近日，工信部裝備工業(yè)司發(fā)布《智能船舶標準體系建設指南（征求意見稿）》，圍繞智能船舶設計與建造、測試與驗證、運營與管理等發(fā)展需要，明確了標準體系建設的原則、范圍、方向和重點。
近年來，智能船舶融合了現代信息技術和人工智能，大力發(fā)展智能船舶成為了促進我國船舶工業(yè)產業(yè)結構調整、加快新舊動能轉換、提升國際競爭力的重要途徑之一，同時也成為了航運、港口、物流等行業(yè)實現降本增效的重要手段。并且，隨著自動化、智能化理念的興起，以及市場需求和產業(yè)政策的推動，智能船舶技術與智能船舶概念都加速落地，船舶智能化成為了當前航運發(fā)展的主流趨勢。
在此背景下，我國造船業(yè)開啟了智能船舶領域的研究探索之旅……
當前，我國在智能船舶的研發(fā)中取得了什么樣的進展？核心要素是什么？需要解決哪些方面的技術和問題？智能船舶的研發(fā)又將走向何方？對此，記者采訪了武漢理工大學船舶與海洋工程學科首席教授吳衛(wèi)國，他立足智能船舶研發(fā)實際，為行業(yè)發(fā)展提出了很好的建議。
摸索前行 智能船舶建造分步走
近年來，在市場需求和產業(yè)政策推動下，我國在智能船舶技術攻關、系統(tǒng)研發(fā)與實船建造等領域取得了積極進展，工程化應用成效初顯，形成了一定的技術積累和產業(yè)基礎。
據業(yè)內相關人士介紹，智能船舶發(fā)展技術水平可以通過對智能監(jiān)控、智能運營維護、智能航行、智能遙控、無人駕駛等技術的發(fā)展情況比較來衡量。歐洲對于智能船舶技術的研究開展較早，在自主航行無人駕駛、智能船舶運輸生態(tài)環(huán)境建設、智能船舶安全性、可行性及相關法規(guī)規(guī)范的制定方面處于領先地位；日本主要集中在對船舶智能導航的研究以及標準制定方面；韓國的智能船舶以產業(yè)化應用為主，研發(fā)了大量的智能船舶系統(tǒng)及通信網絡，并具有大量的智能船舶建造經驗。
“與國外相比，國內的智能船舶發(fā)展在技術研發(fā)與市場應用等方面均處于初級階段，但是目前國內正在積極開展智能船舶領域的研究探索?！蔽錆h理工大學船舶與海洋工程學科首席教授吳衛(wèi)國介紹，中國智能船舶的“三步走”目標為：第一期（2017-2019年），開展總體設計、關鍵設備及系統(tǒng)開發(fā)，研制推出兩型（四艘）智能示范船，實現船-船和船-岸互聯和輔助決策；第二期（2019-2022年），突破智能控制等關鍵技術，實現部分自主操作和遠程控制，減少船員配置的智能船舶的建造；第三期（2022-2026年），開展無人船舶總體研究和自主控制系統(tǒng)研制，實現無人自主船舶的建造。
吳衛(wèi)國指出，對智能船舶的各個系統(tǒng)，要結合現有信息條件和船舶實際硬件，逐步配置具備船舶感知、分析、評估、預測、決策、控制、管理、遠程支持等能力的智能船舶子體系，完成智能船舶應用的支撐系統(tǒng)，并在應用中逐步完善和整合，最終形成能夠感知、評估、預測、重構的智能船舶。
智能船舶的船員將會沿著從“僅需少部分船員”到“岸上遠程操控”再到“完全自動化駕駛”的路徑發(fā)展，最終實現無人駕駛船舶。智能船舶帶來的管理人員變化，需要更好適應和滿足新的客戶體驗。伴隨著智能化的提升，船舶上很多人工操作將被系統(tǒng)替代。對于船員的需求自然減少，也使得無人駕駛船舶將會是必然的趨勢。今后船員的大部分時間并不是真的在操作船舶，而是用于智能系統(tǒng)的管理上。所以更需要智能船舶系統(tǒng)能進行無縫對接，方便實現船上用戶與岸上用戶之間的信息傳輸。
攻堅克難 突破國外技術壟斷
智能船舶是指利用傳感器、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(huán)境、物流、港口等方面的信息和數據，它主要由信息感知技術、通信導航技術、能效控制技術、航線規(guī)劃技術與智能船舶避碰系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術、遇險預警救助技術組成。
隨著船舶日益大型化、快速化，船舶碰撞、擱淺等海難事故時有發(fā)生，研發(fā)基于國際海上避碰規(guī)則的智能避碰決策支持系統(tǒng)可大大降低海難事故的發(fā)生率，并提高我國自主產權綜合船橋系統(tǒng)的研究水平和國產化程度。
