智能船舶的现状与发展

　　智能船舶的现状与发展

　　智能船舶技术是指能够提升船舶在航行、管理、维护保养、货物运输等环节智能化水平的技术集合。作为航运大国，我国正在积极推动智能船舶技术的发展。2018年12月27日，我国工业和信息化部、交通运输部、国防科工局发布了《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》，该计划对我国智能船舶未来数年的发展做出了规划。2019年5月9日，交通运输部等7部门发布了《智能航运发展指导意见》对智能船舶的定义、分级标准、系统架构、技术体系和发展路线图等基础性和宏观战略性问题进行分析。

　　在智能船舶的定义和规范方面，我国走在了世界前列，并且体系更为全面。2017年，中国船舶工业集团公司研制的iDolphin 38800吨智能散货船“大智”轮获得中CCS和LR授予的智能船符号，成为首艘通过船级社认证的智能船舶，也成为了我国智能船舶发展的里程碑事件。

　　作为船舶工业和信息科技的交叉领域，近年来中国、欧洲和日本在智能船舶研发上突飞猛进，已经取得了一些进展，如2016年底云洲智能无人船研发及产业化项目落户青岛蓝谷、2017年罗尔斯-罗伊斯开放智能船舶体验空间、2018年，商船三井与Rolls-Royce共同开展船舶智能识别系统应用测试、海兰信携手扬子江船业进行智能船舶应用研究、挪威Yara集团启动电力推进的零排放无人船舶项目、马士基试验AI情景感知技术应用以及韩国航企开展智能船舶4.0服务基础设施等，但就目前的数据而言国内外尚未发现真正以大数据、云计算为基础的商业化智能船舶。

　　智能船舶的环境感知技术、通信导航技术、状态监测与故障诊断技术等已经得到实际应用，但能效控制技术、航线规划技术、安全预警技术、自主航行技术等还缺少在真实环境下的验证。智能船舶仍处于快速发展阶段还未完全成熟。随着船舶技术、信息技术的发展，以及“大数据”的智能应用，推动着智能船舶的加速出现，未来20年船舶智能化的发展将是决定未来船舶行业发展方向的重要因素，除了信息感知、通信导航、能效管控等关键技术，自动靠泊、离岸，自主维修，自动清洗，自动更换设备部件，自我防护等同样将会趋于智能化发展，最终可实现由智能系统设备逐步转变为会思考的智能船舶，促进船舶安全、高效航行。

　　随着综合船桥系统、云计算、人工智能和“大数据”等科学技术的不断突破，一些关键技术正在不断发展完善以及人类对安全性、环境保护和高质量生活的追求会不断提高航运业成本。逐渐减少船舶配员，提高船舶智能化水平乃至最终实现无人化，将是航运业发展的必然趋势，未来的航海将是高度信息化的智能航海，智能船舶一定会航行在世界上的任何海域。

　　智能船舶的现状与发展

　　近年来由于智能船舶概念的兴起以及智能船舶技术的日益发展，船舶智能化已经成为全球航运的大势所趋。出于通过船舶智能化降低船舶控制和管理难度，减少人为误操作，提高设备及船舶营运的安全，优化船舶航行，控制燃油消耗、降低成本，提高收益等目的，目前智能船舶的研究已在全球范围内开展。

　　智能船舶可分为以上四个发展阶段，当前的智能船舶正处于由第一阶段向第二阶段的过渡阶段。

　　CCS在2016年颁布的《智能船舶规范》中，将智能船舶的功能分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台，基本囊括了智能船舶所应具备的所有功能。为实现和完善上述功能，需进一步研究和深化与船舶有关的信息感知技术、通信导航技术、能效控制技术、航线规划技术、状态监测与故障诊断技术、遇险预警救助技术、驾机一体化和自主航行技术。

　　智能船舶决定了各国船舶工业在未来船舶市场的地位，因而成为各大造船国家的必争之地。

　　Rolls-Royce Marine

　　相信很多人都被罗罗公司发布的无人驾驶船控制中心的视频所震撼，视频中长发大叔通过电机音频判断故障的操作帅呆了，尤其是阐述完自己的检测结果后挑眉问同事“元芳你怎么看”时，简直是霸气侧漏。

