智能船舶的应用与展望

杨城，何强

（武警士官学校船艇系，浙江 杭州 311400）

全世界能源危机逐渐凸显，船舶及其相关领域的研究的主要围绕着节能减排展开，随着智能时代的到来，无人机、无人汽车、无人船舶等已经成为各个行业领域研究和大力发展的重点方向[1]，为船舶的研究提供了新的思路。国务院在2017年7月发布《新一代人工智能发展规划》中提出要大力发展智能无人船舶[2]，智能无人船舶第一次被提升到了国家战略层面。因此，无论是民用智能船舶，还是军用无人船艇，都关系到国家科技领域的发展，以及国防、军事现代化建设的进程。与此同时，世界各国都不断加强对智能船舶领域的研究，为中国的智能无人船舶技术带来了巨大的挑战和机遇[3]。

1 智能船舶简介

所谓的“智能无人化船舶”，主要是指可以人工远程遥控或自动控制，依托于卫星定位、传感器以及物联网等先进技术而进行的目标识别、数据传输以及执行规定功能的船舶。中国船级社在2020年颁布《智能船舶规范（2020）》[4]对智能化船舶进行了定义，智能化船舶与传统船舶相比，具有感知能力、记忆和思维能力、自适应能力以及行为决策能力，智能化主要是从船舶局部到全船应用、由辅助决策到完全自主的方向进行发展。民用的智能化无人船多数与货物运输、环境监测、水上救援等领域相关[5-6]，应用的范围比较单一；而在军事应用方面，由于船艇担负的作战使命以及任务的特殊性，决定了智能化无人船舶多数应用于小型船艇，能够完成单项或多项功能，主要进行侦察、防卫使用。

2 国外智能船舶发展现状

2.1 美国

美国在人工智能领域的研究起步较早，在智能船舶领域的研究主要应用于军事，从概念构想到制造应用，美国研制的水面无人艇具有航速高、机动性强、模块化设计、隐蔽性好等特点，典型的代表船型[7]有通用动力公司建造的“斯巴达侦察兵”、国际机器人系统公司研制的“海上猫头鹰”以及美国海军研究局在刚性充气艇的基础上研制的遥控无人艇“海狐”，这类智能无人艇根据任务不同，可以选择不同的模块，以实现所需的功能。不同的模块通常具有4项功能：情报搜集和监视、反水雷战、反舰作战、反潜作战。在民用领域，无人技术主要应用于商船或渔船，研究围绕着自动驾驶、自动避碰、路径规划等功能，如美国环保协会（EDF）提倡“智能船舶”计划，旨在加快新型技术应用于全球的渔船，便于记录和跟踪渔船状态，为决策提供依据。美国Metal Shark与ASV Global共同研发Sharktech型智能船舶，可以实现自动避碰和导航功能，这些功能进一步为军事、救援以及海上执法服务。

2.2 法国

法国早在2013年推出《法国机器人发展计划》以及《法国人工智能战略》，重点加强人工智能领域的研究。在民用智能船艇方面，法国Marine Tech公司研发的“RSV”智能船“海豚号”，这种智能船体积非常小，同时能抵抗5级风的海况以及1.5 m的浪，主要用于海上监测、采集海岸与海底的地形数据，为生态评估、岸线保护以及生态评估服务，集海洋、湖泊和河流测绘于一身。军用方面，法国ECA公司研制的有“ART-STAR”和“检验者”号无人艇，前者作为水面自主航行靶船，进行航道勘探、扫雷探测的任务，后者则主要用于情报搜集和监测侦察工作。

2.3 韩国

韩国有现代重工、三星重工和大宇造船三大造船龙头企业，对于智能船的发展和规划也有清晰的目标。在民用方面，现代重工旗下子公司Avikus研发的游艇“Avikus”号已经成功下水并测试自动驾驶系统，掌握核心技术“HiNAS”智能航行辅助系统和离岸支援系统“HiBas”，实现船舶自主航行。在军用方面，韩国LⅠG Nex1公司研发的“海剑3”水面无人艇，可以执行监视与侦察任务，并实现自主导航和避碰技术，船舶可以在4级海况下实现自主航行。

2.4 日本

日本雅马哈公司研制的“UMV-H”环境监测无人艇，利用太阳能进行供电，主要用于海上环境监测，同时也可以实现海军的侦察任务；2014年开始，日本机械与设备协会（JSMEA）和三菱重工共同研制智能船舶系统，并已实船调试，日本船级社和NAPA联合研制航行路径规划系统，也成功运用到智能船舶中。2019年，日本邮船已启动DFFAS（Designing the Future of Full Autonomous Ship）项目，旨在开发和验证无人操作系统，实现船舶定位以及航线控制、实时感应海况、降低海上故障。

