近日，工信部裝備工業(yè)司發(fā)布《智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（征求意見(jiàn)稿）》，圍繞智能船舶設(shè)計(jì)與建造、測(cè)試與驗(yàn)證、運(yùn)營(yíng)與管理等發(fā)展需要，明確了標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的原則、范圍、方向和重點(diǎn)。
近年來(lái)，智能船舶融合了現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能，大力發(fā)展智能船舶成為了促進(jìn)我國(guó)船舶工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑之一，同時(shí)也成為了航運(yùn)、港口、物流等行業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效的重要手段。并且，隨著自動(dòng)化、智能化理念的興起，以及市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)，智能船舶技術(shù)與智能船舶概念都加速落地，船舶智能化成為了當(dāng)前航運(yùn)發(fā)展的主流趨勢(shì)。
在此背景下，我國(guó)造船業(yè)開(kāi)啟了智能船舶領(lǐng)域的研究探索之旅……
當(dāng)前，我國(guó)在智能船舶的研發(fā)中取得了什么樣的進(jìn)展？核心要素是什么？需要解決哪些方面的技術(shù)和問(wèn)題？智能船舶的研發(fā)又將走向何方？對(duì)此，記者采訪(fǎng)了武漢理工大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)科首席教授吳衛(wèi)國(guó)，他立足智能船舶研發(fā)實(shí)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(lái)，在市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)政策推動(dòng)下，我國(guó)在智能船舶技術(shù)攻關(guān)、系統(tǒng)研發(fā)與實(shí)船建造等領(lǐng)域取得了積極進(jìn)展，工程化應(yīng)用成效初顯，形成了一定的技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。
據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)人士介紹，智能船舶發(fā)展技術(shù)水平可以通過(guò)對(duì)智能監(jiān)控、智能運(yùn)營(yíng)維護(hù)、智能航行、智能遙控、無(wú)人駕駛等技術(shù)的發(fā)展情況比較來(lái)衡量。歐洲對(duì)于智能船舶技術(shù)的研究開(kāi)展較早，在自主航行無(wú)人駕駛、智能船舶運(yùn)輸生態(tài)環(huán)境建設(shè)、智能船舶安全性、可行性及相關(guān)法規(guī)規(guī)范的制定方面處于領(lǐng)先地位；日本主要集中在對(duì)船舶智能導(dǎo)航的研究以及標(biāo)準(zhǔn)制定方面；韓國(guó)的智能船舶以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為主，研發(fā)了大量的智能船舶系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡(luò)，并具有大量的智能船舶建造經(jīng)驗(yàn)。
“與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的智能船舶發(fā)展在技術(shù)研發(fā)與市場(chǎng)應(yīng)用等方面均處于初級(jí)階段，但是目前國(guó)內(nèi)正在積極開(kāi)展智能船舶領(lǐng)域的研究探索?！蔽錆h理工大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)科首席教授吳衛(wèi)國(guó)介紹，中國(guó)智能船舶的“三步走”目標(biāo)為：第一期（2017-2019年），開(kāi)展總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，研制推出兩型（四艘）智能示范船，實(shí)現(xiàn)船-船和船-岸互聯(lián)和輔助決策；第二期（2019-2022年），突破智能控制等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)部分自主操作和遠(yuǎn)程控制，減少船員配置的智能船舶的建造；第三期（2022-2026年），開(kāi)展無(wú)人船舶總體研究和自主控制系統(tǒng)研制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人自主船舶的建造。
吳衛(wèi)國(guó)指出，對(duì)智能船舶的各個(gè)系統(tǒng)，要結(jié)合現(xiàn)有信息條件和船舶實(shí)際硬件，逐步配置具備船舶感知、分析、評(píng)估、預(yù)測(cè)、決策、控制、管理、遠(yuǎn)程支持等能力的智能船舶子體系，完成智能船舶應(yīng)用的支撐系統(tǒng)，并在應(yīng)用中逐步完善和整合，最終形成能夠感知、評(píng)估、預(yù)測(cè)、重構(gòu)的智能船舶。
智能船舶的船員將會(huì)沿著從“僅需少部分船員”到“岸上遠(yuǎn)程操控”再到“完全自動(dòng)化駕駛”的路徑發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛船舶。智能船舶帶來(lái)的管理人員變化，需要更好適應(yīng)和滿(mǎn)足新的客戶(hù)體驗(yàn)。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(duì)于船員的需求自然減少，也使得無(wú)人駕駛船舶將會(huì)是必然的趨勢(shì)。今后船員的大部分時(shí)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(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，方便實(shí)現(xiàn)船上用戶(hù)與岸上用戶(hù)之間的信息傳輸。
攻堅(jiān)克難 突破國(guó)外技術(shù)壟斷
