智能船舶主要機電應用技術分析

關鍵詞：智能船舶;主要機電設施;技術應用分析

現階段，智能船舶作為船舶工業未來的主要發展方向，我國相關部門對其發展也給予一定的關注，且CCS也從其智能船舶相關科技研究成果出發，發布了《智能船舶規范》，針對我國和國際上智能船舶的發展現狀、趨勢、應用等做出全面的分析。在此之后，我國的智能船舶進入了穩步的發展階段中，即便我國的智能船舶在研發船舶類型、標準規范等方面做到了與國際先進水平維持一致，但仍舊需要針對智能船舶、市場化發展等問題努力探索解決方案。

1智能船舶概述

以目前船舶工業和智慧技術的結合發展來看，智能船舶儼然成為各國工業發展重點關注的內容。以目前的情況看，國際上的大型船舶研發機構、主管部門基本都集中在智能船舶的技術和規范標準研發領域內部，但智能船舶概念尚未被學術界完全統一，各個企業和管理部門對于智能船舶的界定存在著較大的差異。比如ccs則認為智能船舶是將物聯網、互聯網、傳感器等技術作為出發點，用于自動感知、獲取智能船舶本身情況、水域環境等方面信息的一種智能化多方系統主體，其中的重點是借助大數據和計算機技術來實現自動化管理和控制智能船舶的目標。勞氏船級社則是將智能船舶劃分為AL1到AL6不等的六個級別，并針對每一個級別給出了相對較為詳細的介紹，這些大型船舶研發機構和相關部門對于智能船舶所給出的各種規范標準、文件，對于今后智能船舶這一行業的發展風險以及空間評估提供了較為充足的支持。

我國境內的CCS對于智能船舶中的智能含義，分別將其中的6項要素進行了數學模型方面的界定，具體包括了航行智能、機艙智能、船體智能、貨物管理智能、能效管理智能、集成平臺智能。同時，我國所建立的有關智能船舶方面的數學模型可以同時進行一項或者是多項功能參數的配置，這也為我國智能船舶的制造提供了相應的便利。

2現階段智能船舶主要機電的技術應用探討

2.1大數據挖掘處理技術的應用

智能船舶體系中引用的大數據挖掘處理技術，能夠提供一種長期狀態下的運營船舶全面監測數據功能，智能船舶在航行狀態下產生的各種數據能夠根據程序內部的設定的時間間隔實施定時上傳。具體而言，每間隔4小時或者是6小時的時間，可由船舶自動將數據上傳到岸上的相關機構中。在智能船舶的運營檢測工作中，因為外界自然環境影響產生的航速、航向、船舶位置等信息完全可以借由大數據挖掘技術做到實時獲取。同時智能船舶在靠岸停泊的過程中，可實施最為普通的有線數據傳輸方式，以一種特定航行數據加密處理方式，使用與對應網絡信息平臺相連的數據線進行上傳。此外，移動存儲技術的發展，可將移動性的數據存儲介質安裝到智能船舶內部，由其進行相關航行數據的采集，而智能船舶只需要在特定的返港時間段內，上交這一移動數據存儲介質到網絡信息機構即可。這些機構在采集到相關的智能船舶航行數據之后，預處理工作是不可忽略的一個重要環節，最終的目標是為了將收集的龐大數據群體中的失真數據進行清洗和修正。但需要注意的是，這些疑似失真數據的修正，需要相關人員綜合考量這些監測數據固有的特性，而一旦發現數據確定失真現象，需要使用合理的數值方式對進行針對性彌補。需要注意的是，在智能船舶進行海上航行的過程中，傳輸的信號通常會受到各種外界環境因素的干擾，而監測數據的濾波，也會因為噪聲和震動的存在而產生一定程度的變化，通常而言，在傳播監測數據的過程中，為了保障濾波處理的穩定性，卡爾曼濾波的應用頻率相對較高。

2.2無人船技術的應用

在我國社會發展和人工智能技術深度融合的時代背景下，無人車、無人機的出現和發展，也推動了各種無人駕駛控制技術的進一步發展。智能船舶在發展過程中，無人船技術作為其中的一項飛躍性成果，也是今后智能船舶駕駛的最終目標形式之一，一般而言，可以借助智能技術以及遠程操控技術，實現對智能船舶的無人化駕駛操控。

