航海技術(shù)對(duì)船舶安全性和環(huán)保性的提升研究

陳偉峰

（寧波海運(yùn)股份有限公司，浙江 寧波 315100）

0 引言

借助先進(jìn)的航海技術(shù)促進(jìn)船舶安全性和環(huán)保性的提升是航運(yùn)領(lǐng)域的關(guān)鍵議題，隨著科技的不斷進(jìn)步，船舶安全和環(huán)保方面的研究也在持續(xù)深入。航海技術(shù)的發(fā)展為船舶安全性和環(huán)保性的提升提供了廣闊的空間。例如，引入自動(dòng)化導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)和雷達(dá)技術(shù)等，可以提高船舶的導(dǎo)航準(zhǔn)確性和避碰能力，降低碰撞事故的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，智能化的監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶的結(jié)構(gòu)健康和航行狀況，預(yù)測(cè)潛在的故障，利于提前采取相應(yīng)措施，確保船舶的安全運(yùn)行；航海技術(shù)也對(duì)船舶的環(huán)保性產(chǎn)生了積極影響，新型的節(jié)能船舶設(shè)計(jì)和船體涂料技術(shù)、船舶排放控制設(shè)備的引入，可以降低船舶的碳排放和污染物排放，減少對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響；船舶廢物管理系統(tǒng)的完善和回收利用技術(shù)的應(yīng)用，能有效降低船舶產(chǎn)生的廢物數(shù)量和污染程度。

基于此，需要加強(qiáng)對(duì)航海技術(shù)的研究，這對(duì)促進(jìn)船舶安全性和環(huán)保性的提升具有重要意義。

1 航海技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

船舶是全球貿(mào)易和旅游業(yè)中不可或缺的交通工具，因此船舶安全性和環(huán)保性成為航運(yùn)行業(yè)發(fā)展的重要議題。

盡管航海技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，但仍面臨著一些挑戰(zhàn)，如碰撞事故、廢氣排放和廢物管理等方面存在一定的不足。現(xiàn)代航海技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出具有更高燃燒效率和較低排放的船舶引擎，如低硫燃料的使用和脫硫裝置的應(yīng)用等，這些技術(shù)大幅減少了廢氣和污染物的排放，對(duì)船舶安全性和環(huán)保性的提升具有重要意義。

2 航海技術(shù)發(fā)展對(duì)船舶安全性和環(huán)保性提升的重要性

船舶安全性和環(huán)保性提升的具體目標(biāo)包括提高導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，降低碰撞事故風(fēng)險(xiǎn)；降低船舶的碳排放和污染物排放量，改善海洋生態(tài)環(huán)境；完善廢物管理和回收利用技術(shù)，降低船舶對(duì)環(huán)境的影響。

航海技術(shù)的發(fā)展有助于提升船舶安全性和環(huán)保性，有助于推動(dòng)航運(yùn)業(yè)向更安全、更環(huán)保的方向發(fā)展。

首先，航海技術(shù)的發(fā)展有助于提高船舶安全性，可以減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，保障船舶運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)性和穩(wěn)定性。

其次，航海技術(shù)的發(fā)展有助于降低船舶的碳排放和污染物排放量，對(duì)保護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)和提高海洋環(huán)境質(zhì)量至關(guān)重要。

最后，航海技術(shù)的發(fā)展可推動(dòng)船舶廢物管理的完善和回收利用，以減少資源浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 提高船舶安全性的航海技術(shù)

3.1 船舶導(dǎo)航技術(shù)

3.1.1 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）

利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如BDS、GPS、GLONASS、GALILEO 等，可以實(shí)時(shí)獲取精確的位置信息。利用該技術(shù)提供的更準(zhǔn)確的航行數(shù)據(jù)，船員可以更好地掌握船舶位置和航向，降低導(dǎo)航錯(cuò)誤和碰撞風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，GNSS還可以提供實(shí)時(shí)的氣象和海洋數(shù)據(jù)，幫助船舶更好地應(yīng)對(duì)惡劣天氣和海況，提高航行安全性。

3.1.2 自動(dòng)化導(dǎo)航系統(tǒng)

自動(dòng)化導(dǎo)航系統(tǒng)是航海技術(shù)中的一大創(chuàng)新，通過(guò)引入高級(jí)導(dǎo)航算法和傳感器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)導(dǎo)航和避碰功能。例如，自動(dòng)舵控系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的經(jīng)緯度和航線信息自動(dòng)控制船舶的舵角，尋找最佳的航線；此外，自動(dòng)化導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控周圍的船舶和障礙物，提供警報(bào)和建議，幫助船員作出合適的決策，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 智能化船舶監(jiān)控系統(tǒng)