智能船舶是指利用傳感器、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)，它主要由信息感知技術(shù)、通信導(dǎo)航技術(shù)、能效控制技術(shù)、航線(xiàn)規(guī)劃技術(shù)與智能船舶避碰系統(tǒng)、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)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(shí)有發(fā)生，研發(fā)基于國(guó)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(guó)自主產(chǎn)權(quán)綜合船橋系統(tǒng)的研究水平和國(guó)產(chǎn)化程度。
“國(guó)內(nèi)在避碰系統(tǒng)方面還存在明顯的不足，與美國(guó)、挪威等發(fā)達(dá)國(guó)家的智能船舶避碰系統(tǒng)相比，避碰的總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(shù)短板；美國(guó)、挪威、以色列等已經(jīng)將最先進(jìn)的智能船舶自主避碰應(yīng)用于實(shí)際各種型號(hào)的智能船舶當(dāng)中，而我國(guó)目前這方面還處于研究初期階段，沒(méi)有很突出的研究成果和應(yīng)用實(shí)例?！眳切l(wèi)國(guó)認(rèn)為，智能船舶避碰系統(tǒng)是未來(lái)智能船舶以及船舶無(wú)人化發(fā)展的核心保障之一，因此，為了更好的促進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)智能船舶的自主化和無(wú)人化進(jìn)程，提升國(guó)內(nèi)智能船舶避碰系統(tǒng)的研究實(shí)力，為我國(guó)自主研發(fā)的智能船舶避碰早日應(yīng)用于更加先進(jìn)的智能船舶系統(tǒng)中。
“在船舶智能航行問(wèn)題中，首要問(wèn)題是確定外界如何對(duì)船舶構(gòu)成干擾。通過(guò)無(wú)人艇與船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)，求解干擾類(lèi)型推理結(jié)果的概率分布，給船舶分配最優(yōu)的干擾標(biāo)簽。其次，通過(guò)單船運(yùn)動(dòng)與干擾類(lèi)型匹配，確定多艘船舶干擾的情況下，對(duì)其協(xié)同干擾意圖進(jìn)行判斷，多船協(xié)同干擾存在目的上的協(xié)同和手段上的分工，要求分析協(xié)同方式，并對(duì)各船舶獨(dú)立干擾軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)?！眳切l(wèi)國(guó)告訴記者，船舶在外界運(yùn)動(dòng)物體的復(fù)雜影響下的智能航行計(jì)算，實(shí)質(zhì)上是建立在一系列約束的基礎(chǔ)之上的最優(yōu)化求解問(wèn)題，各約束間存在相互重疊、相離、矛盾的拓?fù)潢P(guān)系，量綱、維度均存在差異，需要在問(wèn)題求解時(shí)建立多約束與避碰脫逃規(guī)劃的有效融合。
“針對(duì)目前國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域研究成果相對(duì)較少，研究基礎(chǔ)還較弱的情況，我們將在近五年重點(diǎn)開(kāi)展相關(guān)研究，攻克技術(shù)難題，突破國(guó)外相關(guān)技術(shù)的壟斷，著重研究外界船舶協(xié)同干擾情況下的船舶智能運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(guó)表示。
加速研發(fā)、發(fā)展綠色智能船舶
智能化是未來(lái)船舶發(fā)展的重點(diǎn)方向，是船舶制造業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)，是促進(jìn)船舶工業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的重要途徑，如何推動(dòng)智能船舶的發(fā)展是當(dāng)今最大的課題。
“船東對(duì)智能船舶的需求是智能船舶發(fā)展的重要推動(dòng)因素，船東的需求主要受到內(nèi)外兩種因素的推動(dòng)。”吳衛(wèi)國(guó)介紹，內(nèi)因來(lái)自于船東對(duì)于船舶運(yùn)營(yíng)安全性、經(jīng)濟(jì)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(huì)造成人員傷亡、危險(xiǎn)品泄露、交通中斷等嚴(yán)重后果。在當(dāng)前船舶市場(chǎng)低迷與長(zhǎng)期運(yùn)力過(guò)剩的現(xiàn)實(shí)下，世界各主流航運(yùn)公司紛紛將其未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到提升其船隊(duì)運(yùn)營(yíng)效率和安全性上，以此在市場(chǎng)低迷的情況下求得發(fā)展。由于智能船舶在提升船舶的運(yùn)營(yíng)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(diǎn)，正好滿(mǎn)足了當(dāng)前船東的需求。
外因主要來(lái)自于國(guó)際節(jié)能減排規(guī)則規(guī)范的實(shí)施為船東帶來(lái)的壓力。2015年7月，歐盟推出的船舶 CO2排放監(jiān)測(cè)、報(bào)告、驗(yàn)證機(jī)制（MRV）生效，并于 2018年1月1日起實(shí)施，該機(jī)制的目的是在歐盟區(qū)域內(nèi)更有效地控制、監(jiān)管船舶排放，推進(jìn)綠色船舶的發(fā)展。為控制二氧化碳等溫室氣體的排放，國(guó)際海事組織建立的全球碳排放交易機(jī)制和船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）正在有序推進(jìn)，航運(yùn)業(yè)減少溫室氣體排放成為必然的趨勢(shì)。
同時(shí)，節(jié)能減排技術(shù)還可以有效降低能源消耗，降低運(yùn)營(yíng)成本。據(jù)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(yáng)能等）、設(shè)計(jì)阻力更小的船型、使發(fā)動(dòng)機(jī)更節(jié)能、使用能效控制技術(shù)。
“未來(lái)的新造船、甚至營(yíng)運(yùn)船都可能被要求安裝船舶能耗及排放污染物的監(jiān)測(cè)和報(bào)告系統(tǒng)?！眳切l(wèi)國(guó)表示，這些規(guī)則規(guī)范的出臺(tái)，對(duì)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(huì)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(wèn)題，智能船舶成為未來(lái)船舶發(fā)展的必然方向。
