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(xiàn)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(chǎn)業(yè)結構調(diào)整、加快新舊動能轉(zhuǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)基礎。
據(jù)業(yè)內(nèi)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(chǎn)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(wǎng)絡，并具有大量的智能船舶建造經(jīng)驗。
“與國外相比，國內(nèi)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(nèi)正在積極開展智能船舶領域的研究探索。”武漢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(xiàn)船-船和船-岸互聯(lián)和輔助決策；第二期（2019-2022年），突破智能控制等關鍵技術，實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)，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(chǎn)權綜合船橋系統(tǒng)的研究水平和國產(chǎn)化程度。
“國內(nèi)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(jīng)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。”吳衛(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(xiàn)智能船舶的自主化和無人化進程，提升國內(nèi)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(shù)，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(xié)同干擾意圖進行判斷，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，并對各船舶獨立干擾軌跡進行預測。”吳衛(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(zhì)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(nèi)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(xié)同干擾情況下的船舶智能運動關鍵技術，實現(xiàn)具有我國自主知識產(chǎn)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。”吳衛(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(cè)結構改革和新舊動能轉(zhuǎn)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(nèi)外兩種因素的推動。”吳衛(wèi)國介紹，內(nèi)因來自于船東對于船舶運營安全性、經(jīng)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(xiàn)實下，世界各主流航運公司紛紛將其未來發(fā)展的重點轉(zhuǎn)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(nèi)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(shù)（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(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)。”吳衛(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。
