智能船舶发展趋势分析 —以海事巡逻艇为例
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-06-30
智能船舶发展趋势分析
一、智能船舶发展趋势概况
1. 发展智能船舶的原因
2. 智能船舶是什么
3. 智能船舶功能模块
4. 智能船舶关键技术
5. 目前的技术和难点
6. 国际上的先进成果
7. 总论
二、海事巡逻船介绍
三、海事巡逻船的智能化
1. 通讯与识别
2. 安全与自动航行
3. 船舶动力
摘要
智能船舶作为海上重要交通工具，其智能化成为世界各国关注的重点。本文概括了智能船舶的特点，总结已有成就并指出问题和可能的改进措施和思路。就我国广阔的海域和现有的技术基础，探索海事巡逻艇在通讯与识别、安全与自动航行和动力方面可能解决的措施和方法。
关键词：智能船舶，海事巡逻艇，船舶智能化，e航海
一、智能船舶概况
1. 发展智能船舶的原因
近年来由于智能船舶概念的兴起以及智能船舶技术的日益发展，船舶智能化已经成为全球航运的大势所趋。出于通过船舶智能化降低船舶控制和管理难度，减少人为误操作，提高设备及船舶营运的安全，优化船舶航行，控制燃油消耗、降低成本，提高收益等目的，目前智能船舶的研究已在全球范围内开展。
2. 智能船舶是什么
2015年12月1日，由中国船级社（CCS）编制的《智能船舶规范》正式对外发布，其中定义：“智能船舶指利用传感器、通信、互联网等技术手段，自动感知信息和数据，并通过自动控制技术和大数据处理分析技术来实现智能化运行。”智能船舶以“大数据”为基础，运用实时数据传输和汇集、大容量计算、数字建模、远程控制等先进的信息化技术，实现船舶智能化的感知、判断分析以及决策和控制，从而更好地保证船舶的航行安全及运营效率智能船舶也是《中国制造2025》中明确重点发展的领域，代表了船舶未来的发展方向，关乎航运业的转型镇闷升级。
3. 智能船舶功能模块
中国船级社发布的《智能船舶规范》将智能船舶分为六大功能模块：智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台。
4. 智能船舶中的关键技术
（1）信息感知技术
（2）通信导航技术
（3）能效控制技术
（4）航线规划技术
（5）状态监测与故障诊断技术
（6）遇险预警救助技术
（7）自主航行技术
5. 目前技术发展的成果和难点
虽然GPS、AIS、电子海图、VHF 等无线电设备和导航设备等都广泛应用在现代船舶上，同时，基于各种自动化设备的综合桥楼系统、集成控制系统和机舱监测报警系统等自动化系统都已普遍应用，且技术成熟，但是，距离上述智能船舶对智能化的要求还有不少差距。无论是尚有技术难度的船-岸大容量通信技术、大数据分析技术、智能决策技术，还是现有数据的融合及转化，还是为了长远考虑必须规划和整理的相关标准，都是摆在造船人面前的艰巨任务。
建议结合E-航海、E-内河的规划，基于已有的技术和基础设施，加快关键技术的研究，扩展现有设备的智能化功能。
6. 当前国际上取得的先进成果
2012 年，由德国 Fraunhofer CML、挪威 MARINTEK、瑞典查尔姆斯理工大学等 8 家研究机构共同合作的“MUNIN” 项目（基于智能化网络的海洋无人航行）[28]，首次以无人散货轮为对象开展大型无人船的研究。
挪威船级社（DNV）在船体结构监测，舰船性能管理、船体集成管理等方面都持续进行研究，建立数字化船体模型，开发了相应的工具，可为世界各国航运公司提供系统监控及报告、高质量和综合性的视觉信息、全生命周期信息、通过3D 结构模型实现清晰通信等技术服务。
作为全球最大的船舶设备供应商之一，英国的罗尔斯·罗伊斯公司最近几年提出了自动船舶（Autonomous Ship），机器人船舶（Robotic Ship），无人船舶（Unmanned Ship），船舶智能化（ShipIntelligence）等概念。2013 年，罗尔斯·罗伊斯公司开展无人驾驶货船（ robotic cargo ship）项目的研究，这种无人驾驶货船可以从全息控制室实现全部操作，并可以航行到世界各地。罗罗公司认为，智能船舶的下一步发展应该着眼于远程遥控和无人驾驶。该公司在2014年就开始开发名为“未来操作体验概念”(Future Operator Experience Concept)的岸基遥控系统。2016年3月，该公司又与芬兰国家技术研究中心(VTT)、阿尔托大学和坦佩雷大学人机互动研究中心结成合作伙伴，拟于2020年前推出成型产品。通过与VTT进行技术合作，罗罗公司够有效评估远程遥控自动化船舶的设计方案。
