智能船舶技術(shù)和無人駕駛技術(shù)研究

劉真斌 劉若倩

青島萬豪船舶設(shè)計(jì)有限公司 山東 青島 266555

智能船舶是依靠高科技，使陸船、人、船一體化的綜合航行系統(tǒng)的船只。智能船不僅能夠?qū)碜躁懙氐闹г畔⒑秃叫兄械拇瑑?nèi)的各種信息進(jìn)行隨時(shí)、準(zhǔn)確的獲取，還能把高水平船長(zhǎng)的駕駛、指揮技術(shù)智能化，使智能船即使在沒有船長(zhǎng)的情況下，也能像訓(xùn)練有素、經(jīng)驗(yàn)豐富的船長(zhǎng)指揮時(shí)一樣安全駕駛。

1 智能船舶技術(shù)與無人駕駛技術(shù)分析

1.1 智能船舶技術(shù)

對(duì)智能船舶技術(shù)可以理解為通過對(duì)現(xiàn)代通信以及物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)手段和設(shè)備的有效利用，實(shí)現(xiàn)船舶自身與海洋環(huán)境、港口、物流等方面的數(shù)據(jù)和信息自動(dòng)感知，從而以計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制以及大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)作為基礎(chǔ)，對(duì)船舶的航行與維護(hù)保養(yǎng)、管理、貨物運(yùn)輸?shù)戎悄芑\(yùn)行需求進(jìn)行滿足，最終實(shí)現(xiàn)船舶的更加安全與經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可靠性保障的技術(shù)總稱。結(jié)合當(dāng)前我國(guó)船舶業(yè)發(fā)展中的技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)船舶智能技術(shù)及其應(yīng)用，可以從六個(gè)主要的結(jié)構(gòu)模塊上進(jìn)行分析，即智能船體、智能航行以及智能能效管理、智能機(jī)艙、智能集成、智能貨物管理等。以現(xiàn)代無人駕駛技術(shù)與船舶智能技術(shù)為支持的船舶自動(dòng)航行技術(shù)系統(tǒng)，在實(shí)際設(shè)計(jì)與應(yīng)用中具有成本較低且自動(dòng)化程度較高等特征優(yōu)勢(shì)，由于其續(xù)航時(shí)間較長(zhǎng)、對(duì)各種海況的適用性強(qiáng)、智能化水平高等，與傳統(tǒng)船舶駕駛與航行技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)突出，并逐漸成為我國(guó)船舶制造與航海運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)領(lǐng)域中研究和發(fā)展的主要方向。

1.2 無人駕駛技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)分析

無人駕駛技術(shù)是指利用智能化與遙控等技術(shù)手段，進(jìn)行無人船舶的駕駛與控制實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段。現(xiàn)階段，在我國(guó)的船舶設(shè)計(jì)與制造中，對(duì)無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用，一直是以自動(dòng)導(dǎo)航和駕駛技術(shù)作為基礎(chǔ)，而對(duì)無人駕駛船舶技術(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，仍然存在一些突出問題，像無人駕駛船舶在航運(yùn)過程中，對(duì)其工作任務(wù)執(zhí)行時(shí)，由于受到船舶航運(yùn)的活動(dòng)范圍較大與海上通信條件相對(duì)較差等因素影響，在實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用中通過傳統(tǒng)的岸基控制中心聯(lián)合人工控制模式，對(duì)其航運(yùn)過程中的通信支持等，容易使船舶航運(yùn)過程中的通信連續(xù)性和可靠性受到影響。我國(guó)智能船舶中所采用的自動(dòng)駕駛技術(shù)主要包含有人監(jiān)控與無人監(jiān)控智能駕駛技術(shù)兩種類型，因此對(duì)船舶設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的提升以及船舶智能化發(fā)展均具有十分積極的作用和影響。

對(duì)無人駕駛及技術(shù)的主要功能，可以從這幾點(diǎn)分析。①能夠?qū)崿F(xiàn)船舶航路設(shè)計(jì)和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。在船舶運(yùn)行與管理中，采用無人駕駛技術(shù)能夠根據(jù)船舶本身的技術(shù)條件與性能等，從其船舶的航行任務(wù)、航運(yùn)貨物特點(diǎn)、船期計(jì)劃等情況，對(duì)船舶的航運(yùn)路線以及航速進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以減少其運(yùn)行總的能量消耗，同時(shí)使其在航運(yùn)期間實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化和完善發(fā)展。②具備相應(yīng)的岸基支持中心以及應(yīng)急事態(tài)處理、惡劣天氣航行系統(tǒng)、自動(dòng)避碰系統(tǒng)、航跡監(jiān)控系統(tǒng)等多個(gè)不同的功能系統(tǒng)，從而對(duì)無人駕駛船舶的航行、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理等進(jìn)行支持。③能夠?qū)崿F(xiàn)船舶的自主航行與高級(jí)自主航行風(fēng)險(xiǎn)分析。其中，對(duì)上述功能作用進(jìn)行支持的系統(tǒng)主要包含船舶的導(dǎo)航以及輔助系統(tǒng)、船舶操舵系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等[1]。

