智能船舶发展现状及我国发展策略研究

刘 微，尚家发

(1. 中国船舶工业集团公司，北京 100044；2. 中国船舶工业综合技术经济研究院，北京 100081)

智能船舶发展现状及我国发展策略研究

刘 微1，尚家发2

(1. 中国船舶工业集团公司，北京 100044；2. 中国船舶工业综合技术经济研究院，北京 100081)

近年来，智能船舶的发展呈加速趋势，智能船舶已成为未来船舶发展的主要方向。本文对当前国内外智能船舶发展现状进行系统梳理与比较分析，为我国智能船舶的发展提出若干建议。

智能船舶；发展现状；发展策略

0 引 言

随着现代科学技术的发展，特别是工业互联网、信息技术、人工智能、模糊数学以及神经网络等技术和理论的快速发展，全球工业正朝着信息化、智能化的方向迈进。对于船舶工业而言，随着网络技术和信息技术的广泛应用，船舶自动化、控制以及通信导航等电气系统也正朝着分布型、网络型和智能型的方向发展，船舶智能化水平快速提升，智能船舶的发展已具备技术可行性[1]。

除了技术因素外，船东对智能船舶的需求也是智能船舶发展的重要推动因素，船东的需求主要受到内外2种因素的推动。内因来自于船东对于船舶运营安全性、经济性提升的需求。在当前船舶市场低迷与长期运力过剩的现实下，世界各主流航运公司纷纷将其未来发展的重点转移到提升其船队运营效率和安全性上，以此在市场低迷的情况下求得发展。由于智能船舶在提升船舶的运营效率、安全性及管理决策效率、降低船舶油耗等方面具有突出优点，正好满足了当前船东的需求。

外因主要来自于国际节能减排规则规范的实施为船东带来的压力。2015年7月，欧盟推出的船舶CO2排放监测、报告、验证机制（MRV）生效，并将于2018年1月1日起实施，该机制的目的是在欧盟区域内更有效地控制、监管船舶排放，推进绿色船舶的发展。IMO也提出了船舶CO2排放MRV机制，并在2016年10月召开的MEPC 70会议上获得通过。该机制将通过监测和收集船舶的CO2排放数据，为确定减排控制手段和目标、明确CO2税及碳交易等提供数据支撑。此外，目前的MRV机制主要是针对CO2排放，未来将有可能将船舶的所有排放物纳入其中。因此，未来的新造船、甚至营运船都可能被要求安装船舶能耗及排放污染物的监测和报告系统。上述新规则规范的出台，都对船舶的信息化、智能化程度提出新的要求，智能船舶成为未来船舶发展的必然方向。

1 智能船舶的定义

智能船舶的发展已经成为船舶行业的共识，各主要船舶建造企业及研究机构均已对智能船舶开展了大量的研究，并对智能船舶给出了各自的定义[2]。但是，由于目前国内外的智能船舶研究还处于平台规划搭建和功能模块验证阶段，还没有能够建成完整的智能船舶，因此对于智能船舶的详细定义还没有形成统一的结论。在众多的智能船舶研究中，挪威船级社、劳氏船级社及中国船级社的研究成果具有一定的代表性。

表 1 主要研究机构对智能船舶的定义Tab. 1 The main research institute defines the intelligent ship

虽然各研究机构对于智能船舶的定义存在一定的差异，但是总体来看各研究机构对智能船舶的定义均具备以下4个特征：全船信息融合、自主评估与决策、船岸一体化、面向全生命周期服务。

全船信息融合：即利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段建立了全船综合网络系统与信息智能感知系统，并实现船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的全船信息和数据的融合。数据是实现智能船舶的基础，对主辅机、桨轴等设备状态信息，船舶航行速度、航向等航行状态信息，风浪流等航行环境信息，以及载货量、班次计划等营运信息等船舶大数据的获取是智能船舶的最基本的特征。

