智能船舶

  目前,智能船舶已成为国际海事界研发和关注的新热点。智能船舶通过将现代信息技术、人工智能技术等新技术与传统船舶技术进行融合,从而达到安全可靠、节能环保、经济高效的目的。本文基于智能船舶模块的功能和经济性,剖析各关键技术在其中发挥的优势和作用，以及技术研发与产业化应用现状,为智能船舶项目决策与未来智能船舶体系构建提供依据。

七大关键技术助力六大智能模块实现

  根据中国船级社《智能船舶规范》, 智能船舶的智能模块分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台六个部分,而信息感知技术、通信导航技术、能效控制技术、航线规划技术、状态监测与故障诊断技术、遇险预警救助技术、自主航行技术七大技术在六大模块中发挥着重要的作用,为智能船舶的正常运行提供有力保障。

  信息感知技术:船舶信息感知是指船舶能够基于各种传感设备、传感网络和信息处理设备,获取船舶自身和周围环境的各种信息，包括船舶航速、航向、时空位置等的变化等,使船舶能够更安全、可靠航行的一种技术手段。目前,常用的船舶状态感知技术手段有雷达、船舶自动识别系统( AIS)、全球定位系统、闭路电视系统(CCTV )等。信息感知技术是智能技术的基础,在智能模块中负责信息收集,为智能分析提供数据基础。例如,在智能航行模块中,信息感知技术利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段,自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、 港口等方面的信息和数据,供航行中心进行大数据处理、计算机分析和自动控制;在智能船体模块中,信息感知技术实现了对船体结构安全参数的监测以及海洋环境参数监测,从而对智能船体起到支持的作用;在智能能效管理模块,信息感知技术负责船舶能效在线智能监控并进行数据反馈。

  通信导航技术:通信导航技术是运用各种技术手段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,从而通过航位推算、无线电信号、 惯性解算、 地图匹配、卫星定位及多方式组台以达到确定运载体的动态状态和位置等参数的综合技术，通信导航技术可细分为船舶通信技术和船舶导航技术两个部分。通信导航技术对智能船舶的线路规划和航行起到重要的作用。在智能航行模块中,通信导航技术实现船、岸、船船之间联系,协助船舶能在开阔水域、狭窄水道、复 杂环境条件下自动避碰。而非航行模块中,通信导航技术也能够提供信息传递的功能,例如在智能能效管理模块中,通信导航技术能够将能耗、航速、纵倾角等多维度多渠道信息汇总传递至控制决策中心。

  能效控制技术:也称船舶能效管理控制计划,是通过对能效指标进行分析和汇总整理,指导船舶能效因素(航线设计、航速、船舶浮态、动力设备)和人员培训等技术措施的改善, 最终实现减少排放、提高能效目的的技术手段。能效控制技术服务于智能能效管理模块。通过信息感知技术采集和通信导航技术传递的船舶航行状态、耗能状况信息,结合航线特点、燃料消耗、经济效益等评估结果, 提供基于不同目标的航速优化方案,为船舶能效管理提供辅助决策建议。

  航线规划技术:航线规划技术是指船舶根据航行水域交通流控制信息、前方航道船舶密度情况、 公司船期信息、航道水流分布信息、航道航行难易信息, 智能实时选择船舶在航道内的位置和航道,以优化航线,达到安全高效、绿色环保的方法。目前常用的航线规划方法包括:线性规划方法、混合整数规划模型、遗传算法、模拟退火、粒子群优化算法等。航线规划技术主要体现在智能航行模块中航路设计和优化,通过航线计划、航线监控、自动避碰等功能,让船舶的海上运输更加安全高效,从而缩短运输航程,降低燃料消耗。

  状态监测与故障诊断技术:由两部分组成,状态监测技术是以监测设备振动发展趋势等技术为手段,判断设备是处于稳定状态或正在恶化。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,判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态,以吸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。状态监测与故障诊断技术的应用领域在智能船体和智能机舱两大模块。该技术基于采集数据结果,能够实现全生命周期对船体、主机等关键配套的监控,定量评估使用情况,并结合辅助决策系统提高船体和设备安全性,减少维修费用。

  遇险预警救助技术:船舶遇险预警及求救系统是指船舶在遭遇恶劣海况、天气或其他特殊情况时能够对船舶航行姿态进行实时监测和预警,并能在船舶发生倾覆等突发情况时自动向监控中心或周围船舶发出求救信号, 指引搜救人员和船舶前往遇难遇险船舶开展救助的方法手段。遇险预警救助技术是智能集成平台以及智能货物管理模块所搭载的关键技术。该项技术减轻了海上环境监测对人员的依赖性,并

提高了风险预警率,及时控制事故的蔓延,提升工作效率和船上人员财务的安全性。

  自主航行技术: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。自主航行技术是智能船舶实现无人驾驶的关键所在。但由于自主航行的可靠性和稳定性需要经过长时间的真实环境下的反复测试,并且还需要与之配套的国际和国内水上交通法律、法规的修改和完善 ,因此,距离无人驾驶船舶大规模的投入生产和营运还有较长的一段时间,所以自主航行属于尚未实现的高级功能。

  综上所述,智能船舶七项关键智能技术中在船舶各大智能模块的体现如上表,可以看到,信息感知与通信导航是目前智能船舶最为核心的智能技术,而智能集成平台是各关键技术的连接中心。