7. 总论
总体来说，部分智能船舶相关技术理论较为成熟（环境感知技术、通信导航技术、状态监测与故障诊断技术等），已经得到实际应用，但有些技术理论缺少在真实环境下的验证（能效控制技术、航线规划技术、安全预警技术、自主航行技术等），因此，智能船舶总体仍处于快速发展阶段，还未完全成熟。随着船舶技术、信息技术的发展，以及“大数据”的智能应用，正推动着智能船舶的加速出现。船舶智能化的发展将是决定未来船舶行业发展方向的重要因素；除了信息感知、通信导航、能效管理等关键技术，自动停泊、离岸，自动维修，自动清洗，自动更换设备部件，自我防护等同样将会趋于智能化发展；随着船舶智能化相关技术的不断发展，最终可实现由智能系统设备逐步转变为会思考的智能船舶，促进船舶安全、高效航行。并为我国航运带来新的发展机遇。
二、海事巡逻船的介绍
我国是海洋和航运大国，是国际海事组织A类理事国，在和平开发和利用海洋资源、履行国际公约中发挥着重要作用。但是由于历史原因，我国水上交通安全监督管理能力还不适应经济发展需要，与我国海洋大国和航运大国的地位极不相符。20001年，《中国海事发展纲要》提出，到2005年，中国海事将要把1000海里内的国际航线和海上设施等纳入监管范围，50海里内重要干线航道和重要港口附近的应急到达时间不大于3小时。实现这一目标的要求存在于多方面，其中一个重要原因即为具有远航能力的现代化的海事巡逻船。
海事巡逻船在海事巡航执法等诸多方面中发挥着关键作用，其任务主要包括：1、执行海上巡逻、监管、警戒、护航、交通疏导2、执法取证：处理和调查一切海上事故的必须交通工具，维护水上秩序 3、应急搜救：承担水上搜寻救助组织和海上应急值班工作，协调和指导的有关工作。
海事巡逻船上应配备的光电跟踪取证系统能够良好实现海上取证，有效地进行海上内交通事故调查和处理、搜寻和水域污染检测等活动。海上取证不似陆地证据那般固化，会随时间和海流、风向的变化而变化甚至消灭。及时准确的海上取证极为重要。因此，该系统在海事巡逻船得以应用。
海事巡逻船还有一个特殊舱室——多功能厅。此厅类似于会议室，不同的是该亭内具备巨屏显示器以及安装电脑和各种电子设备的操作台。此厅不仅用于召集紧急会议，更可以通过以太网络系统，实现现场指挥部用特殊频点甚至高频无线通话与渔政、海关船舶通信联络；也可以通过船上海事卫星系统接入全国海事网，甚至接入国际海事组织。
海事巡逻船能保证我国领海的安全，帮助我国实现海上透明化的宏伟目标。而其更智能化是海事巡逻船的发展趋势，也是我们应努力的方向。
三、海事巡逻船的智能化
基于海事巡逻船的特点及现有技术基础，实现有限度的海事巡逻船的智能化是必要且可行的。海事巡逻船的任务及功能有其特殊性，不同于其他船种。其主要任务类型包括巡逻护航、监管执法、搜救指挥、污染防治业务和维护国家安全和利益。[5]根据《国家水上交通安全和救助系统布局规》制定的监管目标，巡逻船要能在12h之内到达离岸200 n mile内的任何水域，在90min之内到达离岸50nmile内的重点水域。该任务需求对船舶航速提出明显需求，但考虑到节省燃油，船舶日常巡航是低速航行的，仅在需要时才迅速提高航速，因而要求船舶在中低速和高速的状态下都能有较低的耗油率。同时，考虑到重大海难大多发生在恶劣海况下，要求船舶有优良的操纵性和适航性、较大的续航力和结构强度及先进的通信指挥和救援设备。表一归纳了海事履职的主要任务与船舶主要性能的相关性其中船舶生存能力主要指船舶稳性和抗沉性[6]。针对以上对海事巡逻船的规范和要求，本文将讨论海事巡逻船在解决通讯与识别、安全和自动航行及动力方面可能的措施及思路。
1. 通讯与识别
船舶间通讯主要通过卫星通讯和地面通信，关于海事巡逻船队间的通信，可以考虑移动自组网技术。自组网是指一组带有无线接收装置的移动节点组成的一个多跳临时性的自治系统。主要应用在没有网络基础设施支持的环境中或现有网络不能满足移动性
