浅析智能航海现状与趋势

浅析智能航海现状与趋势刘江，任席伟

（武汉理工大学航运学院，湖北武汉430063）＊摘要：人类的航海事业自远古时期走到今天，从远古时期的凿木为舟到扬帆起航，从千帆竞发再到蒸汽动力，从蒸汽动力再到船舶的自动化信息化。人类的航海事业又何尝不像一艘在浩瀚的海洋里乘风破浪的理想之船，只是这片海洋没有港口，中国的航海事业是不断向前发展的。继船舶的自动化信息化后，迎来的是智能化。随着智能时代的逐渐到来，人工智能取得重大发展突破，大数据科学逐渐发展完善，现代计算机科学技术飞速发展。在前所未有的科技变革中，人类的航海事业也迎来了智能航海大时代。基于智能航海的发展现状及趋势，分析智能航海中的相关问题与技术，提出了一些关于智能航海的思考。关键词：智能航海；e-航海；人工智能；船联网中图分类号：U665文献标识码：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.030标准、传输。因此在无人自主船舶的科技突破上，这四大基本问题同样是关键所在，是研究无人自主船舶的重要领域。2智能航海的发展2.1时间维度上的智能航海2.1.1早期智能航海雏形在1995年，美国曾创建了一个研究小组，该研究小组承担的是秘密研究“智能舰艇”项目。1996-02，美国海军将“智能舰艇”项目正式批准为重要的发展计划。美国构想的这个舰艇，是一艘高度自动化、高效率、计算机化的舰艇[1]。实际上，在这个研究方向上，已经能够看到智能船舶的雏形，这里所说的高度自动化，也即高度信息化、无人化。1996年，挪威国防研究局启动了“复合船体嵌入传感器系统”项目；2012年，挪威船级社提出了“航运2020”计划。2.1.2近期智能航海发展最近几年，智能船舶飞速发展。挪威船级社在2015年更新了“航运2020”计划，提出了两个极为重要的概念，即船舶混合推进和连通性[1]。2017-07，在IMO海上安全委员会（MSC）第98届会议上，将“AutonomousShip”列入会议议程。2018-04-07，挪威航运公司威尔森集团和康士伯建立了全球第一个智能船舶航运公司“MASSTERLY”。同一天，威尔森集团和康士伯将全球第一艘零排放无人驾驶船舶“YARABirkeland”号投放到挪威南部一条长59.55km的航线上。“YARABirkeland”利用安装的全球定位系统、摄像机、雷达和传感器等，在航行的过程中自动规避障碍物和其他船舶，最终到达了指定地点。随着人工智能、大数据的发展，交通领域正在发生着深刻的技术，船舶在实现自动化信息化之后，目前正在向智能化方向发展。虽然仍有着许多技术难题需要突破，但是毫无疑问，无人自主船舶一定会航行在世界上的任何海域。为了实现这个宏伟的目标，国内外相关科研院所、船舶公司、海事机构展开了对智能船舶的全方位的研究，只有在船舶全方面实现了真正意义上的智能，船舶才是真正意义上的智能船舶，航海才是真正意义上的智能航海。1e-航海1.1e-航海的概念在IMO（InternationalMaritimeOrganization）海上安全委员会（MSC，MaritimeSafetyCommittee）第81次会议上，提出了e-航海的定义。e-航海是指通过电子的方式，对船上、岸上的海事信息进行协调一致的收集、整合、交换、显示及分析，以增强船舶泊位到泊位的航行能力及其他相关服务，提高海上安全和安保水平，并保护海洋环境[1]。e-航海的相关概念是“智能船舶”“智能航海”相关概念的雏形，e-航海是在船舶满足自动化信息化之后，为进一步提高海上运输效率、适应智能化时代发展、进一步发展航运事业所做出的深刻技术。正是由于e-航海的提出，无人自主船舶、智能航海才不断走进人们的视野。e-航海为智能航海打下了基础，在未来的发展中，e-航海与无人自主船舶、智能航海有着密不可分的联系。1.2e-航海下的无人自主船舶e-航海条件下的无人自主船舶应该具备怎样的能力？e-航海相关技术体系需要解决四大基本问题：感知、数据、——————————————————————————.com.cn. All Rights Reserved.＊［基金项目］武汉理工大学自主创新研究基金本科生项目（编号：2019-HY-A1-01）·74·2019年第24期

