智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

許凱瑋，張海華，顏 開，朱亞洲，劉家瑞

(1. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（湛江），廣東 湛江 524006；2. 中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無(wú)錫 214081；3. 江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212018)

0 引 言

2019年，國(guó)際海事組織最近的一項(xiàng)研究表明，到2040年，無(wú)人自動(dòng)航行的船舶將占全球航運(yùn)業(yè)的11%～17%[1]。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)智能船舶、無(wú)人艇、水下航行器、深遠(yuǎn)海裝備等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給予了大量支持，但并未達(dá)到預(yù)期的效果。其中一個(gè)重要的原因是，裝備從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品定型及產(chǎn)品化，必須經(jīng)過(guò)大量海上試驗(yàn)與測(cè)試，占用大量的科研時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，這影響了國(guó)家在關(guān)鍵技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)培育方面的投入效果。建立功能完備、設(shè)施齊全、公益性與經(jīng)濟(jì)性結(jié)合的海上試驗(yàn)環(huán)境是英、美等發(fā)達(dá)國(guó)家用以降低本國(guó)海洋技術(shù)裝備試驗(yàn)成本，推動(dòng)技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效手段。但此類海上試驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)工作在我國(guó)尚屬起步階段，相關(guān)測(cè)試技術(shù)、驗(yàn)證方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)亦未統(tǒng)一且未形成體系。這嚴(yán)重影響了海洋技術(shù)裝備、智能船舶和海上試驗(yàn)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)走向海上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程，成為制約我國(guó)自主海洋裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。目前，建設(shè)集裝備技術(shù)、裝備試驗(yàn)、方法研究、成果轉(zhuǎn)化、科學(xué)觀測(cè)等多種功能于一身的科學(xué)合理、功能齊全、體系完備、資源共享、軍民兼用的海上試驗(yàn)場(chǎng)并建立與之配套的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)體系，已成為國(guó)家海洋裝備科技進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求，且已在相關(guān)各領(lǐng)域內(nèi)形成了廣泛共識(shí)。

國(guó)家級(jí)海上試驗(yàn)場(chǎng)可為海洋科學(xué)研究、海上技術(shù)裝備的研發(fā)、測(cè)試、評(píng)價(jià)，智能/無(wú)人船舶工程化應(yīng)用等提供科學(xué)有效的試驗(yàn)環(huán)境，并可獲取長(zhǎng)期連續(xù)、要素完備的數(shù)據(jù)資料；可為智能/無(wú)人船海上試驗(yàn)驗(yàn)證、海洋技術(shù)裝備的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和定標(biāo)檢驗(yàn)、海洋環(huán)境立體化監(jiān)測(cè)、水下通信和組網(wǎng)試驗(yàn)、水下傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)以及軍民融合技術(shù)驗(yàn)證與應(yīng)用等科學(xué)活動(dòng)提供技術(shù)服務(wù)平臺(tái)；可為我國(guó)的船舶與海洋工程及其智能化應(yīng)用達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

但如何構(gòu)建一個(gè)國(guó)家級(jí)的海上綜合性試驗(yàn)場(chǎng)，是一項(xiàng)復(fù)雜而浩大的工程，需要做好中長(zhǎng)期規(guī)劃，穩(wěn)步推進(jìn)。既要對(duì)海上試驗(yàn)場(chǎng)的總體功能進(jìn)行定位，又要明確其研究方向，和國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)單位形成互補(bǔ)與合力。同時(shí)，提出具有中國(guó)特色符合國(guó)情的試驗(yàn)場(chǎng)運(yùn)維管理模式。因此，急需開展試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)的頂層論證和規(guī)劃設(shè)計(jì)，并對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)涉及的一些主要核心功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文將介紹國(guó)內(nèi)外海上試驗(yàn)場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，為試驗(yàn)場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、技術(shù)研究和能力建設(shè)提供頂層框架支持。

1 國(guó)外主要海上試驗(yàn)場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 挪威Trondheimsfjorden試驗(yàn)場(chǎng)