一、智能船舶发展趋势概况
1. 发展智能船舶的原因
2. 智能船舶是什么
3. 智能船舶功能模块
4. 智能船舶关键技术
5. 目前的技术和难点
6. 国际上的先进成果
7. 总论
二、海事巡逻船介绍
三、海事巡逻船的智能化
1. 通讯与识别
2. 安全与自动航行
3. 船舶动力
摘要
智能船舶作为海上重要交通工具，其智能化成为世界各国关注的重点。本文概括了智能船舶的特点，总结已有成就并指出问题和可能的改进措施和思路。就我国广阔的海域和现有的技术基础，探索海事巡逻艇在通讯与识别、安全与自动航行和动力方面可能解决的措施和方法。
关键词：智能船舶，海事巡逻艇，船舶智能化，e航海
一、智能船舶概况
1. 发展智能船舶的原因
近年来由于智能船舶概念的兴起以及智能船舶技术的日益发展，船舶智能化已经成为全球航运的大势所趋。出于通过船舶智能化降低船舶控制和管理难度，减少人为误操作，提高设备及船舶营运的安全，优化船舶航行，控制燃油消耗、降低成本，提高收益等目的，目前智能船舶的研究已在全球范围内开展。
2. 智能船舶是什么
2015年12月1日，由中国船级社（CCS）编制的《智能船舶规范》正式对外发布，其中定义：“智能船舶指利用传感器、通信、互联网等技术手段，自动感知信息和数据，并通过自动控制技术和大数据处理分析技术来实现智能化运行。”智能船舶以“大数据”为基础，运用实时数据传输和汇集、大容量计算、数字建模、远程控制等先进的信息化技术，实现船舶智能化的感知、判断分析以及决策和控制，从而更好地保证船舶的航行安全及运营效率智能船舶也是《中国制造2025》中明确重点发展的领域，代表了船舶未来的发展方向，关乎航运业的转型镇闷升级。
3. 智能船舶功能模块
中国船级社发布的《智能船舶规范》将智能船舶分为六大功能模块：智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台。
4. 智能船舶中的关键技术
（1）信息感知技术
（2）通信导航技术
（3）能效控制技术
（4）航线规划技术
（5）状态监测与故障诊断技术
（6）遇险预警救助技术
（7）自主航行技术
5. 目前技术发展的成果和难点
虽然GPS、AIS、电子海图、VHF 等无线电设备和导航设备等都广泛应用在现代船舶上，同时，基于各种自动化设备的综合桥楼系统、集成控制系统和机舱监测报警系统等自动化系统都已普遍应用，且技术成熟，但是，距离上述智能船舶对智能化的要求还有不少差距。无论是尚有技术难度的船-岸大容量通信技术、大数据分析技术、智能决策技术，还是现有数据的融合及转化，还是为了长远考虑必须规划和整理的相关标准，都是摆在造船人面前的艰巨任务。
建议结合E-航海、E-内河的规划，基于已有的技术和基础设施，加快关键技术的研究，扩展现有设备的智能化功能。
6. 当前国际上取得的先进成果
2012 年，由德国 Fraunhofer CML、挪威 MARINTEK、瑞典查尔姆斯理工大学等 8 家研究机构共同合作的“MUNIN” 项目（基于智能化网络的海洋无人航行）[28]，首次以无人散货轮为对象开展大型无人船的研究。
挪威船级社（DNV）在船体结构监测，舰船性能管理、船体集成管理等方面都持续进行研究，建立数字化船体模型，开发了相应的工具，可为世界各国航运公司提供系统监控及报告、高质量和综合性的视觉信息、全生命周期信息、通过3D 结构模型实现清晰通信等技术服务。
作为全球最大的船舶设备供应商之一，英国的罗尔斯·罗伊斯公司最近几年提出了自动船舶（Autonomous Ship），机器人船舶（Robotic Ship），无人船舶（Unmanned Ship），船舶智能化（ShipIntelligence）等概念。2013 年，罗尔斯·罗伊斯公司开展无人驾驶货船（ robotic cargo ship）项目的研究，这种无人驾驶货船可以从全息控制室实现全部操作，并可以航行到世界各地。罗罗公司认为，智能船舶的下一步发展应该着眼于远程遥控和无人驾驶。该公司在2014年就开始开发名为“未来操作体验概念”(Future Operator Experience Concept)的岸基遥控系统。2016年3月，该公司又与芬兰国家技术研究中心(VTT)、阿尔托大学和坦佩雷大学人机互动研究中心结成合作伙伴，拟于2020年前推出成型产品。通过与VTT进行技术合作，罗罗公司够有效评估远程遥控自动化船舶的设计方案。