自主评估与决策：以全船信息为对象，以大数据分析和处理为手段，实现船舶的自主分析、评估、预测及决策优化能力[3]。自主评估与决策能力反映了智能船舶的智能化程度。智能船舶的自主评估与决策能力将从状态监测、辅助决策、自主控制、遥控，再到局部水域自主航行，最后实现高级自主航行的过程中不断提升。

船岸一体化：以船岸数据通信技术为手段，具备船岸一体化信息平台，实现船岸信息交互[4]。船岸一体化是智能船舶区别于普通船舶的重要标志。智能船舶的应用与船队的管理密切相关，必须依靠岸基支持才能完成全部功能。岸基智能支持中心的完善必将推动整个智能船舶的发展，直至无人船营运和管理完善[5]。

面向全生命周期服务：通过船岸一体化平台，利用岸上资源对远程的船舶进行监控、支持、管理、控制，能够为船东提供单船乃至整个船队的全寿命周期的创值服务。智能船舶不仅仅是船舶本身的智能化，而是整个船舶运营环境的智能化。这也是智能船舶与普通船舶的根本区别，也是实现智能船舶的最终标志。

2 智能船舶国内外发展现状

2.1 国外智能船舶发展现状

2.1.1 韩国智能船舶发展现状

韩国智能船舶的研究主要由现代重工、大宇造船海洋、三星重工三大船厂实施，其中现代重工在智能船舶研究领域取得了较大的进展。

现代重工的智能船舶以实际应用为主，且取得了大量的实船业绩。现代重工于2009年开始与韩国电子通信研究院（ETRI）合作将信息技术运用到船舶中，共同开发智能船舶1.0，并于2011年建成世界上第1艘“智能船”。此后，现代重工的智能船舶获得大量订单，2011年现代重工共获得70多艘智能船订单，其中40多艘智能船订单来自于丹麦的穆勒-马士基集团。在2011年建造第1艘智能船舶之后，现代重工与韩国能源贸易通商部及韩国中小型IT技术企业合作在蔚山建立了造船业IT创新中心，并合作研发升级版智能船舶——智能船舶2.0。2013年，现代重工发布了智能船舶2.0的研究成果及推广计划。截止2015年，现代重工共获得了195艘智能船订单，交付104艘。

现代重工的智能船舶主要是以智能系统应用为主。现代重工在智能船舶的发展过程中主要采用的是将智能船舶系统应用于实船的模式，因此其建造的智能船舶还不是真正意义上的智能船舶。例如，现代重工开发的智能船舶1.0与智能船舶2.0均是通过在实船上配备其与ETRI开发的“有/无线船舶综合管理网通讯技术”（SAN）系统及其他船舶智能监控系统实现的，这种智能船舶只是实现了船舶状态的远程监控功能，船舶的智能化程度比较低。但是，在此后的智能船舶发展过程中，现代重工通过与埃森哲、SK航运、英特尔、微软等国际知名公司的合作，智能船舶水平不断提升。2015年，现代重工与埃森哲合作开发互联智能船舶，并于2016推出OceanLink智能船舶系统。该系统整合了现代重工开发的基于船舶数据模型的船舶数据平台与埃森哲的互联服务平台，可以为船东提供更多的船舶航行信息，同时也创造了一个收集分析利用船舶大数据的环境，并运用大数据连接船东、航运公司、港口运营商为用户提供全价值链船舶运营优化服务。

2.1.2 日本智能船舶发展现状

日本智能船舶发展重点关注于智能导航等船舶智能系统的研发。日本的智能船舶研究主要是智能船舶应用平台研制项目（SSAP）。该项目于2014年开始实施，由日本船舶机械与设备协会（JSMEA）牵头，包括三菱重工等27家企业共同参与。SSAP项目主要是解决智能导航问题，研发了多种智能船舶系统，通过这些系统能自选最合适的航线、速度，避免撞船危险。目前，该系统已经在2艘船舶上完成了实船测试。此外，日本船级社还成立了海事业大数据中心，与IBM开发了相关软件，能通过收集机舱的实时数据并进行分析，从而提供设备优化和维修等建议；日本船级社还与NAPA合作研发了航路优化支持系统，帮助船舶运营商优化航线及航行计划，该系统已在船舶上得到应用。