2016年9月，挪威海事部門同意在特隆赫姆峽灣進(jìn)行自主船舶及智能航運(yùn)的測(cè)試[2]。Trondheimsfjorden試驗(yàn)場(chǎng)長(zhǎng)29 km，寬3.2～24.1 km，是全球首個(gè)自主航船試驗(yàn)區(qū)。這個(gè)項(xiàng)目將開發(fā)技術(shù)和概念的測(cè)試和驗(yàn)證的基礎(chǔ)設(shè)施和方法。這將確保高水平的安全性和可操作性的驗(yàn)證，并建立自主航運(yùn)的可信度。自主運(yùn)輸是由通信技術(shù)、定位技術(shù)、先進(jìn)的傳感技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和改進(jìn)的連接性技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)）等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這些技術(shù)的驗(yàn)證對(duì)未來(lái)自主的貨物和人員運(yùn)輸至關(guān)重要。

圖1 特隆赫姆峽灣測(cè)試場(chǎng)建設(shè)實(shí)施計(jì)劃Fig. 1 Implementation plan for construction of Trondheim fjord test site

Trondheimsfjorden的使命是，促進(jìn)知識(shí)建設(shè)、刺激技術(shù)發(fā)展、推動(dòng)創(chuàng)新、制定規(guī)章制度、測(cè)試和驗(yàn)證概念和解決方案等。目前，NTNU，Kongsberg Seatex，Kongsberg Maritime，MARINTEK和Maritime Robotics等高校和公司與特隆赫姆港和挪威海事局合作，開展多項(xiàng)無(wú)人駕駛船舶技術(shù)的測(cè)試。試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)將分3個(gè)階段進(jìn)行[3]，第1階段2018?2020年（導(dǎo)航及技術(shù)支持），主要建設(shè)試驗(yàn)場(chǎng)控制中心、GNSS監(jiān)測(cè)站、DGNSS參考站、用于測(cè)試的AIS基站、移動(dòng)寬帶無(wú)線電（MBR）、VDE衛(wèi)星終端、數(shù)據(jù)中心等；第2階段2020?2022年，布置激光雷達(dá)、沿海雷達(dá)站、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、氣象和環(huán)境浮標(biāo)、水下裝置等；第3階段2022年以后，將建設(shè)成一個(gè)綜合性的海上試驗(yàn)場(chǎng)，包括海洋空間中心和海洋實(shí)驗(yàn)室。

1.2 芬蘭 Jaakonmeri試驗(yàn)場(chǎng)

2017年8月，芬蘭埃烏拉約基一個(gè)用于自動(dòng)駕駛船舶和自動(dòng)駕駛技術(shù)測(cè)試的試驗(yàn)海域?qū)ν忾_放[4]，該測(cè)試場(chǎng)是世界上第1個(gè)對(duì)外開放的海上無(wú)人船自主測(cè)試的區(qū)域。Jaakonmeri測(cè)試場(chǎng)由DIMECC管理和運(yùn)維，旨在建立一個(gè)自動(dòng)航運(yùn)交易的共創(chuàng)生態(tài)系統(tǒng)。該試驗(yàn)區(qū)是125 km2的開放海域，南北跨度為17.85 km，東西跨度為7.1 km，水深在20～60 m，離岸距離約10 n mile，如圖2所示。該海域的環(huán)境復(fù)雜，航道曲折，可以模擬多種復(fù)雜場(chǎng)景，對(duì)于自主航運(yùn)技術(shù)測(cè)試來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好測(cè)試環(huán)境。

1.3 比利時(shí)智能航行測(cè)試區(qū)

比利時(shí)航道管理局De Vlaamse Waterweg nv在荷蘭水運(yùn)管理局Rijkwaterstad的支持下，面向智能航運(yùn)、智能船舶發(fā)展需求，在比利時(shí)北部水網(wǎng)地區(qū)開放了測(cè)試場(chǎng)[5]。自2018年5月18日起，該測(cè)試區(qū)域面向公眾開放。相關(guān)單位可以提出測(cè)試申請(qǐng)，以萊茵河航行管委會(huì)（Central Commission for the Navigation of the Rhine）制定的船舶智能等級(jí)為依據(jù)，在統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下開展相應(yīng)測(cè)試。

1.4 美國(guó)蒙特雷灣海上試驗(yàn)場(chǎng)