　　罗罗公司将以物联网、大数据和工业4.0为基础的数字化技术认定为颠覆性变革，并紧随科技发展加快智能船舶系统的搭建。

　　罗罗公司认为，智能船舶的下一步发展应该着眼于远程遥控和无人驾驶。该公司在2014年就开始开发名为“未来操作体验概念”(Future Operator Experience Concept)的岸基遥控系统。2016年3月，该公司又与芬兰国家技术研究中心(VTT)、阿尔托大学和坦佩雷大学人机互动研究中心结成合作伙伴，拟于2020年前推出成型产品。通过与VTT进行技术合作，罗罗公司够有效评估远程遥控自动化船舶的设计方案。

　　2017年4月，罗罗与新加坡海工和船舶中心(TCOMS)达成战略合作并签署谅解备忘录。根据协议，双方将共同致力于为智能船舶研发全球顶级的基础性技术框架，例如智能传感技术、数字化模型技术以及集成建模技术等。

　　同期，罗罗公司还与瑞典渡船公司Stena Line AB签署了协议，将合作研发首套船舶智能感知系统。智能感知系统将融合各种传感器传来的数据，以及现有船上系统的信息，比如自动识别系统(AIS)和雷达等，通过对数据进行融合分析，为船员提供更好的船舶周围环境感知度，以使船舶的操作运行更加简便、安全、高效。包括全球数据库等其它来源的数据也将发挥作用。

　　此外，研究人员还进行新型智能船舶具体参数和外观的初步设计，并联合大学、设备制造商及船级社等，解决未来实现智能船舶实用化面临的经济、社会、法务、监管和技术等方面问题。

　　日本的“智能船舶应用平台项目”(SSAP)

　　SSAP项目研发周期为2014年1月至2017年3月期间，计划投入120万美元，由日本船舶机械与设备协会(JSMEA)牵头，包括三菱重工、川崎重工、大发柴油机株式会社、东京计器株式会社、日本邮船、商船三井和日本船级社(NK)等27家造船、配套、航运和检验单位共同参与。该项目旨在建立船舶及岸上获取船舶设备数据的标准化方法，不断提高船舶的安全性与环保性。

　　韩国现代重工的智能船舶项目

　　韩国对智能船舶的研究和实践开始较早，制定了“智能船x.0”规划。其智能船舶概念认为，通过物联网、大数据、虚拟现实等信息通信技术(ICT)促进船—岸间的信息融合，在增强船舶安全性、环保性和经济性的同时，还能够催生新的市场和服务模式，例如船舶运维解决方案和标准化的旧船估值等。

　　目前，现代重工正在与英特尔、SK航运、微软、大田创意经济与创新中心(DCCEI)，以及蔚山创意经济与创新中心合作，开发智能船舶。现代重工已经与合作伙伴签订协议，共同启动一个项目，帮助韩国国内的信息与计算机技术公司开发软件，提高船员的安全系数，改善他们的健康状况，满足船东的需求以及安全航运标准。

　　根据计划，到2019年，“航运服务软件”将被部署至智能船舶。在这一软件部署后，船员将可以获得远程医疗服务，进行压载舱检查，获得基于虚拟现实的培训，对重要设备进行维护，并实现航运信息的自动化报告。

　　预计未来五年，现代重工将加大在智能船舶系统的投资力度。

　　我国智能船舶发展现状及趋势

　　近几年，我国对智能船舶的研制在不断加快。2013年，中船系统研究院在中船集团公司的指导下，与在该行业具世界顶尖水平的美国国家科学基金会(NSF)IMS中心联合成立了“海洋装备信息智能管理与应用技术创新中心”，以推动相关核心技术和产品的研发。2015年9月，中船系统研究院与招商局集团所属招商局能源运输股份有限公司，签订开展“船舶智能化、航运智能化”战略合作的协议，推进产网融合，并在新造船舶上开展智能化技术的试点应用，探索大数据时代航运信息化之路。

　　2015年12月1日，由中国船舶工业集团公司主办的智能船舶发展论坛暨智能示范船i-DOLPHIN船型发布会在沪举行，一款以海豚命名的“会思考”的智能船舶正式揭开面纱，标志着我国建造的全球真正意义上的首艘智能船舶进入设计建造阶段。

　　我国的智能船舶技术的发展虽然刚刚起步，但根据目前的《中国制造2025》提出的战略要求，也已经开始了船舶智能化的顶层设计与研究工作。因此我国开始在智能船舶制造领域加大投入和研发力度，以占据这一大市场。

　　《中国制造2025》中对智能船舶的发展指明了方向，即通过突破自动化技术、计算机技术、网络通信技术、物联网技术等信息技术在船舶上的应用关键技术，实现船舶的机舱自动化、航行自动化、机械自动化、装载自动化，并实现航线规划、船舶驾驶、航姿调整、设备监控、装卸管理等，提高船舶的智能化水平。

