今年全國科普日的主題為“提升全民科學(xué)素質(zhì)，助力科技自立自強”。為進一步了解航運科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展成果，本文將在武漢理工大學(xué)嚴新平院士團隊“面向新一代航運系統(tǒng)的船舶智能航行技術(shù)研究進展”的研究基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地介紹船舶智能航行技術(shù)的研究進展。

01. 新一代航運系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)開發(fā)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(xiàn)階段，我國船舶智能航行技術(shù)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(tǒng)母船下水，展現(xiàn)出我國在智能船舶領(lǐng)域有規(guī)劃的技術(shù)研究和探索。圖為國內(nèi)外船舶智能航行技術(shù)發(fā)展情況時間軸線圖。

智能船舶發(fā)展情況時間軸線圖

02. 智能感知技術(shù)

智能感知技術(shù)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(shè)備以及信息處理技術(shù)設(shè)備獲取船舶自身狀態(tài)信息和船體周圍各種信息，為船舶智能航行后續(xù)的智能決策、智能控制等關(guān)鍵技術(shù)提供更可信的數(shù)據(jù)。

船舶智能感知技術(shù)圖

在能源公司船舶航行風(fēng)險與關(guān)鍵操作風(fēng)險智能識別研究/集團AI項目中，為了提高預(yù)警準(zhǔn)確率，項目內(nèi)充分運用船舶AIS數(shù)據(jù)、雷達數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對船舶態(tài)勢和外部環(huán)境的準(zhǔn)確感知。

03. 智能決策技術(shù)

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

憑借AI技術(shù)，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(guī)劃、執(zhí)行的功能，完成人類無法完成的特定任務(wù)或比人類更有效地完成特定任務(wù)，實現(xiàn)控制主體從駕駛員向人機共融的決策與協(xié)同控制模式轉(zhuǎn)變。

船舶智能決策技術(shù)圖

在能源公司船舶航行風(fēng)險與關(guān)鍵操作風(fēng)險智能識別研究/集團AI項目中，為了更好地實現(xiàn)預(yù)警功能，項目內(nèi)充分應(yīng)用AI技術(shù)，高效地對收集的數(shù)據(jù)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(fēng)險預(yù)警，現(xiàn)階段系統(tǒng)主要涉及輔助決策功能。

04. 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)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(shù)，對船舶運動進行精確控制、實時調(diào)整和優(yōu)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(xiàn)有的自主航行系統(tǒng)無法保障智能船舶在所有復(fù)雜環(huán)境下安全航行等情況，通過船-岸之間、船-船之間的網(wǎng)絡(luò)通信和信息交互，達成“人-船-岸-云”的高度協(xié)同，實現(xiàn)船端部分自主運行，岸基支持中心實時監(jiān)測船舶位置和航行動態(tài)，必要時遠程駕控，圖示為“船-岸-云”一體控制中心結(jié)構(gòu)。

“船-岸-云”一體控制中心結(jié)構(gòu)圖

05.船舶通信網(wǎng)絡(luò)

船舶通信網(wǎng)絡(luò)是信息交互的重要渠道，其基本結(jié)構(gòu)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(tài)等重要信息，包括船舶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外界通信網(wǎng)絡(luò)。

船舶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主要用于船舶各系統(tǒng)之間的通信，船舶與外界的通信網(wǎng)絡(luò)則包括衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)、Wi-Fi、LTE/4G、5G和有線通信等多種形式。

船舶通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

來源：中遠海運能源