美國(guó)蒙特雷灣海上試驗(yàn)場(chǎng)[6]是軍民共用的試驗(yàn)場(chǎng)，用于海洋裝備的試驗(yàn)、觀測(cè)和采樣方法研究、模型試驗(yàn)、海洋科學(xué)觀測(cè)和試驗(yàn)研究。蒙特雷灣位于美國(guó)西部加利福尼亞州的太平洋沿岸，海岸巖石堆積，海岸線上森林茂密，灣內(nèi)潮水澎湃，水深由淺至深，深水區(qū)是最大水深達(dá)4 000 m的大峽谷，也是美加合作東北太平洋觀測(cè)系統(tǒng)（“海王星”計(jì)劃）美國(guó)部分的所在海域。多年來(lái)，多家研究機(jī)構(gòu)或高校在該試驗(yàn)場(chǎng)開展了科學(xué)觀測(cè)和試驗(yàn)研究。蒙特雷灣位于美國(guó)西部加利福尼亞州的太平洋沿岸，在蒙特雷灣開展的海洋科學(xué)觀測(cè)、研究和新裝備試驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)）主要有蒙特雷海洋觀測(cè)系統(tǒng)（MOOS）、蒙特雷加速研究系統(tǒng)（MARS）、自主海洋采樣網(wǎng)（AOSN）、陸地/海洋生物地球化學(xué)觀測(cè)（LOBO）、海洋多學(xué)科獲取系統(tǒng)（OASIS）等[7]。

圖2 芬蘭Jaakonmeri海上測(cè)試場(chǎng)Fig. 2 Jaakonmeri offshore test site, Finland

1.5 美國(guó)密歇根理工大學(xué)海洋自主研究基地

美國(guó)密歇根理工大學(xué)大湖研究中心的定位是支持智能船舶聯(lián)盟和建立一個(gè)自主船舶試驗(yàn)臺(tái)設(shè)施，即海洋自主研究站（MARS）[8]。MARS位于密歇根州，密歇根理工大學(xué)主校區(qū)30 n mile半徑范圍內(nèi)，該區(qū)域目前由大學(xué)的高精度、實(shí)時(shí)、全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量系統(tǒng)提供服務(wù)。2018年8月10日，智能船舶聯(lián)盟（SmartShips Coalition）正式啟動(dòng)，18名成員獲得確認(rèn)。該試驗(yàn)區(qū)將限于小型船舶（<10 m），預(yù)計(jì)重點(diǎn)放在研究和測(cè)量船上。這些船舶代表了具有近期商業(yè)潛力最大的船舶，比大型船舶風(fēng)險(xiǎn)小得多。

2 國(guó)內(nèi)海上試驗(yàn)場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在發(fā)展大型智能船舶技術(shù)過(guò)程中，亟需建立相應(yīng)的測(cè)試環(huán)境與驗(yàn)證能力。目前國(guó)內(nèi)大多針對(duì)小型無(wú)人艇，建立海上智能航行能力驗(yàn)證的測(cè)試系統(tǒng)，而大型化的智能船舶除了智能航行系統(tǒng)，還有貨物管理系統(tǒng)、能源與動(dòng)力系統(tǒng)智能管理系統(tǒng)、輔機(jī)安全運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)、全船安全監(jiān)控系統(tǒng)、振動(dòng)噪聲監(jiān)控系統(tǒng)、節(jié)能環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)以及一體化信息系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，對(duì)這些智能系統(tǒng)的海上試驗(yàn)驗(yàn)證，國(guó)內(nèi)外均未建立相應(yīng)的測(cè)試技術(shù)體系。且多數(shù)試驗(yàn)場(chǎng)目標(biāo)圍繞的還是自身船艇產(chǎn)品的研發(fā)與驗(yàn)證，而不是公共服務(wù)的試驗(yàn)場(chǎng)。

2.1 七六〇海上試驗(yàn)場(chǎng)