　　新形势下“一带一路”的提出，将海上丝绸之路提升成为中国海洋梦与世界海洋梦的纽带，这势必对船舶的需求提出更严格的要求。但同时这也为中国船舶制造大国走向制造强国提供了机遇。“一带一路”为船舶制造业提供了一系列发展机遇与政策支持：海上丝绸之路串连了中国和东南亚国家临海港口城市，以亚欧非经济贸易一体化为发展长期目标，其覆盖区域内对船舶的需求以及船舶质量的需求提高，船舶制造业存在新的发展空间。

　　在能源与交通基础设施互联互通方面，“一带一路”战略可以引领“中国制造2025”战略落地实施，“中国制造2025”战略的落地实施又为“一带一路”战略做好坚实的产业基础支撑。两大战略的无缝对接将会对我国实施创新驱动发展战略、加快经济转型升级具有十分重要的战略意义。

　　智能船舶是未来船舶发展的必然趋势，具有很好的应用需求和发展前景。但是由于理论和技术水平、认知水平的差距，目前我国智能船舶仍需突破。

　　主要发展建议包括：

　　密切关注国内外智能船舶发展动态

　　科学安排智能船舶开发步骤

　　着重智能船舶相关配套业发展

　　借鉴其他企业优势、自主创新研发

　　智能船舶的现状与发展

　　船舶自动化程度的提高，并没有满足人们追求船舶智能化的渴望，离人们心目中具有自动感知、主观分析、智慧操作的船舶还有一定差距。因此对智能船舶技术进行相关的分析与研究，确定新冬发展方向与目标，对促进船舶行业的发展有重要意义。

　　一、智能船舶技术

　　智能船舶技术自动航行主要分为六个模块，智能航行，智能船体，智能机舱，智能能效管理，智能货物管理与智能集成。现代无人驾驶智能船舶自动航行技术具有使用成本低，自动化程度高，续航时间长，智能化水平高，海况适应性强等特点，与传统的驾驶技术相比有着非常大的优势，是当前造船业，航海运输，海洋勘探等行业的主要的发展方向，同时也成为了现在船舶行业的主要的研究方向。目前，无人船舶技术一直都是自动导航与驾驶技术的基础。同时无人船舶技术也存在着许许多多的难题需要考察解决，比如，无人船舶在较远的海上区域执行任务的时候，因为活动范围较大再加上海上的通信条件的恶劣，所以如果采用在无人船舶技术中，自动导航和驾驶技术一直是基础，由于无人船舶通常在较远的海域中执行任务，同时活动范围较大，而且海上通信的条件又比较恶劣，所以采用传统的岸基控制中心再加上人工的控制模式，很难保证对通信的可靠性和连续性。近年来智能船舶的无人驾驶技术已经得到了广泛的应用。我国的智能船舶自动驾驶技术可以分为两个方面，包括有人监控的智能驾驶技术与无人监控的智能驾驶技术。

　　二、智能船舶的相关配套技术

　　1 卫星和通信导航技术

　　在 20 世纪 90 年代初，船舶一旦出港便无法再与陆地取得联系，所有的问题都必须在船上解决。而现今无论船舶航行在世界上的哪一片海域，均可利用卫星与陆地取得联系。而且，随着卫星通信技术的急速发展，船舶与陆地之间的通信环境也有了大幅提升，如同陆地上的宽带网络一般，可实现高速大容量通信的海洋宽带技术也开始飞速普及。 通信技术是用于实现船舶上各系统和设备之间，以及船舶与岸站、船舶与航标之间的信息交互。常用的通信方式主要包括：VHF(甚高频)、海事专网、海事卫星、移动通信网络(手机网络)等。导航技术是用于指导船舶从指定航线的一点运动到另一点，通常包括定位、目的地选择、路径计算和路径指导等过程。船舶常用的导航技术包括早期的无线电导航和现在广泛使用的卫星导航。“北斗卫星导航系统”为我国船舶导航领域提供了新的发展契机。

　　2 大数据分析技术

　　“大数据”是一个体量特别大、数据类别特别大的数据集，具有规模大、种类多、生成速度快、价值巨大但密度低的特点。随着信息和通信技术的发展，建立覆盖全球的船舶营运和管理数据中心已成为可能。目前，国际航运大公司已实现在全球范围内监控所属船舶的位置和航行状态。在内河水域已能实现对船舶位置、航行状态、机舱主要设备实时参数以及驾驶员行为的监控。

