一、智能船舶的發展

全球已進入“工業4.0”發展時期，我國于2015年5月發布了《中國制造2025》，把海洋工程裝備和高技術船舶作為十大重點發展領域之一加快推進，表明大數據時代背景下，船舶行業智能制造已成為船舶制造與航運領域發展的趨勢。今年 4 月，工信部下發《智能制造試點示范 2016 專項行動實施方案》，明確指出船舶行業應持續開展重點企業關鍵環節、生產線、車間、工廠的智能化改造。表示將討論出臺《關于船舶行業推進智能制造指導意見》，為船舶行業智能制造提供 良好的政策發展環境。

二、智能船舶的概念

《智能船舶規范》對智能船舶的定義為：智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯網、互聯網等技術手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據，并基于計算機技術、自動控制技術和大數據處理分析技術，在船舶航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行的船舶，以使船舶更加安全、更加環保、更加經濟和更加可靠。

三、智能船舶的關鍵技術

《智能船舶規范》將智能船舶的功能分為智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺，基本囊括了智能船舶所應具備的所有功能。為實現和完善上述功能，需進一步研究和深化與船舶有關的信息感知技術、通信導航技術、能效控制技術、航線規劃技術、狀態監測與故障診斷技術、遇險預警救助技術、駕機一體化和自主航行技術。

（1）信息感知技術

船舶信息感知是指船舶能夠基于各種傳感設備、傳感網絡和信息處理設備，獲取船舶自身和周圍環境的各種信息，使船舶能夠更安全、可靠航行的一種技術手段。船舶感知的信息可分為自身狀態信息和周圍環境信息。自身狀態信息包括船舶機艙、駕駛臺、貨艙內各種設備的狀態信息，以及船舶航行的位置、航速、航向等航行狀態信息，主要依靠目前已有的壓力、溫度、轉速、液位等傳感器，感知手段較成熟。周圍環境信息包括周圍船舶和障礙物信息、周圍氣象條件、水深、視頻監控信息、音頻監控信息、水流速度和方向、航標位置、可航行區域等，主要依靠AIS、海事雷達、視頻攝像機、激光傳感器、激光雷達傳感器、風速傳感器、風向傳感器、能見度采集設備、計程儀、水深儀、航行數據記錄儀（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種類較多、數據量較大、信息間存在冗余和沖突問題，值得進一步研究。

（2）通信導航技術

通信技術是用于實現船舶上各系統和設備之間，以及船舶與岸站、船舶與航標之間的信息交互。常用的通信方式主要包括：VHF（甚高頻）、海事專網、海事衛星、移動通信網絡（手機網絡）等。導航技術是用于指導船舶從指定航線的一點運動到另一點，通常包括定位、目的地選擇、路徑計算和路徑指導等過程。船舶常用的導航技術包括早期的無線電導航和現在廣泛使用的衛星導航。北斗衛星導航系統為我國船舶導航領域提供了新的發展契機。

（3）能效控制技術

2007年，世界海運船舶排放CO2達10.4億噸，其中國際海運排放CO2約8.7億噸，分別占當年全球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（節能減排），國際海事組織（IMO）提出EEDI（新造船設計能效指數）、EEOI（船舶營運能效指數）等評價標。智能船舶的發展應順應“綠色船舶”的發展潮流，分析通航環境、裝載量、吃水、主機功率（轉速）等因素與船舶營運能效指數EEOI之間的內在關系，在保證船舶安全和營運效率的前提下，通過優化控制船舶航速、裝載量、吃水、航線等，以最大限度降低EEOI指數。

（4）航線規劃技術

航線規劃是指船舶根據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，智能實時選擇船舶在航道內的位置和航道，以優化航線，達到安全高效、綠色環保的目的。目前常用的航線規劃方法包括：線性規劃方法、混合整數規劃模型、遺傳算法、模擬退火、粒子群優化算法等智能算法

（5）狀態監測與故障診斷技術

狀態監測技術是以監測設備振動發展趨勢為手段的設備運行狀態預報技術，通過了解設備的健康狀況，判斷設備是處于穩定狀態或正在惡化。未來船舶故障診斷可考慮以大數據為基礎，運用多尺度分析方法來構建設備狀態監測系統。故障診斷技術就是在船舶機械設備運行中或基本不拆卸設備的情況下，掌握設備的運行狀況，根據對被診斷對象測試所取得的有用信息進行分析處理，判斷被診斷對象的狀態是否處于異常狀態或故障狀態，判斷劣化狀態發生的部位或零部件，并判定產生故障的原因，以及預測狀態劣化的發展趨勢等。

（6）遇險預警救助技術

水上交通事故時有發生，尤其是碰撞和擱淺事故，往往造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。無論是在海上還是內河水域，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。船舶遇險預警與搜救技術能夠有效的降低事故的發生率以及降低事故的損失。

（7）自主航行技術

《智能船舶規范》中定義，智能航行系指利用計算機技術、控制技術等對感知和獲得的信息進行分析和處理，對船舶航路和航速進行設計和優化；可行時，借助岸基支持中心，船舶能在開闊水域、狹窄水道、復雜環境條件下自動避碰，實現自主航行。

四、智能船舶的發展趨勢

總體來說，部分智能船舶相關技術理論較為成熟（環境感知技術、通信導航技術、狀態監測與故障診斷技術等），已經得到實際應用，但有些技術理論缺少在真實環境下的驗證（能效控制技術、航線規劃技術、安全預警技術、自主航行技術等），因此，智能船舶總體仍處于快速發展階段，還未完全成熟。隨著船舶技術、信息技術的發展，以及“大數據”的智能應用，正推動著智能船舶的加速出現。未來10～20年船舶智能化的發展將是決定未來船舶行業發展方向的重要因素；除了信息感知、通信導航、能效管控等關鍵技術，自動靠泊、離岸，自主維修，自動清洗，自動更換設備部件，自我防護等同樣將會趨于智能化發展；隨著船舶智能化相關技術的不斷發展，最終可實現由智能系統設備逐步轉變為會思考的智能船舶，促進船舶安全、高效航行。