“國內在避碰系統(tǒng)方面還存在明顯的不足，與美國、挪威等發(fā)達國家的智能船舶避碰系統(tǒng)相比，避碰的總體系統(tǒng)設計、智能避碰算法研究、最優(yōu)避碰決策手段等方面，存在明顯的技術短板；美國、挪威、以色列等已經將最先進的智能船舶自主避碰應用于實際各種型號的智能船舶當中，而我國目前這方面還處于研究初期階段，沒有很突出的研究成果和應用實例?！眳切l(wèi)國認為，智能船舶避碰系統(tǒng)是未來智能船舶以及船舶無人化發(fā)展的核心保障之一，因此，為了更好的促進智能船舶的發(fā)展，完善智能船舶的自主避碰系統(tǒng)迫在眉睫，以此來實現智能船舶的自主化和無人化進程，提升國內智能船舶避碰系統(tǒng)的研究實力，為我國自主研發(fā)的智能船舶避碰早日應用于更加先進的智能船舶系統(tǒng)中。
“在船舶智能航行問題中，首要問題是確定外界如何對船舶構成干擾。通過無人艇與船舶的運動狀態(tài)所對應的特征參數，求解干擾類型推理結果的概率分布，給船舶分配最優(yōu)的干擾標簽。其次，通過單船運動與干擾類型匹配，確定多艘船舶干擾的情況下，對其協同干擾意圖進行判斷，多船協同干擾存在目的上的協同和手段上的分工，要求分析協同方式，并對各船舶獨立干擾軌跡進行預測?！眳切l(wèi)國告訴記者，船舶在外界運動物體的復雜影響下的智能航行計算，實質上是建立在一系列約束的基礎之上的最優(yōu)化求解問題，各約束間存在相互重疊、相離、矛盾的拓撲關系，量綱、維度均存在差異，需要在問題求解時建立多約束與避碰脫逃規(guī)劃的有效融合。
“針對目前國內在該領域研究成果相對較少，研究基礎還較弱的情況，我們將在近五年重點開展相關研究，攻克技術難題，突破國外相關技術的壟斷，著重研究外界船舶協同干擾情況下的船舶智能運動關鍵技術，實現具有我國自主知識產權的智能船舶自主避碰系統(tǒng)的研發(fā)，為智能船舶的海上安全航行提供有力的保障?！眳切l(wèi)國表示。
加速研發(fā)、發(fā)展綠色智能船舶
智能化是未來船舶發(fā)展的重點方向，是船舶制造業(yè)國際競爭的新機遇和新挑戰(zhàn)，是促進船舶工業(yè)供給側結構改革和新舊動能轉換的重要途徑，如何推動智能船舶的發(fā)展是當今最大的課題。
“船東對智能船舶的需求是智能船舶發(fā)展的重要推動因素，船東的需求主要受到內外兩種因素的推動?！眳切l(wèi)國介紹，內因來自于船東對于船舶運營安全性、經濟性提升的需求。在船舶碰撞事故中，89%-96%的事故可歸因于人的自身原因，包括明顯的和潛在的原因。船舶一旦發(fā)生安全事故，將會造成人員傷亡、危險品泄露、交通中斷等嚴重后果。在當前船舶市場低迷與長期運力過剩的現實下，世界各主流航運公司紛紛將其未來發(fā)展的重點轉移到提升其船隊運營效率和安全性上，以此在市場低迷的情況下求得發(fā)展。由于智能船舶在提升船舶的運營效率、安全性及管理決策效率、降低船舶油耗等方面具有突出優(yōu)點，正好滿足了當前船東的需求。
外因主要來自于國際節(jié)能減排規(guī)則規(guī)范的實施為船東帶來的壓力。2015年7月，歐盟推出的船舶 CO2排放監(jiān)測、報告、驗證機制（MRV）生效，并于 2018年1月1日起實施，該機制的目的是在歐盟區(qū)域內更有效地控制、監(jiān)管船舶排放，推進綠色船舶的發(fā)展。為控制二氧化碳等溫室氣體的排放，國際海事組織建立的全球碳排放交易機制和船舶能效設計指數（EEDI）正在有序推進，航運業(yè)減少溫室氣體排放成為必然的趨勢。
同時，節(jié)能減排技術還可以有效降低能源消耗，降低運營成本。據介紹，目前船舶節(jié)能減排的措施主要包括：使用清潔能源（LNG、太陽能等）、設計阻力更小的船型、使發(fā)動機更節(jié)能、使用能效控制技術。
“未來的新造船、甚至營運船都可能被要求安裝船舶能耗及排放污染物的監(jiān)測和報告系統(tǒng)?！眳切l(wèi)國表示，這些規(guī)則規(guī)范的出臺，對船舶的信息化、智能化程度提出了新的要求。智能系統(tǒng)為船舶裝上了會思考“大腦”，將有效解決船舶在節(jié)能減排、人力成本和船舶安全性等方面面臨的主要問題，智能船舶成為未來船舶發(fā)展的必然方向。