　　3 物联网技术

　　物联网的出现为船舶智能化发展提供了新的思路。武汉理工大学基于物联网框架构建了“船联网”(Internet of Ships)。船联网一般是指基于航运管理精细化、行业服务全面 、出行体验人性化的目的，以企业、船民、船舶、货物为对象，覆盖航道、船闸、桥梁、港口和码头，融合物联网核心技术，以数据为中心，实现人船互联、船舶互联、船货互联及船岸互联的内河智能航运信息综合服务网络。

　　4 自主航行和避碰技术

　　《智能船舶规范》中定义，智能航行系指利用计算机技术、控制技术等对感知和获得的信息进

　　行分析和处理，对船舶航路和航速进行设计和优化;可行时，借助岸基支持中心，船舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境条件下自动避碰，实现自主航行。

　　5 遇险预警救助技术

　　水上交通事故时有发生，尤其是碰撞和搁浅事故，往往造成严重的经济损失和人员伤亡。无论是在海上还是内河水域，船舶碰撞是最为常见的水上交通事故类型，在所有的水上交通事故中占很大的比例。船舶遇险预警与搜救技术能够有效的降低事故的发生率以及降低事故的损失。

　　6 状态监测技术与故障诊断技术

　　状态监测技术是以监测设备振动发展趋势为手段的设备运行状态预报技术，通过了解设备的健康状况，判断设备是处于稳定状态或正在恶化。未来船舶故障诊断可考虑以大数据为基础，运用多尺度分析方法来构建设备状态监测系统。故障诊断技术就是在船舶机械设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状况，根据对被诊断对象测试所取得的有用信息进行分析处理，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，判断劣化状态发生的部位或零部件，并判定产生故障的原因，以及预测状态劣化的发展趋势等。

　　7 综合船桥系统

　　综合船桥系统(Integrated Bridge System， IBS)是实现智能船舶最重要的组成部分，其发展从二十世纪七十年代开始， 至今已成为船舶自动化领域的核心装备。它是一种集海上综合导航(包括各种分导信息测量、采集、优化处理和分发使用，航行状态监视、预报、航线计划、航路导航、航海作业管理、综合航务管理等)、操纵驾驶、机舱监测和遥控、自动避碰、航行控制、综合通信管理及艦船安全、消防、自动监测和报警等众多功能为一体的高度信息化、自动化的集成系统。国际海事组织(IMO)对 IBS 的定义为：它是船舶导航与控制的集成系统，通过系统设备及子系统间的相互联通，集中显示和使用来自传感器和数据接口的信息，目的是提高船舶航行的自动化程度和经济性，提高船员操作和管理效率，保证船舶和船上全体人员安全。《智能船舶规范》中列出了常用的状态检测技术：振动监测技术、油液分析技术、噪声监测技术、热成像技术、电气信号分析技术，具体要求见《智能船舶规范》。

　　三、智能船舶的发展趋势

　　1 智能航行

　　通过利用计算机技术、控制技术等对感知和获得的信息进行分析和处理，对船舶航路和航速进行设计和优化;可行时，借助岸基支持中心， 船舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境条件下自动避碰，实现自主航行。

　　2 智能船体

　　基于船体数据库的建立与维护，为船体全生命周期内的安全和结构维修保养提供辅助决策，同时还可通过船体相关数据的自动采集与监测，提供船舶操纵的辅助决策。

　　3 智能能效管理

　　通过对船舶航行状态、耗能状况的在线监测与数据的自动采集，对船舶能效状况、航行及装载状态等进行评估，并通过大数据分析、数 值分析及优化技术，为船舶提供数据评估分析结果和辅助决策建议，以及航速优化、基于纵倾优化的最佳配载等解决方案，实现船舶能效实时监控、智能评估及优化，以不断提高船舶能效管理水平。

　　四、结语

　　船舶智能化是在大数据、信息物理系统、物联网等技术和概念的推动下发展起来的，是继船舶自动化、信息化后船舶行业又一重要发展趋势。随着电子技术、信息技术和网络技术的飞速发展，大量信息技术产品被用于船舶设计，船舶已经逐渐开始由传统的机电控制向网络化、数字化和自动化转变，已经成为集多种自动化系统为一体的多功能综合系统，提高了船舶航行的安全性、经济性以及管理效率。

智能船舶的现状与发展

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