智能船舶的應用與展望

楊城，何強

（武警士官學校船艇系，浙江 杭州 311400）

全世界能源危機逐漸凸顯，船舶及其相關領域的研究的主要圍繞著節能減排展開，隨著智能時代的到來，無人機、無人汽車、無人船舶等已經成為各個行業領域研究和大力發展的重點方向[1]，為船舶的研究提供了新的思路。國務院在2017年7月發布《新一代人工智能發展規劃》中提出要大力發展智能無人船舶[2]，智能無人船舶第一次被提升到了國家戰略層面。因此，無論是民用智能船舶，還是軍用無人船艇，都關系到國家科技領域的發展，以及國防、軍事現代化建設的進程。與此同時，世界各國都不斷加強對智能船舶領域的研究，為中國的智能無人船舶技術帶來了巨大的挑戰和機遇[3]。

1 智能船舶簡介

所謂的“智能無人化船舶”，主要是指可以人工遠程遙控或自動控制，依托于衛星定位、傳感器以及物聯網等先進技術而進行的目標識別、數據傳輸以及執行規定功能的船舶。中國船級社在2020年頒布《智能船舶規范（2020）》[4]對智能化船舶進行了定義，智能化船舶與傳統船舶相比，具有感知能力、記憶和思維能力、自適應能力以及行為決策能力，智能化主要是從船舶局部到全船應用、由輔助決策到完全自主的方向進行發展。民用的智能化無人船多數與貨物運輸、環境監測、水上救援等領域相關[5-6]，應用的范圍比較單一；而在軍事應用方面，由于船艇擔負的作戰使命以及任務的特殊性，決定了智能化無人船舶多數應用于小型船艇，能夠完成單項或多項功能，主要進行偵察、防衛使用。

2 國外智能船舶發展現狀

2.1 美國

美國在人工智能領域的研究起步較早，在智能船舶領域的研究主要應用于軍事，從概念構想到制造應用，美國研制的水面無人艇具有航速高、機動性強、模塊化設計、隱蔽性好等特點，典型的代表船型[7]有通用動力公司建造的“斯巴達偵察兵”、國際機器人系統公司研制的“海上貓頭鷹”以及美國海軍研究局在剛性充氣艇的基礎上研制的遙控無人艇“海狐”，這類智能無人艇根據任務不同，可以選擇不同的模塊，以實現所需的功能。不同的模塊通常具有4項功能：情報搜集和監視、反水雷戰、反艦作戰、反潛作戰。在民用領域，無人技術主要應用于商船或漁船，研究圍繞著自動駕駛、自動避碰、路徑規劃等功能，如美國環保協會（EDF）提倡“智能船舶”計劃，旨在加快新型技術應用于全球的漁船，便于記錄和跟蹤漁船狀態，為決策提供依據。美國Metal Shark與ASV Global共同研發Sharktech型智能船舶，可以實現自動避碰和導航功能，這些功能進一步為軍事、救援以及海上執法服務。

2.2 法國

法國早在2013年推出《法國機器人發展計劃》以及《法國人工智能戰略》，重點加強人工智能領域的研究。在民用智能船艇方面，法國Marine Tech公司研發的“RSV”智能船“海豚號”，這種智能船體積非常小，同時能抵抗5級風的海況以及1.5 m的浪，主要用于海上監測、采集海岸與海底的地形數據，為生態評估、岸線保護以及生態評估服務，集海洋、湖泊和河流測繪于一身。軍用方面，法國ECA公司研制的有“ART-STAR”和“檢驗者”號無人艇，前者作為水面自主航行靶船，進行航道勘探、掃雷探測的任務，后者則主要用于情報搜集和監測偵察工作。

2.3 韓國

韓國有現代重工、三星重工和大宇造船三大造船龍頭企業，對于智能船的發展和規劃也有清晰的目標。在民用方面，現代重工旗下子公司Avikus研發的游艇“Avikus”號已經成功下水并測試自動駕駛系統，掌握核心技術“HiNAS”智能航行輔助系統和離岸支援系統“HiBas”，實現船舶自主航行。在軍用方面，韓國LⅠG Nex1公司研發的“海劍3”水面無人艇，可以執行監視與偵察任務，并實現自主導航和避碰技術，船舶可以在4級海況下實現自主航行。

2.4 日本

日本雅馬哈公司研制的“UMV-H”環境監測無人艇，利用太陽能進行供電，主要用于海上環境監測，同時也可以實現海軍的偵察任務；2014年開始，日本機械與設備協會（JSMEA）和三菱重工共同研制智能船舶系統，并已實船調試，日本船級社和NAPA聯合研制航行路徑規劃系統，也成功運用到智能船舶中。2019年，日本郵船已啟動DFFAS（Designing the Future of Full Autonomous Ship）項目，旨在開發和驗證無人操作系統，實現船舶定位以及航線控制、實時感應海況、降低海上故障。

3 國內智能船舶發展現狀

目前國內的智能化無人船艇，在技術層面，研究主要集中在智能無人船艇的數據傳輸與研發、智能無人船艇的控制以及路徑優化[8-11]等方面，這些領域是智能船舶技術發展的關鍵技術，船舶在航行過程中，實際的航行路徑往往與規劃的路徑存在一定的偏差，偏離原設計航線的過程中，實際航區的水深、障礙物情況已經發生變化，這將會大大增加船舶航行的難度與風險，導致船艇在航行時容易發生碰撞、觸礁等事故；在應用層面，大多數都停留在理論框架上[12-16]，多使用在水文監測、地質勘測、海上救援、海上巡視等領域，目前已經成型的產品與專利，以云洲科技公司為主[17]，研制出的產品有環境測量船、隱身無人船、海洋調查艇以及自主軍用無人艇。軍方對無人船艇的應用，多以渡海登陸、邊境管控等任務為主，將無人船艇作為未來的戰爭規劃加以應用和驗證[18]，除此以外，更多的是將無人船艇作為靶船[19]，其功能相對單一，未能充分發揮無人船艇的效用和價值。

