一、智能船舶的發(fā)展

全球已進(jìn)入“工業(yè)4.0”發(fā)展時(shí)期，我國于2015年5月發(fā)布了《中國制造2025》，把海洋工程裝備和高技術(shù)船舶作為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一加快推進(jìn)，表明大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，船舶行業(yè)智能制造已成為船舶制造與航運(yùn)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。今年 4 月，工信部下發(fā)《智能制造試點(diǎn)示范 2016 專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》，明確指出船舶行業(yè)應(yīng)持續(xù)開展重點(diǎn)企業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、生產(chǎn)線、車間、工廠的智能化改造。表示將討論出臺(tái)《關(guān)于船舶行業(yè)推進(jìn)智能制造指導(dǎo)意見》，為船舶行業(yè)智能制造提供 良好的政策發(fā)展環(huán)境。

二、智能船舶的概念

《智能船舶規(guī)范》對(duì)智能船舶的定義為：智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動(dòng)感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸?shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶，以使船舶更加安全、更加環(huán)保、更加經(jīng)濟(jì)和更加可靠。

三、智能船舶的關(guān)鍵技術(shù)

《智能船舶規(guī)范》將智能船舶的功能分為智能航行、智能船體、智能機(jī)艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺(tái)，基本囊括了智能船舶所應(yīng)具備的所有功能。為實(shí)現(xiàn)和完善上述功能，需進(jìn)一步研究和深化與船舶有關(guān)的信息感知技術(shù)、通信導(dǎo)航技術(shù)、能效控制技術(shù)、航線規(guī)劃技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)、遇險(xiǎn)預(yù)警救助技術(shù)、駕機(jī)一體化和自主航行技術(shù)。

（1）信息感知技術(shù)

船舶信息感知是指船舶能夠基于各種傳感設(shè)備、傳感網(wǎng)絡(luò)和信息處理設(shè)備，獲取船舶自身和周圍環(huán)境的各種信息，使船舶能夠更安全、可靠航行的一種技術(shù)手段。船舶感知的信息可分為自身狀態(tài)信息和周圍環(huán)境信息。自身狀態(tài)信息包括船舶機(jī)艙、駕駛臺(tái)、貨艙內(nèi)各種設(shè)備的狀態(tài)信息，以及船舶航行的位置、航速、航向等航行狀態(tài)信息，主要依靠目前已有的壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、液位等傳感器，感知手段較成熟。周圍環(huán)境信息包括周圍船舶和障礙物信息、周圍氣象條件、水深、視頻監(jiān)控信息、音頻監(jiān)控信息、水流速度和方向、航標(biāo)位置、可航行區(qū)域等，主要依靠AIS、海事雷達(dá)、視頻攝像機(jī)、激光傳感器、激光雷達(dá)傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、能見度采集設(shè)備、計(jì)程儀、水深儀、航行數(shù)據(jù)記錄儀（VDR）、電子海圖（電子航道圖）以及船岸交互信息來獲取，感知過程中涉及的信號(hào)種類較多、數(shù)據(jù)量較大、信息間存在冗余和沖突問題，值得進(jìn)一步研究。

（2）通信導(dǎo)航技術(shù)

通信技術(shù)是用于實(shí)現(xiàn)船舶上各系統(tǒng)和設(shè)備之間，以及船舶與岸站、船舶與航標(biāo)之間的信息交互。常用的通信方式主要包括：VHF（甚高頻）、海事專網(wǎng)、海事衛(wèi)星、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（手機(jī)網(wǎng)絡(luò)）等。導(dǎo)航技術(shù)是用于指導(dǎo)船舶從指定航線的一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)，通常包括定位、目的地選擇、路徑計(jì)算和路徑指導(dǎo)等過程。船舶常用的導(dǎo)航技術(shù)包括早期的無線電導(dǎo)航和現(xiàn)在廣泛使用的衛(wèi)星導(dǎo)航。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為我國船舶導(dǎo)航領(lǐng)域提供了新的發(fā)展契機(jī)。

（3）能效控制技術(shù)