現階段已經研發成功的智能船舶技術中，雖然內部的智能船舶綜合駕駛系統具備航線規劃、記錄、自動躲避障礙物等功能，但這并非是無人船技術需要關注的內容。具體而言，無人駕駛技術在智能船舶中的應用，包括了船機相關信息的感知、遠程的識別以及規劃具體的航線路徑等方面，下圖具體展示了智能船舶避免碰撞的邏輯機理。無人駕駛技術應用于智能船舶中，需要以傳統的有人駕駛技術作為基礎，將航跡自動舵技術應用到智能船舶的航行軌跡操控中，并逐步演化為機械、PID控制等技術，如若系統本身結構組成簡潔且穩定性上占據一定的優勢，PID控制技術的單獨使用相對較為簡便。但實際上，處于正式航行狀態下的智能船舶，因為存在著時變性、時滯性諸多問題，PID控制技術的單獨使用則會出現一定的誤判現象，可以通過將MPC以及LOS等先進算法引入其中，有效規避PID控制單獨應用所出現的誤判現象。

2.3船機信息感知技術的應用

智慧傳播中所應用到的船機信息感知技術，能夠將囊括航道設施、水位狀態、交通量等在內的信息全面進行獲取以及感知。通常而言，在感知有關航道設施和水位狀態這些數據的過程中，需要沿著智能船舶所處航道距離最近的岸邊，設置用于接受航行數據的監控鐵塔，彼此之間的間隔需要保持在兩公里左右，最終做到以有限光纖為基礎，建立一個完善的覆蓋整個智能船舶航向軌道數據傳輸網絡，確保最終的智能船舶指揮、控制中心可以憑借這一完善的數據監控網絡，實時收集、分析、處理相關的航行軌道數據，避免各類不良情形的發生，全過程維護智能船舶的航行活動安全性。但是在針對智能船舶的交通量數據進行感知的過程中，需要對計算模塊內部已有的各項數據、知識做出系統化的分析工作，流量監控和計算需要以全天候激光船舶交通量觀測系統作為基礎，以此來保障交通流數據的精準性，并且這一系統能夠為智能船舶航道的精準規劃提供分析和規劃的數據支撐。智能船舶的航行密度數據感知需要以系統對其視頻圖像進行智能的識別，并交由計算機后臺負責智能船舶實際密度數值的實時計算及后續發展推演，針對智能船舶原定航道內部未來一段時間內船舶數量的變化情況。一旦系統檢測到智能船舶的密度數值增大到警戒線數值附近的情況下，則需要由系統在第一時間內完成預警信號的發送，由管理人員即刻啟動提前制定的預警應急管理工作系統，對智能船舶所在的航道進行實時管控。

2.4機電智能化技術的應用

以目前智能化與智能船舶的結合來看，其中的機械設備智能化技術，通常會使用分布式智能化、總體集成式智能化的技術路徑，以此來構建智能船舶內部的不同層級智能體系。在建立單元級別智能船舶機電智能體的過程中，可以通過使用機電關鍵設備數據采集、規約等技術，推動各種運行環節數據安全采集以及傳輸配合上狀態監測和遠程通信等技術，確保能夠對智能船舶內部的各項機電設施實施遠程操控，做到第一時間內快速定位故障的位置，并采取相應的措施解決問題。在此之后，需要借助集成單一設備建立的集成組網，形成特定功能的協同工作單元，從而形成良好的系統及智能船舶體驗。在最終建立智慧智能船舶整體智能機電體系的過程中，可以通過集成智能船舶的總體和各個智能單元，賦予智能船舶更為強大的智能航行、智能機艙等各項功能，實現全面智能監控和管理智能船舶航行，以此降低各種人為失誤所引發的不良現象發生概率。