日本在智能船舶的研发过程中格外重视智能船舶标准建设。在开展项目研究的同时，日本不断推进关键技术或设备的国际标准化。2015年8月2日，日本在国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）发起的关于《船载海上工况数据服务器》和《船载机械和设备标准数据》2项国际标准立项正式获得通过，这2项标准是SSAP项目的研究成果[6]。

2.1.3 欧洲智能船舶发展现状

欧洲的智能船舶研究开展时间最早。欧洲智能船舶的发展始于2006年欧洲开发的内河航运综合信息系统（RIS），该系统最先将信息技术、通信技术、电子控制技术和计算机处理技术等集成应用于传统的内河航运系统，为内河航运提供交通管理、物流信息、应急救援等8大信息服务功能，实现了高效、安全、环保的内河航运，并引起了航运界对于船舶智能化的关注。此后，芬兰与欧盟先后开展了COAST WATCH国家水上交通管理平台与蒙娜丽莎工程（MONALISA），对智能船舶的发展进行探索。

欧洲开展了大量的前瞻性智能船舶研究，研发水平较高。2014，英国罗罗公司发起智能船舶应用项目（AAWA），该项目以实现无人驾驶船舶为目标，计划到2020年实现船舶远程支持和操作以减少船员，2025年实现近海航区船舶的远程控制，2030年实现远海航区船舶的远程控制，2035年实现无人船舶。欧盟也实施了MUNIN计划，目的是验证自动航行和无人船的可行性，并研究与之相关的前沿技术和标准，并为法规的修订提供支持，计划在2034年之前完成无人船的研制和自主航行的可能性研究。此外，芬兰也发起智能无人驾驶船舶研发计划，旨在创造一个“智能船舶运输生态环境”，并在2025年之前在波罗的海创造一个完全智能的航运系统。

欧洲开展了大量的智能船舶研发项目，且项目的参与方众多。欧洲的政府机构、企业以及研究机构对智能船舶的发展给予了极大的关注，纷纷推出了大量的智能船舶研发项目，这些项目对智能船舶发展的各方面展开了研究。在研究的过程中，多方参与、多领域合作成为重要的项目开展方式。欧洲智能船舶研发项目情况见表2。

表 2 欧洲主要智能船舶研发项目情况Tab. 2 The situation of intelligent ship research project in Europe

2.2 国内智能船舶发展现状

与国外相比，国内的智能船舶发展在技术研发与市场应用等方面均处于初级阶段，但是目前国内正在积极开展智能船舶领域的研究探索。

2015年12月1日，中船集团发布了38 800 t iDOLPHIN智能船型设计，该船已于2016年9月开工建造，2017年交付。上海船舶研究设计院，中国船舶工业系统工程研究院、中船黄埔文冲船舶有限公司等单位将参与该船的研发建造。目前，38 800 t 智能船的合同设计和全船技术规格书、智能管理和控制系统订货技术规格书已经完成，部分模块已经实现了实船试用试装，并确定了建造智能示范船的商业模式。

中国船级社于2015年12月1日正式发布《智能船舶规范》，并于2016年3月1日生效[7]。该规范是全球首个智能船舶规范，发布后在中国乃至国际船舶界产生了积极的影响，多家客户积极申请智能船舶附加标志[8]。此外，上海船舶运输科学研究所、中船重工701研究所等科研机构也开展了智能船舶的研发。其中，上海船舶运输科学研究所参与了2015年工信部“智能船舶顶层设计及部分智能系统应用示范专项”的研究工作。

表 3 各主要研究机构智能船舶发展路线图Tab. 3 The development roadmap for intelligent ship of all major research institutions

2.3 国内外智能船舶发展现状比较

2.3.1 发展路线图比较

对于未来智能船舶的发展，行业内一致认为智能船舶的发展是一个循序渐进的过程，并给出了各自的智能船舶发展路线图，其中IMO的“E-航海”项目、劳氏船级社、中国船级社以及罗罗公司的智能船舶发展路线图具有一定的代表性。