2007年，世界海運(yùn)船舶排放CO2達(dá)10.4億噸，其中國際海運(yùn)排放CO2約8.7億噸，分別占當(dāng)年全球CO2排放總量的3.3%和2.7%。為提高船舶能效、減少船舶溫室氣體排放（節(jié)能減排），國際海事組織（IMO）提出EEDI（新造船設(shè)計(jì)能效指數(shù)）、EEOI（船舶營運(yùn)能效指數(shù)）等評(píng)價(jià)標(biāo)。智能船舶的發(fā)展應(yīng)順應(yīng)“綠色船舶”的發(fā)展潮流，分析通航環(huán)境、裝載量、吃水、主機(jī)功率（轉(zhuǎn)速）等因素與船舶營運(yùn)能效指數(shù)EEOI之間的內(nèi)在關(guān)系，在保證船舶安全和營運(yùn)效率的前提下，通過優(yōu)化控制船舶航速、裝載量、吃水、航線等，以最大限度降低EEOI指數(shù)。

（4）航線規(guī)劃技術(shù)

航線規(guī)劃是指船舶根據(jù)航行水域交通流控制信息、前方航道船舶密度情況、公司船期信息、航道水流分布信息、航道航行難易信息，智能實(shí)時(shí)選擇船舶在航道內(nèi)的位置和航道，以優(yōu)化航線，達(dá)到安全高效、綠色環(huán)保的目的。目前常用的航線規(guī)劃方法包括：線性規(guī)劃方法、混合整數(shù)規(guī)劃模型、遺傳算法、模擬退火、粒子群優(yōu)化算法等智能算法

（5）狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是以監(jiān)測(cè)設(shè)備振動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)為手段的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)報(bào)技術(shù)，通過了解設(shè)備的健康狀況，判斷設(shè)備是處于穩(wěn)定狀態(tài)或正在惡化。未來船舶故障診斷可考慮以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用多尺度分析方法來構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。故障診斷技術(shù)就是在船舶機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中或基本不拆卸設(shè)備的情況下，掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，根據(jù)對(duì)被診斷對(duì)象測(cè)試所取得的有用信息進(jìn)行分析處理，判斷被診斷對(duì)象的狀態(tài)是否處于異常狀態(tài)或故障狀態(tài)，判斷劣化狀態(tài)發(fā)生的部位或零部件，并判定產(chǎn)生故障的原因，以及預(yù)測(cè)狀態(tài)劣化的發(fā)展趨勢(shì)等。

（6）遇險(xiǎn)預(yù)警救助技術(shù)

水上交通事故時(shí)有發(fā)生，尤其是碰撞和擱淺事故，往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。無論是在海上還是內(nèi)河水域，船舶碰撞是最為常見的水上交通事故類型，在所有的水上交通事故中占很大的比例。船舶遇險(xiǎn)預(yù)警與搜救技術(shù)能夠有效的降低事故的發(fā)生率以及降低事故的損失。

（7）自主航行技術(shù)

《智能船舶規(guī)范》中定義，智能航行系指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等對(duì)感知和獲得的信息進(jìn)行分析和處理，對(duì)船舶航路和航速進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化；可行時(shí)，借助岸基支持中心，船舶能在開闊水域、狹窄水道、復(fù)雜環(huán)境條件下自動(dòng)避碰，實(shí)現(xiàn)自主航行。

四、智能船舶的發(fā)展趨勢(shì)

總體來說，部分智能船舶相關(guān)技術(shù)理論較為成熟（環(huán)境感知技術(shù)、通信導(dǎo)航技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)等），已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，但有些技術(shù)理論缺少在真實(shí)環(huán)境下的驗(yàn)證（能效控制技術(shù)、航線規(guī)劃技術(shù)、安全預(yù)警技術(shù)、自主航行技術(shù)等），因此，智能船舶總體仍處于快速發(fā)展階段，還未完全成熟。隨著船舶技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，以及“大數(shù)據(jù)”的智能應(yīng)用，正推動(dòng)著智能船舶的加速出現(xiàn)。未來10～20年船舶智能化的發(fā)展將是決定未來船舶行業(yè)發(fā)展方向的重要因素；除了信息感知、通信導(dǎo)航、能效管控等關(guān)鍵技術(shù)，自動(dòng)靠泊、離岸，自主維修，自動(dòng)清洗，自動(dòng)更換設(shè)備部件，自我防護(hù)等同樣將會(huì)趨于智能化發(fā)展；隨著船舶智能化相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，最終可實(shí)現(xiàn)由智能系統(tǒng)設(shè)備逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闀?huì)思考的智能船舶，促進(jìn)船舶安全、高效航行。