智能船舶主要機電應用技術分析

李俊輝 崔志強

摘要：當前，我國智能船舶技術研發(fā)大致與國際先進水平齊頭并進，在智能船舶標準規(guī)范研制、船型研發(fā)、智能機電設備集成研發(fā)等方面已有研究成效，但要實現(xiàn)智能技術在船舶上成熟實際應用與市場化還有不少高峰需要攀登。

關鍵詞：智能船舶;機電;應用技術

引言

未來綠色船舶技術發(fā)展的必然方向就是智能船舶，其是對船舶機械化、電氣化和智能化的統(tǒng)一。在智能船舶中，要把握其主要機電的應用技術，通過現(xiàn)有的一體化設備對船舶機電一體化管理系統(tǒng)進行仿真設計，進一步推動了船舶機電的智能化發(fā)展。

1智能船舶涵義界定

智能船舶運用的是傳感、通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術手段，并通過計算機技術、自動控制技術、大數(shù)據(jù)技術、智能技術等對船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)進行自動感知和獲取，推動船舶航行、管理、維護保養(yǎng)、貨物運輸?shù)确矫娴闹悄芑\行，保證船舶運行更加安全、環(huán)保、可靠。智能船舶具有感知的能力，可以對船舶自身和周圍環(huán)境信息進行感知。而且具有記憶和思維能力，對于其自身感知的信息及管理知識進行存儲，通過已有的知識來分析、計算、比較、判斷、聯(lián)想、決策信息。智能船舶還可以進行學習和自適應，其依賴的是專家知識、與環(huán)境的相互作用，通過學習積累知識對環(huán)境變化適應。

2智能船舶主要機電應用技術分析

2.1智能船舶技術研發(fā)路徑

對于智能船舶技術的研發(fā)路徑，全球范圍內(nèi)都在熱切關注，各有策略。大家都認為，智能船舶技術研發(fā)不可能一步登天，需要理性循序漸進，需要分階段突破。最終目標是實現(xiàn)包含遠洋交通運輸在內(nèi)的完全無人駕駛，智能化自主航行船舶。

2.2大數(shù)據(jù)挖掘處理技術

通信技術、計算機技術的發(fā)展日新月異，大數(shù)據(jù)技術應用的范圍越來越廣。毋庸置疑，大數(shù)據(jù)技術是智能船舶的必選項。當前，大數(shù)據(jù)技術在智能船舶上的推廣應用需要解決的關鍵點是：根據(jù)現(xiàn)有行業(yè)資源和特點，尋求合適船舶領域的大數(shù)據(jù)挖掘與分析處理思路與方法。而大數(shù)據(jù)技術分析方法大致有兩種，一種是以物（計算機或者機器）為基點來討論，突出的是物的人工智能與計算，涉及到的主要研究方向包括數(shù)據(jù)挖掘算法、智能搜索、高速高精度處理計算方法等;另一種是以人為基點來討論，突出的是與人認知規(guī)律匹配、人機可友好交互的分析方法，目的在于讓物（計算機或者機器）能像人一樣“認知”或“思考”。大數(shù)據(jù)在船舶上的應用就是利用大數(shù)據(jù)為船所用，提供有益有用的輔助決策信息，并挖掘潛在價值。大數(shù)據(jù)技術應用在船上有各種優(yōu)勢，例如：（1）借助大數(shù)據(jù)，可研判船機狀況以提升船機的維護操控水準;精準核算備件數(shù)量，優(yōu)化機電設備等資源配置;（2）以船機油料物料消耗真實大數(shù)據(jù)、船舶航速等數(shù)據(jù)為基礎，設置最優(yōu)經(jīng)濟航速等輔助優(yōu)化船舶管理決策。