七六〇海上試驗(yàn)場(chǎng)是國(guó)內(nèi)建成較早、測(cè)試技術(shù)和方法都相對(duì)成熟的海上試驗(yàn)場(chǎng)，是我國(guó)獨(dú)具特色的艦船目標(biāo)特征信息中心，科研與裝備海上綜合試驗(yàn)保障基地。該試驗(yàn)場(chǎng)針對(duì)軍品開展測(cè)試，主要關(guān)注輻射噪聲、電磁以及流場(chǎng)等艦船作戰(zhàn)隱身性能方面的測(cè)試，下設(shè)海上試驗(yàn)技術(shù)中心和試驗(yàn)與鑒定（檢測(cè)）機(jī)構(gòu)，包括實(shí)船噪聲檢測(cè)中心、艦艇回聲檢測(cè)中心和艦艇水下電磁場(chǎng)檢測(cè)中心，同時(shí)還擁有從事目標(biāo)特性研究與測(cè)試的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。七六〇海上試驗(yàn)場(chǎng)分為海上靜態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)、淺海動(dòng)態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)、深海動(dòng)態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)等三大主力試驗(yàn)場(chǎng)，提供海區(qū)聲學(xué)、電磁、海雜波及尾流等各項(xiàng)科研測(cè)試試驗(yàn)以及環(huán)境輔助試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息的獲取與處理等。

2.2 珠海萬(wàn)山無(wú)人船海上測(cè)試場(chǎng)

2018年2月，南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）啟動(dòng)建設(shè)萬(wàn)山無(wú)人船海上測(cè)試場(chǎng)[9]。該測(cè)試場(chǎng)是亞洲首個(gè)無(wú)人船海上測(cè)試場(chǎng)，并獲得了CCS首張測(cè)試場(chǎng)服務(wù)供應(yīng)方認(rèn)可證書。萬(wàn)山無(wú)人船海上測(cè)試場(chǎng)分2期建設(shè)，一期規(guī)劃21.6 km2的海域作為調(diào)試測(cè)試場(chǎng)，二期規(guī)劃750 km2的海域作為性能測(cè)試場(chǎng)，岸基測(cè)試基地位于小萬(wàn)山島占地5.7 km2。測(cè)試場(chǎng)針對(duì)不同的船型建設(shè)多維度、多功能、多場(chǎng)景的測(cè)試區(qū)域，岸基設(shè)置測(cè)試中心及測(cè)試碼頭等多個(gè)功能區(qū)可為整個(gè)測(cè)試海域提供服務(wù)，開展無(wú)人船單艇自主航行的感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的測(cè)試以及多艇協(xié)同控制控制能力的試驗(yàn)，為無(wú)人艇的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3 日照無(wú)人艇測(cè)試場(chǎng)

上海交通大學(xué)海洋智能裝備與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在山東日照建設(shè)了一個(gè)無(wú)人艇測(cè)試場(chǎng)，測(cè)試場(chǎng)設(shè)有海上試驗(yàn)區(qū)、岸基指揮站以及數(shù)據(jù)反演及態(tài)勢(shì)研判終端系統(tǒng)等功能模塊，可以為水面、水下各種無(wú)人裝備的系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)及智能功能評(píng)估。該測(cè)試場(chǎng)可以針對(duì)不同噸位及功能的無(wú)人艇，分別針對(duì)無(wú)人艇的自主循跡、自主避障、目標(biāo)識(shí)別跟蹤等功能進(jìn)行考核，主要解決無(wú)人艇本身的總體設(shè)計(jì)、自主控制以及在實(shí)際海洋環(huán)境下的目標(biāo)圖像識(shí)別、環(huán)境感知等人工智能算法等問(wèn)題。

圖4 日照無(wú)人艇測(cè)試場(chǎng)和測(cè)試系統(tǒng)示意圖Fig. 4 Rizhao unmanned ship test site and test system

2.4 青島海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)

青島海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)為哈爾濱工程大學(xué)規(guī)劃建設(shè)的海上無(wú)人裝備及系統(tǒng)近淺海綜合試驗(yàn)場(chǎng)，包括相應(yīng)的陸域基地、通海港池試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)海區(qū)。其中，試驗(yàn)場(chǎng)陸上基地總占地140畝，通海港池試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)海域面積為3.86萬(wàn)平方米、靈山島海上綜合試驗(yàn)區(qū)的試驗(yàn)海域面積為20 km2[10]。

2.5 湛江灣實(shí)驗(yàn)室智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)

湛江灣實(shí)驗(yàn)室瞄準(zhǔn)國(guó)家戰(zhàn)略和智能化發(fā)展需求，依托湛江、面向南海、服務(wù)全球，籌建智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)。海上試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略定位是以智能船舶、水面無(wú)人船、水下無(wú)人航行器、深遠(yuǎn)海裝備等為對(duì)象，進(jìn)行裝備智能技術(shù)、智能系統(tǒng)、智能功能等的檢測(cè)、考核、評(píng)估；研究并建立各項(xiàng)智能船舶技術(shù)試驗(yàn)考核的標(biāo)準(zhǔn)體系；形成我國(guó)智能船舶發(fā)證管理的技術(shù)支撐能力。