3 国内智能船舶发展现状

目前国内的智能化无人船艇，在技术层面，研究主要集中在智能无人船艇的数据传输与研发、智能无人船艇的控制以及路径优化[8-11]等方面，这些领域是智能船舶技术发展的关键技术，船舶在航行过程中，实际的航行路径往往与规划的路径存在一定的偏差，偏离原设计航线的过程中，实际航区的水深、障碍物情况已经发生变化，这将会大大增加船舶航行的难度与风险，导致船艇在航行时容易发生碰撞、触礁等事故；在应用层面，大多数都停留在理论框架上[12-16]，多使用在水文监测、地质勘测、海上救援、海上巡视等领域，目前已经成型的产品与专利，以云洲科技公司为主[17]，研制出的产品有环境测量船、隐身无人船、海洋调查艇以及自主军用无人艇。军方对无人船艇的应用，多以渡海登陆、边境管控等任务为主，将无人船艇作为未来的战争规划加以应用和验证[18]，除此以外，更多的是将无人船艇作为靶船[19]，其功能相对单一，未能充分发挥无人船艇的效用和价值。

4 船舶应用及展望

4.1 环境监测

在智能化船艇上，加装通信网络、监测设备以及测量设备，进行水文监测；加装采集传感器、气象监控机等对海域气象进行监测；加装重力仪或磁力仪等对海洋进行勘测。如果使用大型的船舶执行此类任务，采集的数据量较少，准确性较低，且费时费力；如果采用固定装置进行采集，则会增大设备投入成本，得不偿失。因此，使用智能无人船艇执行监测任务具有综合的经济性和实用性，在应用时应以提高续航能力、抗风浪能力为主。

4.2 海岸巡视

中国海岸基线较长、水域范围广，使用大型船舶进行巡逻，不仅消耗人力物力，而且容易被反侦察。因此，利用智能无人船艇可以扩大水域监测范围，实现岸基-母船-无人船的管理模式，提高监测效率，同时增加巡视的隐蔽性。

4.3 水上救援

海上出现人员落水时，吊放救生艇非常迟缓，也不易发现和营救落水人员；江河湖泊中出现人员落水的情况往往不易被察觉，从发现到人员搜救的过程中，营救船舶需要从岸边行驶到救援地，响应通常比较迟缓，贻误救援时机。因此，将智能无人船艇上，加装救援设备，可以增加自动巡航频次，提升救援的快速性以及有效性。

4.4 反恐安保

近些年来水上恐怖活动有所缓解，但是在重大节假日期间，或者在危险水域航行时，水上安全问题不容忽视，主要是来自于恐怖活动，恐怖分子通常会对船舶以及岸基设施进行攻击。因此，利用无人船艇可以进行水上或岸边的可疑目标识别和拦截，防止自杀式爆炸的威胁，减少人员伤亡。

4.5 火力支援

火力支援通常应用于军事船艇，大多数的军用智能无人船艇都可以配备枪炮，能够在一定程度范围内压制敌方火力，较大船型智能无人船甚至可以加装防空或拦截导弹，实现对目标的击打任务。这类船艇平时可以拆卸枪炮，用于巡逻执勤任务，在作战或演习时，可以配载枪炮，实弹射击。

4.6 航道探测

水雷是一种布设在水中的爆炸武器，由于廉价、威力大、发现困难，在水上战争中被广泛使用。对于有潜在危险或战争的水域，可以利用智能无人船艇延长航程和距离，实现对航行水域的扫雷工作，以免母船航行时被敌方水雷袭击。

4.7 情报侦察

现代战争中，大型的舰艇容易暴露目标，智能无人船艇配备有雷达、传感器、定位系统，可以有效地对目标进行定位，同时结合图像识别技术，便于目标的发现，对可疑的目标识别、回传和应急响应。

4.8 水上靶船

军舰在水上演习时，通常使用固定浮标作为靶子，无法适应战场多样性变化，实战性较差。因此，简易的无人船艇可以作为靶船，按照规划的路径进行航行，增加实战性，实现军舰对目标的精准打击，提高舰艇的实战能力。

4.9 水上诱饵

在海战时，出于战术和战略考虑，通常会进行船艇伪装，部队可以使用智能无人船艇作为诱饵船，分散敌方注意力，干扰敌方的目标识别和判断，如在无人船艇上加装声呐设备，诱骗敌方暴露水下潜艇位置。

4.10 协同作战

现代战争已经升级到网络信息化战争，部队可以通过互联网技术，实现有人/无人的协同作战，同时智能无人船艇可以作为无人机的远程控制及回收平台，扩大水域监测范围，提高无人机以及无人船艇的利用率，形成联合作战模式和机制。

4.11 反潜作战

潜艇隐蔽性极高，在军事演习或战时，通过对智能船艇加装侦察设备、探测设备或武器装备，可以增加海军的反潜力量，减少反潜任务的人员生命风险，降低反潜的成本，实现对敌方的侦察、驱赶甚至攻击水下潜艇。

5 结论

本文主要对国内外智能化无人船艇的民用以及军用方向进行了梳理与研究。目前，国外已经有比较成熟的民用以及军用智能化无人船艇，且军用智能化无人船艇服役早、种类多，功能不一。民用方面，研究主要集中在自动驾驶、船舶自动避碰等方面，智能化无人船艇主要应用于水文监测以及地质勘测等领域；而在军用方面，技术相对成熟，主要以情报搜集、水上扫雷、反潜艇、航道探测等方面。结合中国军、民用研究实际，提出了未来智能化无人船舶的应用方向，民用可以应用于环境监测、地质勘测、海岸监察、水上救援等领域；军用可以应用在反恐保安、火力支援、航道探测、情报侦察、水上靶船、水上诱饵、协同作战、反潜作战等领域。