2.3船機信息感知技術

（1）船舶航行狀態(tài)信息，比如船位、航速、航線方向等;（2）船舶機電設備狀態(tài)信息，比如船舶主機轉(zhuǎn)速、各處壓力、水位、油位等。目前，此類信息傳感器技術較為成熟可靠，有各種物理信號的傳感器產(chǎn)品在市場上可選。而相關環(huán)境信息相對來說比較復雜，涉及船舶周圍的各種物理存在、天氣條件、海水靜止與流動特性、監(jiān)視信息等等，其所用的信息感知硬件也較為高精尖，包含航行數(shù)據(jù)記錄儀（VDR）、AIS、激光雷達、電子海圖、攝像頭（機）等。此類需感知的環(huán)境信號繁多，來源不一，存信息冗余和不一致甚至沖突的情況，是研發(fā)的重點和難點。2018年，在新建造的集裝箱船上試驗了人工智能AI情景感知技術。其首次綜合利用了計算機技術、光傳感與檢測、激光雷達（測距）和配套感知軟件的人工智能方案，系統(tǒng)采用先進傳感器不間斷采集船機周圍信息，感知和分析處理威脅（潛在事故），并在駕駛臺人機交互界面上顯示，以此提升船舶海上營運中的目標識別、情景感知能力.

2.4無人船技術

智能船舶的控制系統(tǒng)直接影響著無人船航行的操縱性、經(jīng)濟性和安全性，所以測量中可以自動控制無人船的航速與航向，保證無人船可以克服各種干擾，實現(xiàn)無人船的自動穩(wěn)定地運行，這是智能船舶中無人船自動作業(yè)和自動回歸的核心技術。在智能船舶中，無人船依據(jù)智能控制技術、螺旋槳的推力和舵機對航速和航向進行實時調(diào)節(jié)，可以自動按照預先設定的航線進行精準的走線、換線及回歸等功能。而且無人船的關鍵技術還可以進行多傳感器集成與數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)遠距離無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通訊，進行實時多?？刂萍夹g。比如，進行多傳感器集成中，無人船設計的可兼容多傳感器的船載控制系統(tǒng)，結合不同的用戶需求都可以進行靈活搭載GNSS接收機、測深儀、ADCP（聲學多普勒流速剖面儀）、電子羅盤、水質(zhì)采樣等多種傳感器設備.

2.5智能機艙技術

通常把船舶駕駛室比作船舶“大腦”，而船舶“心臟”就是機艙，可見船舶機艙舉足輕重。智能船只很重要的一方面就是智能機艙，全球各大船級社都對智能機艙或者自動化機艙有涵義界定。《智能船舶規(guī)范》第四章闡述了智能機艙的涵義，梳理智能機艙的功能主要有四項：（1）可對包含船舶主推進動力裝置、輔機等船機設備狀態(tài)進行信息感知，狀態(tài)監(jiān)測，獲取穩(wěn)定可靠的船機運行數(shù)據(jù)和管理信息。（2）根據(jù)已獲取存儲的數(shù)據(jù)信息，對船機設備是否“健康”、有何“病癥”，進行體檢、評估與診斷。（3）根據(jù)體檢、評估與診斷結論，提出針對具體船機設備或系統(tǒng)的“藥方”，以保障其健康運轉(zhuǎn)。（4）補充功能，即以上三項以外的其它功能。比如，可根據(jù)船機設備或系統(tǒng)的“體檢報告”給出“預防與保養(yǎng)建議”，制定輪機維護與修理計劃等。中國船級社對智能機艙提出了2項關鍵指標：（1）符合AUT-0標準;（2）可進行狀態(tài)監(jiān)測，進而提供輔助決策功能的完備系統(tǒng)。由此可見，智能機艙與傳統(tǒng)自動化機艙的核心差異在于“狀態(tài)監(jiān)測”和“輔助決策”。在海工項目中，已有多種獨立的“狀態(tài)監(jiān)測”和“輔助決策”系統(tǒng)在研發(fā)應用。而當前需要的完備系統(tǒng)應該是可讓“大數(shù)據(jù)技術”、“信息感知技術”與“輔助決策”無縫融合。

結語

智能船舶是一種新型的船舶，其集多種自動化系統(tǒng)為一體，具有多功能的綜合系統(tǒng)，使得船舶航行的安全性、經(jīng)濟性和管理效率大大提高。

參考文獻：

[1]? 中國科技網(wǎng).無人駕駛船舶：來日可期10年內(nèi)將在全球航行[EB/OL].[2014-08-29].

[2]? 葉強.智能船舶技術和無人駕駛技術研究[J].山東工業(yè)技術，2017，（15）：106.

[3]? 楊博.關于船舶智能運行與維護技術[J].中國遠洋航務，2015，（12）：68-69.

（作者單位：廣州文沖船舶修造有限公司）