同時(shí)，圍繞國(guó)家海洋發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦南海、經(jīng)略深海。試驗(yàn)場(chǎng)將瞄準(zhǔn)深海裝備、大型浮式平臺(tái)、極地裝備、水下探測(cè)等國(guó)家戰(zhàn)略需求重點(diǎn)領(lǐng)域和新興交叉前沿領(lǐng)域，開展基礎(chǔ)測(cè)試?yán)碚?、測(cè)評(píng)技術(shù)、海試驗(yàn)證等技術(shù)研究。構(gòu)建“軍民一體”、“空海潛一體”的綜合試驗(yàn)場(chǎng)。建設(shè)成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的智能與無(wú)人、深海裝備及探測(cè)技術(shù)試驗(yàn)研究中心與海試信息數(shù)據(jù)中心，提升我國(guó)船舶和海洋裝備技術(shù)領(lǐng)域核心競(jìng)爭(zhēng)力，引領(lǐng)和支撐船舶和海洋裝備的發(fā)展，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

圖5 湛江灣實(shí)驗(yàn)室智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)劃Fig. 5 Plan of intelligent ship test area of Zhanjiang Bay laboratory

3 智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)的發(fā)展機(jī)遇

3.1 響應(yīng)國(guó)家大力發(fā)展智能船舶的需要

2018年12月，工業(yè)和信息化部、交通運(yùn)輸部、國(guó)防科工局聯(lián)合印發(fā)了《智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019?2021年）》[11]。明確提出加強(qiáng)智能船舶測(cè)試與驗(yàn)證能力建設(shè)。充分利用現(xiàn)有條件與基礎(chǔ)，突破半物理環(huán)境測(cè)試、跨域協(xié)同測(cè)試等技術(shù)，建立涵蓋智能器件、智能設(shè)備、智能系統(tǒng)以及整船的多層級(jí)綜合測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)，建設(shè)滿足多場(chǎng)景實(shí)船測(cè)試要求的水上綜合試驗(yàn)場(chǎng)，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合、岸海一體的綜合測(cè)試與驗(yàn)證能力，打造智能船舶試驗(yàn)、驗(yàn)證、評(píng)估、檢驗(yàn)的服務(wù)體系。

3.2 維護(hù)海洋權(quán)益、建設(shè)世界一流海軍的需求

近年來(lái)，我國(guó)海上權(quán)益屢遭侵犯，海洋維權(quán)形勢(shì)嚴(yán)峻。海上試驗(yàn)場(chǎng)將為無(wú)人巡航艇、近島礁超大型浮式保障平臺(tái)、深遠(yuǎn)海裝備等海洋維權(quán)技術(shù)裝備提供研發(fā)及試驗(yàn)平臺(tái)，也可以為海軍裝備、軍事海洋環(huán)境儀器設(shè)備提供試驗(yàn)、測(cè)試及研發(fā)等技術(shù)支撐。

3.3 深遠(yuǎn)海開發(fā)與探測(cè)裝備高質(zhì)量發(fā)展的需要

當(dāng)前“深海、極地、外空、互聯(lián)網(wǎng)”已經(jīng)成為各國(guó)政治和經(jīng)濟(jì)博弈的新疆域。在各國(guó)競(jìng)相進(jìn)軍新型戰(zhàn)略空間且競(jìng)爭(zhēng)多于合作的嚴(yán)峻形勢(shì)下，爭(zhēng)奪深海與極地領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國(guó)”的重要基石。世界海洋90%面積的海域水深超過(guò)1 000 m，當(dāng)前人類認(rèn)識(shí)與開發(fā)深海尚處于初級(jí)階段，未來(lái)深海安全保障、原位科學(xué)研究、資源掌控的水平與地位取決于深海探測(cè)和作業(yè)能力。深海裝備則是支撐任務(wù)的脊梁。