虽然各机构制定的智能船舶发展路线图存在一定的差异，但也存在很多的共同点。首先，具备全自主化无人驾驶船舶是公认的智能船舶发展的最终目标，这也为智能船舶的发展指明了方向。其次，智能船舶的发展将采取循序渐进、分阶段发展的方式，并且在各阶段的划分上各机构基本保持了一致。最后，整体来看，目前世界智能船舶的发展正处于由阶段1向阶段2过渡的阶段。

我国智能船舶的发展目前也采取分阶段循序渐进的思路，但由于起步相对较晚，目前处在相当于阶段1和阶段2合一发展的阶段。按照604院等国内主要智能船舶科研机构的设想，我国的智能船舶发展将分3个阶段：在2020年之前，实现数据综合应用、辅助决策的第1代智能船；在2025年之前，实现远程控制、部分自主的第2代智能船；在2035年之前，实现完全自主的第3代智能船。

2.3.2 研发模式比较

在智能船舶研发模式方面，各国的研发模式各具特点，但也存在着一些共同点。多方参与、产学研联合研发是各国在智能船舶发展过程中共同采取的研发模式，很多项目的参与方遍及全球、涵盖多个专业领域，这一模式在欧洲的智能船舶研发中尤为明显。国内企业在智能船舶发展的过程中虽然也采取了联合研发的模式，但是合作的范围、深度与国外还存在一定差距。

除了共同点，各国的发展模式也各具特点。由于韩国的智能船舶发展由三大船厂主导，船厂更加重视智能船舶技术的实际应用，因此韩国的智能船舶发展具有明显的以应用带动研发的特点。现代重工的智能船舶发展始终以生产为中心，其研发成果都应用于实船建造，并在应用的过程中不断推进智能船舶的研发；日本则更加注重智能船舶研发过程中的标准制定问题，不断推进关键技术或设备的国际标准化，以期在智能船舶国际标准制定方面抢占制高点；欧洲始终是智能船舶技术发展的引领者，其研究具有较强的前瞻性。罗罗的AAWA项目以自主航行无人驾驶船舶为目标，在无人驾驶船舶研究方面取得较大进展。同时，欧洲在智能船舶安全性、可行性及标准制定等方面也开展了研究。

2.3.3 技术水平比较

智能船舶发展技术水平可以通过对智能监控、智能运营维护、智能航行、智能遥控、无人驾驶等技术的发展情况比较来衡量。欧洲对于智能船舶技术的研究开展较早，在自主航行无人驾驶、智能船舶运输生态环境建设、智能船舶安全性、可行性及相关法规规范的制定方面处于领先地位；日本主要集中在对船舶智能导航的研究以及标准制定方面；韩国的智能船舶以产业化应用为主，研发了大量的智能船舶系统及通信网络，并具有大量的智能船舶建造经验。相较之下，我国的智能船舶发展还处于初级阶段，技术水平还较低。

3 对我国智能船舶发展的相关建议

通过对国内外智能船舶发展的对比研究发现，目前我国的智能船舶发展还处于初级阶段，相对于欧洲、日本、韩国等国家与地区还处于落后地位。因此，大力发展智能船舶将成为未来我国船舶行业的重要任务之一。对于如何发展智能船舶，欧洲、韩国、日本的做法对于我国具有一定的借鉴意义，因此本文在对欧洲、日本、韩国智能船舶发展情况研究的基础上，为我国智能船舶的发展提出以下建议：

1）在智能船舶的发展过程中，应采取研发与应用并重、分步实施的发展模式。由于目前智能船舶的发展尚处于初级阶段，智能船舶也将随着技术的发展不断的更新变化，因此各国在智能船舶的发展过程中均采用了分步实施的策略，在分步实施的过程中再根据技术的发展不断更新其智能船舶的发展计划与目标。同时，借鉴现代重工以应用为主的发展模式，建议我国企业在推进目前已有的智能船舶建造研发项目的过程中，加强与船东的合作力度，加快智能船舶设计推广和应用示范，推动智能船舶产业化发展，并在应用中不断优化智能船舶相关技术，为下一步研发夯实基础。