7. 总论
总体来说，部分智能船舶相关技术理论较为成熟（环境感知技术、通信导航技术、状态监测与故障诊断技术等），已经得到实际应用，但有些技术理论缺少在真实环境下的验证（能效控制技术、航线规划技术、安全预警技术、自主航行技术等），因此，智能船舶总体仍处于快速发展阶段，还未完全成熟。随着船舶技术、信息技术的发展，以及“大数据”的智能应用，正推动着智能船舶的加速出现。船舶智能化的发展将是决定未来船舶行业发展方向的重要因素；除了信息感知、通信导航、能效管理等关键技术，自动停泊、离岸，自动维修，自动清洗，自动更换设备部件，自我防护等同样将会趋于智能化发展；随着船舶智能化相关技术的不断发展，最终可实现由智能系统设备逐步转变为会思考的智能船舶，促进船舶安全、高效航行。并为我国航运带来新的发展机遇。
二、海事巡逻船的介绍
我国是海洋和航运大国，是国际海事组织A类理事国，在和平开发和利用海洋资源、履行国际公约中发挥着重要作用。但是由于历史原因，我国水上交通安全监督管理能力还不适应经济发展需要，与我国海洋大国和航运大国的地位极不相符。20001年，《中国海事发展纲要》提出，到2005年，中国海事将要把1000海里内的国际航线和海上设施等纳入监管范围，50海里内重要干线航道和重要港口附近的应急到达时间不大于3小时。实现这一目标的要求存在于多方面，其中一个重要原因即为具有远航能力的现代化的海事巡逻船。
海事巡逻船在海事巡航执法等诸多方面中发挥着关键作用，其任务主要包括：1、执行海上巡逻、监管、警戒、护航、交通疏导2、执法取证：处理和调查一切海上事故的必须交通工具，维护水上秩序 3、应急搜救：承担水上搜寻救助组织和海上应急值班工作，协调和指导的有关工作。
海事巡逻船上应配备的光电跟踪取证系统能够良好实现海上取证，有效地进行海上内交通事故调查和处理、搜寻和水域污染检测等活动。海上取证不似陆地证据那般固化，会随时间和海流、风向的变化而变化甚至消灭。及时准确的海上取证极为重要。因此，该系统在海事巡逻船得以应用。
海事巡逻船还有一个特殊舱室——多功能厅。此厅类似于会议室，不同的是该亭内具备巨屏显示器以及安装电脑和各种电子设备的操作台。此厅不仅用于召集紧急会议，更可以通过以太网络系统，实现现场指挥部用特殊频点甚至高频无线通话与渔政、海关船舶通信联络；也可以通过船上海事卫星系统接入全国海事网，甚至接入国际海事组织。
海事巡逻船能保证我国领海的安全，帮助我国实现海上透明化的宏伟目标。而其更智能化是海事巡逻船的发展趋势，也是我们应努力的方向。
三、海事巡逻船的智能化
基于海事巡逻船的特点及现有技术基础，实现有限度的海事巡逻船的智能化是必要且可行的。海事巡逻船的任务及功能有其特殊性，不同于其他船种。其主要任务类型包括巡逻护航、监管执法、搜救指挥、污染防治业务和维护国家安全和利益。[5]根据《国家水上交通安全和救助系统布局规》制定的监管目标，巡逻船要能在12h之内到达离岸200 n mile内的任何水域，在90min之内到达离岸50nmile内的重点水域。该任务需求对船舶航速提出明显需求，但考虑到节省燃油，船舶日常巡航是低速航行的，仅在需要时才迅速提高航速，因而要求船舶在中低速和高速的状态下都能有较低的耗油率。同时，考虑到重大海难大多发生在恶劣海况下，要求船舶有优良的操纵性和适航性、较大的续航力和结构强度及先进的通信指挥和救援设备。表一归纳了海事履职的主要任务与船舶主要性能的相关性其中船舶生存能力主要指船舶稳性和抗沉性[6]。针对以上对海事巡逻船的规范和要求，本文将讨论海事巡逻船在解决通讯与识别、安全和自动航行及动力方面可能的措施及思路。
1. 通讯与识别
船舶间通讯主要通过卫星通讯和地面通信，关于海事巡逻船队间的通信，可以考虑移动自组网技术。自组网是指一组带有无线接收装置的移动节点组成的一个多跳临时性的自治系统。主要应用在没有网络基础设施支持的环境中或现有网络不能满足移动性
