面向新一代航運系統的船舶智能航行技術研究

今年全國科普日的主題為“提升全民科學素質，助力科技自立自強”。為進一步了解航運科技創新和產業發展成果，本文將在武漢理工大學嚴新平院士團隊“面向新一代航運系統的船舶智能航行技術研究進展”的研究基礎上，系統地介紹船舶智能航行技術的研究進展。

01. 新一代航運系統進展

2012年，歐盟啟動MUNIN項目，以無人散貨輪為對象開展了大型船舶的智能航行研究。2015年，芬蘭啟動AAWA項目，旨在實現船舶的遠程駕駛與無人運輸。2017年，羅爾斯·羅伊斯公司成功在拖船Svitzer Hermod號上完成了全球首次商船遠程操作。2018年，羅爾斯·羅伊斯公司對全球首艘無人駕駛渡輪Falco號進行試航。2020年，日本啟動完全自主船舶計劃MEGURI 2040并相繼完成6種船型的智能航行系統開發和實船測試。2021年，Yara Birkeland號在挪威亮相，作為第一艘全電動無人駕駛貨輪，能夠自動避讓和自行靠泊。2022年，韓國超大型天然氣運輸船Prism Courage號完成了遠洋智能航行實驗。

現階段，我國船舶智能航行技術按照“輔助決策-遠程控制-自主航行”的路徑有序開展。從智能船舶1.0專項研究開始，到2022年珠海云全球首艘智能型無人系統母船下水，展現出我國在智能船舶領域有規劃的技術研究和探索。圖為國內外船舶智能航行技術發展情況時間軸線圖。

智能船舶發展情況時間軸線圖

02. 智能感知技術

智能感知技術作為船舶智能航行的前提，利用雷達、攝像頭、AIS(automatic identification system)等船載傳感器設備以及信息處理技術設備獲取船舶自身狀態信息和船體周圍各種信息，為船舶智能航行后續的智能決策、智能控制等關鍵技術提供更可信的數據。

船舶智能感知技術圖

在能源公司船舶航行風險與關鍵操作風險智能識別研究/集團AI項目中，為了提高預警準確率，項目內充分運用船舶AIS數據、雷達數據和視頻數據等關鍵數據，實現對船舶態勢和外部環境的準確感知。

03. 智能決策技術

智能決策技術是船舶智能航行的核心，主要包括航行環境態勢評估、航線智能規劃、智能避碰。智能決策技術指的是，船舶通過對智能感知獲得的航行環境、交通、航線、航行狀態等信息進行分析和態勢評估，不斷更新行動決策和規劃。

憑借AI技術，船舶智能決策可通過機器智能延伸和增強人類的認知、決策、規劃、執行的功能，完成人類無法完成的特定任務或比人類更有效地完成特定任務，實現控制主體從駕駛員向人機共融的決策與協同控制模式轉變。

船舶智能決策技術圖

在能源公司船舶航行風險與關鍵操作風險智能識別研究/集團AI項目中，為了更好地實現預警功能，項目內充分應用AI技術，高效地對收集的數據進行分析和處理，從而給出開闊水域航行避碰、碼頭靠泊、船員操作的風險預警，現階段系統主要涉及輔助決策功能。

04. 智能控制技術

智能控制技術主要包括船端的運動控制和岸端的遠程控制兩部分。船端運動控制利用智能控制理論、信息和計算機技術，對船舶運動進行精確控制、實時調整和優化，以提高船舶的航行安全性和駕駛舒適性。

岸端遠程控制針對現有的自主航行系統無法保障智能船舶在所有復雜環境下安全航行等情況，通過船-岸之間、船-船之間的網絡通信和信息交互，達成“人-船-岸-云”的高度協同，實現船端部分自主運行，岸基支持中心實時監測船舶位置和航行動態，必要時遠程駕控，圖示為“船-岸-云”一體控制中心結構。

“船-岸-云”一體控制中心結構圖

05.船舶通信網絡

船舶通信網絡是信息交互的重要渠道，其基本結構如圖所示，用于傳輸船舶的位置、速度、目的地、航行計劃和航行狀態等重要信息，包括船舶內部網絡和外界通信網絡。

船舶內部網絡主要用于船舶各系統之間的通信，船舶與外界的通信網絡則包括衛星通信、無線局域網、Wi-Fi、LTE/4G、5G和有線通信等多種形式。

船舶通信網絡結構

來源：中遠海運能源