建立強(qiáng)大海洋裝備測(cè)試體系，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要途徑。智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)將為我國(guó)的海洋裝備配套產(chǎn)品提供一系列行之有效的測(cè)試體系和測(cè)試方法，形成有中國(guó)特色的久經(jīng)考驗(yàn)的海上全系統(tǒng)綜合測(cè)試平臺(tái)，為深遠(yuǎn)海開發(fā)與探測(cè)裝備提供海試驗(yàn)證、技術(shù)支撐與試驗(yàn)保障。

4 智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)技術(shù)趨勢(shì)

4.1 理想試驗(yàn)場(chǎng)海域選擇

雖然中國(guó)的海域面積寬廣，但選擇一處理想的試驗(yàn)場(chǎng)海域需要充分考慮各方面因素。首先需要滿足國(guó)家海洋規(guī)劃、避開海洋生態(tài)紅線區(qū)（如海洋自然保護(hù)區(qū)、重要漁業(yè)海域等）；其次，海域條件優(yōu)越，如氣象水文條件較好，水深、面積符合測(cè)試需求以及基礎(chǔ)的離岸通信保障等；最后，通航情況較好，來(lái)往船舶較少，或者來(lái)往船只不會(huì)對(duì)海上試驗(yàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行破壞。海上試驗(yàn)場(chǎng)的選址問(wèn)題需要進(jìn)行充分的調(diào)查、勘測(cè)和論證工作，這也是限制國(guó)內(nèi)海上試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)規(guī)模、服務(wù)領(lǐng)域、功能定位的重要因素。我國(guó)目前的幾個(gè)海上試驗(yàn)場(chǎng)主要是我國(guó)海軍和相關(guān)涉?？蒲性核葯C(jī)構(gòu)為進(jìn)行儀器設(shè)備檢驗(yàn)所選擇的某一試驗(yàn)海區(qū)。這些試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)均為淺海場(chǎng)區(qū)，沒(méi)有深海試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)，且功能定位單一，與發(fā)達(dá)國(guó)家的綜合海上試驗(yàn)場(chǎng)存在較大的差距。

4.2 試驗(yàn)海域測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建與環(huán)境重構(gòu)

海上測(cè)試不同于水池模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬試驗(yàn)，需要通過(guò)前期的海底地形地貌勘測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取真實(shí)的海洋環(huán)境（包括風(fēng)浪流、氣象等參數(shù)），并通過(guò)布設(shè)浮標(biāo)、礙航物、目標(biāo)船等動(dòng)靜態(tài)環(huán)境要素模擬實(shí)際船舶的通航環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被試船舶的智能功能、智能性能的測(cè)試。實(shí)際海域多物理量場(chǎng)景的構(gòu)建是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，將對(duì)智能船舶的性能測(cè)試產(chǎn)生較大影響。能否模擬并構(gòu)建真實(shí)的通航環(huán)境，掌握測(cè)試場(chǎng)所處海洋環(huán)境變化特性和干擾特性，結(jié)合虛實(shí)融合技術(shù)對(duì)航行測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行復(fù)現(xiàn)和重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的測(cè)試與驗(yàn)證評(píng)估，將直接影響測(cè)試結(jié)果的可信度[12]。

4.3 測(cè)評(píng)指標(biāo)體系與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定

針對(duì)不同的測(cè)試對(duì)象、不同的功能目標(biāo)，需要最大程度地對(duì)目標(biāo)性能進(jìn)行參數(shù)化解耦、量化形成可對(duì)比分析的測(cè)試指標(biāo)，并有針對(duì)性的進(jìn)行測(cè)試科目設(shè)置，制定科學(xué)的測(cè)試流程[12]。通過(guò)大量的測(cè)試與驗(yàn)證分析，構(gòu)建形成不同測(cè)試對(duì)象、測(cè)試指標(biāo)的評(píng)估體系，指導(dǎo)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

4.4 協(xié)同通信與時(shí)鐘同步

海上試驗(yàn)場(chǎng)涉及到海、陸、空、水下等多域協(xié)同問(wèn)題，智能船舶測(cè)試涉及船船通信、船岸通信，如何保證將試驗(yàn)場(chǎng)海洋環(huán)境、通航環(huán)境要素、被試船舶的狀態(tài)等多場(chǎng)景參數(shù)的測(cè)試實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步、信息協(xié)同，將是海上試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)和測(cè)試能力構(gòu)建的關(guān)鍵問(wèn)題。