2）加大产学研合作广度，优势互补推动智能船舶发展。在各国智能船舶的发展过程中，广泛、深入的多方合作成为重要的方式。同时，合作的对象不仅仅局限于船舶行业，大量的互联网、通信等不同领域企业也纷纷加入智能船舶的研发项目中。目前我国企业在智能船舶发展过程中采用了多方合作的方式，但合作方大多还局限在船舶及其相关行业，建议国内企业加大智能船舶研发的合作广度，在加强行业内合作的基础上，充分利用互联网、通信、大数据等领域相关企业的优势，开展更加广泛的合作，推进智能船舶发展。

3）建立船岸一体综合服务模式，由单纯船舶制造向综合服务模式转变。智能船舶不仅仅是船舶自身的智能化，而是船舶运营、服务模式的智能化。真正的智能船舶将实现船舶、港口、船东、船厂之间的信息共享，建立一体化的船舶运营服务模式。同时，船厂的运营模式也将改变，船厂不再是单纯的制造船舶，而是融入到船舶运营的全价值链中，为船舶运营提供服务。建议我国船舶企业在智能船舶研发的过程中也要加强岸基服务能力的建设，建立覆盖全球的智能船舶及配套设备服务网络，以适应智能船舶发展的新模式，实现由单纯船舶制造向综合服务模式的转变。

4）重视智能船舶标准建设，推进智能船舶关键技术与设备的国际标准化。欧洲、日本、韩国在智能船舶的发展过程非常重视智能船舶标准的制定，尤其是日本将标准化工作贯穿于智能船舶项目发展的始终。目前我国在智能船舶领域还没有任何国际标准，建议国内企业在加大智能船舶技术研发的同时，积极推进智能船舶关键技术与设备的标准化。

5）大力发展智能船舶配套系统。智能船舶系统的发展应用是现阶段实现船舶智能化的主要方式。因此，除整船外，建议国内企业重视各种智能船舶系统的研发，并实现其实船应用，这一方面有利于我国船舶企业延伸智能船舶产业链，同时也有利于提升我国船舶配套业竞争力、促进我国船舶配套业发展。

[1]柳晨光, 初秀民, 谢朔, 等. 船舶智能化研究现状与展望[J]. 船舶工程, 2016, 38(3): 77-83.

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[3]贾锐, 曹凯, 徐秀龙, 等. 浅析智能船舶系统[J]. 船舶标准化与质量, 2016, (1): 37-40.

[4]王孙. DNV GL提出智能船舶新概念[N]. 中国船舶报,2014.6.18.

[5]祁斌. 智能船舶渐行渐近[J]. 中国船检, 2015, (1): 23-25.

[6]范维, 许攸. 日本率先拉开“智能船舶”国际标准化战略序幕[J].船舶标准化与质量, 2015, (4): 34-38.FAN Wei, XU You. Japan is the first to open the international standardization strategy of “intelligent ship”[J]. Ship Standardization and Quality, 2015, (4): 34-38.

[7]贺辞. CCS《智能船舶规范》六大功能模块要求[J]. 中国船检, 2016, (3): 84-85.

[8]段九如. 着眼船舶工业4.0引领智能船舶发展[N]. 中国船舶报,2014.6.27.

The study of the development of intelligent ships and China's development strategy

LIU Wei1, SHANG Jia-fa2
(1. China State Shipbuilding Corporation, Beijing 100044, China;2. China Institute of Marine Technology and Economy, Beijing 100081, China)

In recent years, the development of intelligent ship has been accelerating, and intelligent ship has become the main direction of ship development. This paper analyzes the current situation of intelligent ship development at home and abroad and puts forward some suggestions for the development of intelligent ship in China.

intelligent ship；current development situation；development strategy

U664.8

A

1672-7649(2017)11-0189-05

10.3404/j.issn.1672-7649.2017.11.036

2017-07-27

刘微(1986-)，女，主要从事船舶技术发展研究工作。