2 船舶無人駕駛系統(tǒng)及其功能特征分析

根據(jù)上述對(duì)智能船舶技術(shù)與無人駕駛技術(shù)及其特點(diǎn)的分析，在采用智能船舶技術(shù)和無人駕駛技術(shù)進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用中，對(duì)無人駕駛與智能船舶技術(shù)的應(yīng)用，有利于促進(jìn)我國(guó)智能船舶的無人自動(dòng)駕駛技術(shù)水平及有關(guān)技術(shù)系統(tǒng)的研究應(yīng)用，同時(shí)促進(jìn)的船舶航運(yùn)各項(xiàng)服務(wù)質(zhì)量和水平提升。船舶智能無人駕駛技術(shù)中不僅包含有多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的有關(guān)技術(shù)，像設(shè)備技術(shù)與通信技術(shù)等，需要結(jié)合智能船舶無人駕駛系統(tǒng)的通信與設(shè)備情況，從無人駕駛智能船舶系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計(jì)理念出發(fā)，來不斷促進(jìn)智能船舶無人駕駛技術(shù)的安全性和實(shí)用性提升，從而為船舶智能技術(shù)與無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供良好的條件支持，并實(shí)現(xiàn)無人駕駛智能船舶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行成本降低，不斷提高智能船舶自動(dòng)無人駕駛技術(shù)應(yīng)用的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可靠性。

以智能船舶技術(shù)和無人駕駛技術(shù)作為基礎(chǔ)，在進(jìn)行智能無人駕駛自動(dòng)船舶技術(shù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，通過對(duì)傳感器以及通信、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)船舶航運(yùn)過程中所處的海洋環(huán)境自動(dòng)感知與獲取基礎(chǔ)上，并對(duì)船舶航運(yùn)的物流與港口等信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集，從而通過計(jì)算機(jī)技術(shù)與大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、分析技術(shù)等，對(duì)船舶航運(yùn)及其運(yùn)行管理、維護(hù)保養(yǎng)、物流貨運(yùn)等功能進(jìn)行支持，以獲取更高的船舶設(shè)計(jì)與航運(yùn)應(yīng)用效益，推動(dòng)船舶的智能化與無人駕駛自動(dòng)控制研究的發(fā)展。

對(duì)以智能船舶技術(shù)和無人駕駛技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的船舶無人駕駛系統(tǒng)，其功能特征主要表現(xiàn)為：①智能船舶無人駕駛系統(tǒng)在船舶設(shè)計(jì)中應(yīng)用，為保障有關(guān)人員的安全，通常需要設(shè)置為封閉狀態(tài)，很少是進(jìn)行開放設(shè)計(jì)的，并且在船舶停靠至岸邊后，各站點(diǎn)均有配置相應(yīng)的屏蔽系統(tǒng)，以對(duì)無人駕駛智能船舶的航運(yùn)與任務(wù)執(zhí)行提供支持；此外，智能船舶無人駕駛系統(tǒng)在停靠岸邊后，為避免無關(guān)人員對(duì)其船舶系統(tǒng)的干擾，還會(huì)在周圍進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)裝置與隔離裝置、保護(hù)系統(tǒng)等設(shè)置，以對(duì)其無人駕駛智能航運(yùn)進(jìn)行支持。②在對(duì)智能船舶無人駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，還會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以通過該系統(tǒng)的同步控制功能，在進(jìn)行船舶智能航運(yùn)的牽引距離控制以及自動(dòng)檢查與故障識(shí)別下，實(shí)現(xiàn)船舶航運(yùn)過程中的環(huán)境調(diào)節(jié)，從而對(duì)其系統(tǒng)的良好運(yùn)行和使用進(jìn)行支持。③對(duì)智能船舶無人駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，對(duì)其系統(tǒng)中的無人駕駛信號(hào)以及管理系統(tǒng)均是作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，從而使其在船舶航運(yùn)與智能控制過程中能夠隨時(shí)進(jìn)行自動(dòng)切換動(dòng)作開展，滿足無人駕駛智能船舶系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化需求[2]。

3 結(jié)束語

通過對(duì)智能船舶技術(shù)與無人駕駛技術(shù)的分析，促進(jìn)對(duì)智能船舶技術(shù)和無人駕駛技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的認(rèn)識(shí)，隨著船舶航行人工智能系統(tǒng)的開發(fā)、船舶航行用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，在船舶設(shè)計(jì)與制造中進(jìn)行合理引進(jìn)和應(yīng)用，有助于推動(dòng)我國(guó)船舶智能化的發(fā)展和提升。