了廣泛的應用。我國的智能船舶自動駕駛技術可以分為兩個方面，包括有人監(jiān)控的智能駕駛技術與無人監(jiān)控的智能駕駛技術。

二、智能船舶的相關配套技術

1 衛(wèi)星和通信導航技術

在 20 世紀 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絡一般，可實現(xiàn)高速大容量通信的海洋寬帶技術也開始飛速普及。 通信技術是用于實現(xiàn)船舶上各系統(tǒng)和設備之間，以及船舶與岸站、船舶與航標之間的信息交互。常用的通信方式主要包括：VHF（甚高頻）、海事專網、海事衛(wèi)星、移動通信網絡（手機網絡）等。導航技術是用于指導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等過程。船舶常用的導航技術包括早期的無線電導航和現(xiàn)在廣泛使用的衛(wèi)星導航?！氨倍沸l(wèi)星導航系統(tǒng)”為我國船舶導航領域提供了新的發(fā)展契機。

2 大數(shù)據(jù)分析技術

“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)在全球范圍內監(jiān)控所屬船舶的位置和航行狀態(tài)。在內河水域已能實現(xiàn)對船舶位置、航行狀態(tài)、機艙主要設備實時參數(shù)以及駕駛員行為的監(jiān)控。

3 物聯(lián)網技術

物聯(lián)網的出現(xiàn)為船舶智能化發(fā)展提供了新的思路。武漢理工大學基于物聯(lián)網框架構建了“船聯(lián)網”（Internet of Ships）。船聯(lián)網一般是指基于航運管理精細化、行業(yè)服務全面 、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)網核心技術，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)的內河智能航運信息綜合服務網絡。

4 自主航行和避碰技術

《智能船舶規(guī)范》中定義，智能航行系指利用計算機技術、控制技術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、復雜環(huán)境條件下自動避碰，實現(xiàn)自主航行。

5 遇險預警救助技術

水上交通事故時有發(fā)生，尤其是碰撞和擱淺事故，往往造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。無論是在海上還是內河水域，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。船舶遇險預警與搜救技術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)測技術與故障診斷技術

狀態(tài)監(jiān)測技術是以監(jiān)測設備振動發(fā)展趨勢為手段的設備運行狀態(tài)預報技術，通過了解設備的健康狀況，判斷設備是處于穩(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，運用多尺度分析方法來構建設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。故障診斷技術就是在船舶機械設備運行中或基本不拆卸設備的情況下，掌握設備的運行狀況，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，并判定產生故障的原因，以及預測狀態(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)展從二十世紀七十年代開始， 至今已成為船舶自動化領域的核心裝備。它是一種集海上綜合導航（包括各種分導信息測量、采集、優(yōu)化處理和分發(fā)使用，航行狀態(tài)監(jiān)視、預報、航線計劃、航路導航、航海作業(yè)管理、綜合航務管理等）、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：它是船舶導航與控制的集成系統(tǒng)，通過系統(tǒng)設備及子系統(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?！吨悄艽耙?guī)范》中列出了常用的狀態(tài)檢測技術：振動監(jiān)測技術、油液分析技術、噪聲監(jiān)測技術、熱成像技術、電氣信號分析技術，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、控制技術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的安全和結構維修保養(yǎng)提供輔助決策，同時還可通過船體相關數(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，為船舶提供數(shù)據(jù)評估分析結果和輔助決策建議，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、結語

船舶智能化是在大數(shù)據(jù)、信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網等技術和概念的推動下發(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、信息技術和網絡技術的飛速發(fā)展，大量信息技術產品被用于船舶設計，船舶已經逐漸開始由傳統(tǒng)的機電控制向網絡化、數(shù)字化和自動化轉變，已經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、經濟性以及管理效率。

參考文獻

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