3.2.1 數(shù)據(jù)分析與預(yù)警

智能化船舶監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，如船舶姿態(tài)、速度、航向、氣象條件等進(jìn)行收集與分析，并基于這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警，提供及時(shí)的安全提示和警報(bào)。通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)警功能，船員可以迅速發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施，提高船舶安全性[1]。

3.2.2 環(huán)境感知和防碰撞技術(shù)

航海技術(shù)的發(fā)展使船舶可以具備更強(qiáng)的環(huán)境感知能力和碰撞避免能力。利用雷達(dá)、相機(jī)、水下聲吶等傳感器，船舶可以實(shí)時(shí)感知周圍的船舶、障礙物、海況等環(huán)境信息?；谶@些感知數(shù)據(jù)，船舶可以實(shí)施自動(dòng)化的碰撞避免措施，如自動(dòng)轉(zhuǎn)向、自動(dòng)減速、自動(dòng)報(bào)警等，以降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。這些智能化船舶監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用極大地提高了船舶的安全性。通過(guò)數(shù)據(jù)分析與預(yù)警功能，船員可以及時(shí)了解船舶運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，降低事故發(fā)生的可能性。

4 提高船舶環(huán)保性的航海技術(shù)

4.1 能源效率方面

第一，通過(guò)改進(jìn)船體形狀、減輕船重、優(yōu)化船舶水動(dòng)力性能等措施，可以降低船舶的阻力和能耗，提高燃油利用效率。選用合適的船型也可以減少船舶在水中的運(yùn)動(dòng)阻力，提高船舶的能源效率。船舶動(dòng)力系統(tǒng)是影響船舶燃油消耗和排放的關(guān)鍵因素。優(yōu)化船舶動(dòng)力系統(tǒng)，可以提高能源利用效率，減少燃油消耗和碳排放。例如，采用更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳設(shè)計(jì)，降低阻力和能量損失；引入混合動(dòng)力和電動(dòng)船舶技術(shù)，減少對(duì)燃油的依賴；利用廢熱回收系統(tǒng)，最大限度地利用船舶排放的廢熱，提高能量利用效率。

第二，利用風(fēng)力和太陽(yáng)能作為輔助能源，可以減少對(duì)傳統(tǒng)燃油的依賴。例如，通過(guò)安裝風(fēng)帆、風(fēng)輪，或利用太陽(yáng)能電池板，將風(fēng)能和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，為船舶提供動(dòng)力或輔助動(dòng)力，從而降低燃油消耗[2]。

4.2 節(jié)能減排方面

4.2.1 廢氣處理系統(tǒng)

船舶排放的廢氣中含有大量的有害物質(zhì)和溫室氣體，會(huì)污染環(huán)境、影響身體健康。為了減少船舶排放對(duì)大氣的污染，研究人員推出了一系列廢氣排放控制和處理技術(shù)。例如，脫硫裝置，能夠減少硫氧化物排放；應(yīng)用顆粒捕集器和濾網(wǎng)等技術(shù)，可以減少顆粒物排放；引入新型廢氣處理系統(tǒng)，如選擇性催化還原（SCR）技術(shù)、氧化催化器等，可以有效降低船舶排放的氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）等有害物質(zhì)[3]。這些技術(shù)可將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)或低污染物，從而降低對(duì)大氣的污染。

4.2.2 船用液化天然氣（LNG）

將傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)替換為L(zhǎng)NG 系統(tǒng)，可以顯著減少船舶的碳排放和顆粒物排放量。LNG 燃燒過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生硫氧化物和顆粒物，同時(shí)排放的二氧化碳（CO2）較傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)要低。因此，船用LNG 被認(rèn)為是一種相對(duì)較為環(huán)保的燃料。

通過(guò)上述航海技術(shù)的應(yīng)用，船舶的環(huán)保性能可得到顯著提升。這些技術(shù)不僅有助于減少船舶的碳排放和污染物排放，也有助于降低對(duì)海洋和生物的影響[4]。