4 船舶應用及展望

4.1 環境監測

在智能化船艇上，加裝通信網絡、監測設備以及測量設備，進行水文監測；加裝采集傳感器、氣象監控機等對海域氣象進行監測；加裝重力儀或磁力儀等對海洋進行勘測。如果使用大型的船舶執行此類任務，采集的數據量較少，準確性較低，且費時費力；如果采用固定裝置進行采集，則會增大設備投入成本，得不償失。因此，使用智能無人船艇執行監測任務具有綜合的經濟性和實用性，在應用時應以提高續航能力、抗風浪能力為主。

4.2 海岸巡視

中國海岸基線較長、水域范圍廣，使用大型船舶進行巡邏，不僅消耗人力物力，而且容易被反偵察。因此，利用智能無人船艇可以擴大水域監測范圍，實現岸基-母船-無人船的管理模式，提高監測效率，同時增加巡視的隱蔽性。

4.3 水上救援

海上出現人員落水時，吊放救生艇非常遲緩，也不易發現和營救落水人員；江河湖泊中出現人員落水的情況往往不易被察覺，從發現到人員搜救的過程中，營救船舶需要從岸邊行駛到救援地，響應通常比較遲緩，貽誤救援時機。因此，將智能無人船艇上，加裝救援設備，可以增加自動巡航頻次，提升救援的快速性以及有效性。

4.4 反恐安保

近些年來水上恐怖活動有所緩解，但是在重大節假日期間，或者在危險水域航行時，水上安全問題不容忽視，主要是來自于恐怖活動，恐怖分子通常會對船舶以及岸基設施進行攻擊。因此，利用無人船艇可以進行水上或岸邊的可疑目標識別和攔截，防止自殺式爆炸的威脅，減少人員傷亡。

4.5 火力支援

火力支援通常應用于軍事船艇，大多數的軍用智能無人船艇都可以配備槍炮，能夠在一定程度范圍內壓制敵方火力，較大船型智能無人船甚至可以加裝防空或攔截導彈，實現對目標的擊打任務。這類船艇平時可以拆卸槍炮，用于巡邏執勤任務，在作戰或演習時，可以配載槍炮，實彈射擊。

4.6 航道探測

水雷是一種布設在水中的爆炸武器，由于廉價、威力大、發現困難，在水上戰爭中被廣泛使用。對于有潛在危險或戰爭的水域，可以利用智能無人船艇延長航程和距離，實現對航行水域的掃雷工作，以免母船航行時被敵方水雷襲擊。

4.7 情報偵察

現代戰爭中，大型的艦艇容易暴露目標，智能無人船艇配備有雷達、傳感器、定位系統，可以有效地對目標進行定位，同時結合圖像識別技術，便于目標的發現，對可疑的目標識別、回傳和應急響應。

4.8 水上靶船

軍艦在水上演習時，通常使用固定浮標作為靶子，無法適應戰場多樣性變化，實戰性較差。因此，簡易的無人船艇可以作為靶船，按照規劃的路徑進行航行，增加實戰性，實現軍艦對目標的精準打擊，提高艦艇的實戰能力。

4.9 水上誘餌

在海戰時，出于戰術和戰略考慮，通常會進行船艇偽裝，部隊可以使用智能無人船艇作為誘餌船，分散敵方注意力，干擾敵方的目標識別和判斷，如在無人船艇上加裝聲吶設備，誘騙敵方暴露水下潛艇位置。

4.10 協同作戰

現代戰爭已經升級到網絡信息化戰爭，部隊可以通過互聯網技術，實現有人/無人的協同作戰，同時智能無人船艇可以作為無人機的遠程控制及回收平臺，擴大水域監測范圍，提高無人機以及無人船艇的利用率，形成聯合作戰模式和機制。

4.11 反潛作戰

潛艇隱蔽性極高，在軍事演習或戰時，通過對智能船艇加裝偵察設備、探測設備或武器裝備，可以增加海軍的反潛力量，減少反潛任務的人員生命風險，降低反潛的成本，實現對敵方的偵察、驅趕甚至攻擊水下潛艇。

5 結論

本文主要對國內外智能化無人船艇的民用以及軍用方向進行了梳理與研究。目前，國外已經有比較成熟的民用以及軍用智能化無人船艇，且軍用智能化無人船艇服役早、種類多，功能不一。民用方面，研究主要集中在自動駕駛、船舶自動避碰等方面，智能化無人船艇主要應用于水文監測以及地質勘測等領域；而在軍用方面，技術相對成熟，主要以情報搜集、水上掃雷、反潛艇、航道探測等方面。結合中國軍、民用研究實際，提出了未來智能化無人船舶的應用方向，民用可以應用于環境監測、地質勘測、海岸監察、水上救援等領域；軍用可以應用在反恐保安、火力支援、航道探測、情報偵察、水上靶船、水上誘餌、協同作戰、反潛作戰等領域。