2.5智能船舶相關技術的深層研發

現階段，我國智能船舶的技術研發重點集中在船舶能效的全面控制，這需要在全面匯總、分析智能船舶某一階段內能效指標的前提下，對于航線的設計、航速等能夠影響智能船舶能效的因素做出合理的改善。智能船舶內部專業設計的質量能效管理模塊，能夠在同步高效利用對應技術體系的同時，配合信息感知技術，將傳播的航行狀態能耗狀況數據全面進行采集以及分析，并綜合考慮智能船舶的航線特點及經濟效益的最終結果，從而制訂出不同目標下的智能船舶航行航速方案。其中航線規劃技術的應用，完全可以根據智能船舶航行設備內部的交通流控制信息、智能船舶具體航線密度狀況等，為其合理地規劃航道內部的科學位置，以此來降低智慧船舶航行過程中的各種能耗。故障診斷技術在智能船舶中的引入、應用，能夠在維持相關設備正常運行或者是不對相關設備進行拆卸的情況下，及時判斷被診斷設備狀態是否異常以及故障的具體位置，同時也能夠及時發現處于劣化狀態下的各種機械零部件，預測機械零部件的狀態劣化發展趨勢，幫助相關維護保養人員以精準的數據支撐，采取措施及時進行維修或者是更換機械零件，全方位地保障智能船舶在航行中的安全性以及精準性。

2.6智能機艙技術

智能船舶的駕駛室是對智能船舶而言，其地位就如同人體的大腦一般，機艙就是整個智能船舶的心臟部位，這也是我國智能機艙技術得以持續發展的關鍵原因，現階段國際范圍內針對智能機艙的含義及界定都未曾給出統一的規定。即便現階段有關智能機艙的概念界定不明確，但其需要具備的功能則是明確包括如下幾點：第一，針對智能船舶航行過程中的主要傳播推動裝置、輔機等設施的運行狀態數據信息進行實時感知、監測，以此為智能船舶的穩定運行管理提供完善的數據支持。第二，根據之前收集到有關各智能船舶設施運行狀態的信息、數據，對設施是否處于正常運行狀態及其故障具體位置等方面做出全面檢測。第三，以之前設備全面檢測得到的數據，提供針對性的問題解決措施，用以保障智能船舶各設備的穩定健康運行。第四，以之前的檢測結果給出設備的維護保養措施及計劃等。由此也不難看出，和傳統意義下的自動化機艙相對比，智能機艙的設備運行狀態監測、輔助決策是最大的兩個優勢所在。以我國現階段落實的海工項目看來，運行狀態監測和輔助決策已經成為獨立性系統被廣泛應用。現階段的智能船舶正在嘗試將大數據、信息感知和輔助決策三者進行完美融合。

3我國智能船舶機電主要應用技術標準發展需求

3.1國內智慧海洋發展帶來的標準發展需求

目前，我國正在大力推進的智慧海洋工程，是以一種安全且自控的云環境作為基礎的，全面整合各類海洋信息資源，以便在全方位感知海洋情況的前提下，實施各個部門之間的信息共享、互通，為各項決策工作提供精準的數據支持。我國智慧海洋工程的建設，力求逐步提高我國的海洋管控、安全和開發能力。作為我國智慧海洋工程項目的重要組成元素，船舶也是開發、管理海洋的重要載體，智能船舶的誕生、發展可以進一步推動我國智慧海洋工程的建設。為此，我國智能船舶機電技術標準化工作需要全面遵循統籌規劃的原則，以智慧海洋建設的全需要求，進一步推動智能船舶機電技術在數據收集、感知方面的能力發展。

3.2 E-航海戰略帶來的標準發展需求

E-航海戰略的實施儼然成為我國政府部門的主要工作內容之一，所謂的E-航海戰略就是出于有效保護我國的海洋安全和環境，針對船岸的海事信息進行統一化的收集、整合、交流，以電子手段為支持，進一步優化船舶航行，并開拓其他業務的一種海洋發展戰略。從智能船舶已有的功能出發，我國E-航海戰略的實施可將智能船舶作為其應對機制，重視岸基服務系統、智能船舶信息聯網等方面的技術標準的更新。

結語

智能船舶儼然發展為國內船舶等關聯工業的未來主要發展方向，船機信息感知技術、智能化技術以及無人駕駛技術的應用推動了我國智能船舶的高水平高質量發展。在今后的發展過程中，相關科研人員需要進一步通過智能船舶研發技術的創新，為我國智能船舶健康發展提供穩定、完善的技術支持。

作者簡介：張宇翔（1982— ），男，漢族，廣東茂名人，大專，海警廣東支隊直屬大隊艦艇助理工程師，主要從事艦艇機電管理和維護工作。