5 航海技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

5.1 研究進(jìn)展

目前，航海技術(shù)不斷創(chuàng)新，在船舶安全性和環(huán)保性方面的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，包括船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的改進(jìn)、船舶動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、廢氣排放控制和處理技術(shù)的創(chuàng)新等，如智能化船舶監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展為提升船舶安全性和環(huán)保性提供了新的途徑。許多研究機(jī)構(gòu)、航運(yùn)公司和國(guó)際組織都致力于推動(dòng)這些研究，以促進(jìn)航運(yùn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

第一，船舶導(dǎo)航和自主操作技術(shù)的發(fā)展。船舶導(dǎo)航系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）不斷進(jìn)步，應(yīng)用了先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、雷達(dá)技術(shù)和自主操作技術(shù)，使船舶能夠更準(zhǔn)確地導(dǎo)航和避免碰撞，可在復(fù)雜的環(huán)境中提高船舶的安全性。

圖1 船舶導(dǎo)航系統(tǒng)

第二，船舶結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)優(yōu)化。借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬等技術(shù)，有助于更好地優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而減輕船舶重量，提高船舶的穩(wěn)定性和抗風(fēng)浪能力，提升船舶的安全性和能源效率。

第三，廢氣處理和排放控制技術(shù)創(chuàng)新。為了減少船舶的環(huán)境污染，研究人員一直致力于開發(fā)和改進(jìn)廢氣處理系統(tǒng)，如選擇性催化還原（SCR）技術(shù)和氧化催化器，以減少船舶排放的氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和顆粒物。

第四，清潔能源的應(yīng)用。利用清潔能源作為船舶動(dòng)力（見(jiàn)圖2）的研究得到了廣泛關(guān)注。其中，液化天然氣（LNG）作為一種低碳燃料，能夠顯著減少碳排放和其他污染物的排放量，其也因此被逐步應(yīng)用在船舶運(yùn)行中。

圖2 清潔能源作為船舶動(dòng)力

第五，綜合利用數(shù)據(jù)和人工智能。船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)的綜合利用以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用有助于提高船舶的安全性和環(huán)保性。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)模型，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)采取措施。

5.2 面臨的挑戰(zhàn)

5.2.1 技術(shù)成本和可行性問(wèn)題

盡管航海技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但其中一項(xiàng)主要挑戰(zhàn)是技術(shù)成本和可行性問(wèn)題。許多新技術(shù)和創(chuàng)新解決方案需要大量的投資和資源支持，對(duì)航運(yùn)業(yè)而言可能面臨一定的經(jīng)濟(jì)壓力。因此，需要找到降低技術(shù)成本和提高可行性的途徑，以便更廣泛地應(yīng)用這些技術(shù)來(lái)提升船舶的安全性和環(huán)保性[5]。

5.2.2 相關(guān)法律法規(guī)不統(tǒng)一

航海技術(shù)的推廣和應(yīng)用需要與相關(guān)法律法規(guī)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相匹配，制訂和推動(dòng)相關(guān)法律法規(guī)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)復(fù)雜且漫長(zhǎng)的過(guò)程。各國(guó)之間法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)存在差異可能導(dǎo)致實(shí)施困難和阻礙技術(shù)的全面應(yīng)用。因此，需要加強(qiáng)國(guó)際合作，促進(jìn)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，為航海技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造良好的環(huán)境[6]。

6 未來(lái)展望

6.1 技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)

未來(lái)航海技術(shù)的發(fā)展將不斷追求更高的船舶安全性和環(huán)保性。一方面，航海技術(shù)將更多地應(yīng)用自動(dòng)化和智能化技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的導(dǎo)航和避碰功能。另一方面，航海技術(shù)將繼續(xù)研究燃油和能源效率的改善措施，推進(jìn)新型清潔能源的應(yīng)用，減少船舶的碳排放和污染物排放量[7]。

6.2 技術(shù)發(fā)展所需的合作與支持

航海技術(shù)的發(fā)展需要各方的合作與支持。航運(yùn)公司、研究機(jī)構(gòu)、政府和國(guó)際組織應(yīng)加強(qiáng)合作，并積極尋求資金和資源的支持，以共同推動(dòng)航海技術(shù)的研究和創(chuàng)新，促進(jìn)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和普及。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，船舶安全性和環(huán)保性的提升有賴于航海技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。通過(guò)改進(jìn)船舶導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)展自動(dòng)化導(dǎo)航技術(shù)、優(yōu)化船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用廢氣排放控制和處理技術(shù)、推廣清潔能源應(yīng)用等手段，可以有效提高船舶的安全性和環(huán)保性，進(jìn)而為航運(yùn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。