智能船舶技术的发展与研究

杨闪辉 吉兴祥

摘 要： 概述智能船舶的由来和演进，综述国内智能船舶的发展现状及智能船厂的发展现状，总结智能船舶相关配套技术，展望智能船舶的发展趋势。

关键词： 智能船舶技术；发展；研究

引言：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。

参考文献

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