4.5 海上測(cè)試過(guò)程安全保障

縱觀國(guó)內(nèi)外相關(guān)海上試驗(yàn)場(chǎng)的測(cè)試現(xiàn)狀以及我國(guó)測(cè)試場(chǎng)當(dāng)前的技術(shù)水平，海上測(cè)試相應(yīng)的綜合保障能力、管理水平、管理經(jīng)驗(yàn)等都還不足。2019年在七五〇試驗(yàn)場(chǎng)和七六〇試驗(yàn)場(chǎng)舉行的2次無(wú)人艇競(jìng)賽中，在實(shí)際的海上或湖上測(cè)試過(guò)程中，極易出現(xiàn)通信電磁干擾、無(wú)關(guān)船舶干擾、設(shè)備故障、漂浮漁網(wǎng)等各種問(wèn)題。這中間除了智能船艇自身抗干擾能力不足、系統(tǒng)及設(shè)備缺少試驗(yàn)驗(yàn)證、系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性差等問(wèn)題以外，也暴露出了試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)水平、管理能力、保障措施等基本能力的不足。

4.6 試驗(yàn)場(chǎng)的創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)模式

我國(guó)智能船的技術(shù)發(fā)展尚處于初級(jí)階段，航運(yùn)船舶的智能化或無(wú)人化還受國(guó)際公約、法規(guī)等的限制，亟需海上試驗(yàn)場(chǎng)及試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，為智能設(shè)備、智能系統(tǒng)和智能技術(shù)提供試驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用平臺(tái)。而一個(gè)設(shè)施完整的海上試驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)包括岸基保障基地、碼頭、海域等場(chǎng)地資源，有條件的試驗(yàn)場(chǎng)還將配套建設(shè)試驗(yàn)保障船，以及相應(yīng)的岸基、水面、水下測(cè)試設(shè)備與保障裝備，需要的投資與每年的維護(hù)成本較高。如何創(chuàng)新運(yùn)維管理模式，通過(guò)拓展試驗(yàn)場(chǎng)的測(cè)試服務(wù)對(duì)象，發(fā)揮試驗(yàn)場(chǎng)基礎(chǔ)技術(shù)支撐作用，聯(lián)合行業(yè)科研優(yōu)勢(shì)單位，共同開展智能船舶、海洋裝備、測(cè)試技術(shù)等科研攻關(guān)，成為我國(guó)相關(guān)裝備的工程化應(yīng)用的橋梁和紐帶，將是海上試驗(yàn)場(chǎng)運(yùn)維管理的重要課題。

5 結(jié) 語(yǔ)

一個(gè)國(guó)家海洋裝備技術(shù)與產(chǎn)品的先進(jìn)水平，與重視試驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)手段和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的程度成正相關(guān)?？傮w來(lái)說(shuō)，目前國(guó)外的海上試驗(yàn)場(chǎng)都是集科學(xué)觀測(cè)、技術(shù)裝備試驗(yàn)、方法研究、標(biāo)準(zhǔn)制定等多功能于一身的綜合性試驗(yàn)場(chǎng)，其發(fā)展趨勢(shì)多是由單一功能向多功能且為大型系統(tǒng)和裝備提供試驗(yàn)條件發(fā)展、向深遠(yuǎn)海和海底發(fā)展。而國(guó)內(nèi)海上試驗(yàn)場(chǎng)共同的特點(diǎn)是建設(shè)規(guī)模相對(duì)較小、服務(wù)領(lǐng)域較窄、設(shè)備和功能比較單一、場(chǎng)址相對(duì)分散、共享程度低，而且大部分海洋試驗(yàn)場(chǎng)缺乏業(yè)務(wù)化運(yùn)行的能力，與國(guó)外海上試驗(yàn)場(chǎng)差距較大。國(guó)家級(jí)智能船舶海上試驗(yàn)場(chǎng)將極大程度地解決我國(guó)智能船舶、深遠(yuǎn)海裝備在海上試驗(yàn)的迫切需求，為智能船舶及海上裝備技術(shù)的研發(fā)、測(cè)試、評(píng)價(jià)等提供科學(xué)有效的試驗(yàn)環(huán)境與條件，對(duì)提升我國(guó)智能船舶、深遠(yuǎn)海裝備和海洋科學(xué)研究水平，實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)和科技興海戰(zhàn)略具有重要意義。