2018-04-26，丹麦航运巨头马士基集团在集装箱船上安装了激光雷达、计算机视觉和感知软件，进行了智能感知等“无人自主船舶”核心技术测试。马士基集团成为世界首家在集装箱船上进行态势感知和人工智能动力感知技术实验的公司。2018-11-28，瓦锡兰在挪威海事局的监督下完成了“Folgefonn”号渡轮自动航行和自动到岸的实验[2]。2018-12-03，芬兰国有渡轮运营商Finferries和Rolls-Royce公司在芬兰图尔库市南部的群岛进行了实验。“Falco”号汽车渡轮载有80名乘客，在罗罗智能船舶的技术下，完成了从芬兰帕尔加斯到瑙沃之间的无人自主航行，并在遥控操作下完成了返航[2]。这些还只是近些年智能航海发展的冰山一角，从国内外相关科研院所、船舶公司和海事部门的研究来看[3-16]，智能航海已是大势所趋，是无论如何都不能阻挡的。对于现在所处的时代而言，科学技术飞速发展，人类正在不断走向智能化时代。随着人工智能、云计算、综合船桥系统和“大数据”等科学技术逐渐发展完善，智能船舶的研究不断取得突破，因此智能航海绝不是空想，而是正在逐步变为现实。2.2科技维度上的智能航海2.2.1人工智能与智能航海人工智能技术是计算机科学技术的分支，通过研究计算机来使机器具备人类的思维或智能行为[17]。近几年，随着人工智能技术的复活，交通领域发生深刻变化。无人驾驶汽车已经变成了现实，国际上，有着已经投入市场的具有自动驾驶仪的无人汽车，也有着无方向盘或踏板的全自动化的无人汽车。虽然人工智能技术用于船舶上的发展研究晚于汽车领域，但人工智能技术为实现智能航海提供了重要的技术支撑。随着研究的不断推进，人工智能技术已与智能航海有着极其重要的关系。2.2.2“大数据”与智能航海当今，“大数据”已与人们的生活密不可分，通过运用“大数据”技术，解决了许多科学发展上的难题。对于航海领域，通过运用“大数据”技术，已可以在内河水域监控船舶的位置、航行状态和机舱等主要设备的实时参数[18]。同时，“大数据”对于航线的规划具有重要意义，未来智能航海需实现自主规划航线目标，而这需要大量数据的支撑。“大数据”技术的飞速发展，为智能航海的航线自主规划提供了无限可能。2.2.3“船联网”技术与智能航海武汉理工大学曾借鉴“物联网”的框架，提出了构建“船联网”体系。“船联网”是以企业、船民、船舶、货物为对象，融合“物联网”的核心技术，将数据作为中心，从而实现构建船货互联、船船互联、人船互联和船岸互联的内河服ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新务网络[19]。虽然这个概念具体针对内河航运，所想要实现的是内河方面的服务网络，但“船联网”无疑为实现智能航海提供了极其新颖的思路。能够在内河领域实现相关技术，则一定能在远洋领域实现该项技术，从而加快智能航海的发展进程。3智能航海对航运的影响智能航海一定会到来，这是不能阻挡的。对于智能航海，不能只停留在对技术的思考上，它涉及面广，所影响的是整个航运，甚至是整个世界。当然，现阶段的“无人自主船舶”不是指船舶上没有船员，但船员数量的减少是一定的。如何处理好船员的数量与智能船舶的关系，在短期内使船员与智能船舶达到和谐的状态，这是在发展智能化船舶时不能回避的问题。船舶与港口是密不可分的有机整体，过去一直把精力放在了智能船舶的研究发展上，是否忽视了智能港口的发展？希望通过智能化船舶来提高航运的效率，如果实现了船舶的智能化，但是港口却不能跟上智能船舶的效率，在一定程度上反而会制约智能船舶，降低整体航运效率。所以，在研究发展智能船舶的过程中，同样需要推进“智能港口”的研究，实现“智能船舶”与“智能港口”的有机智能统一整体。在航运事业的发展过程中，制定了与航运相关的许多法律法规，在这些法律法规的保障下，航海事业得以有序发展。但是当智能航海时代到来时，之前制定的有关航运的法律法规可能将不再适用，因此需要在智能航海的框架下制订新的法律法规。不能等到智能船舶全面在海上航行的时候，再去思考制订适合智能船舶的法律法规，应该使相关法律法规的制订与智能船舶的研究同步推进协同发展。4结论从目前智能航海的发展现状来看，智能航海的研究飞速发展，智能航海时代一定会到来。在实现这个过程中会遇到许多的困难，需要进一步解决智能船舶的通信导航技术、信息感知技术、智能航线规划、状态监测技术、遇险预警救助技术和自主航行等相关技术[20]。随着综合船桥系统、云计算、人工智能和“大数据”等科学技术的不断突破，一些关键技术正在不断发展完善。未来的航海将是高度信息化的智能航海，智能船舶一定会航行在世界上的任何海域，而离实现这个目标也不会太遥远。参考文献：1］王程博，张新宇，李俊杰.基于e-航海的无人驾驶船舶技术［J］.集美大学学报，2018，5（4）：67-68.2］王思佳.造船业的麒麟之争［J］.珠江水运，2019（1）：32-33.3］李文然，曹文胜.基于物联网的智能化船舶签证系统［J］.交通建设与管理，2014（6）：184-187.（下转第77页）·75·［［［.com.cn. All Rights Reserved.2019年第24期

ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新为复杂，需要支护的边坡较多，这对总图设计的专业性和技术性提出更高的要求，需要在实际操作过程中宏观把握、细致分析、综合协调。1.5管线布置管线布置[2-3]是总图设计的重要工作，地下管线应与道路红线、中心线按一定的顺序进行敷设，并尽可能布置在人行道、非机动车道和绿化带下面。一般而言，从建筑红线向道路中心线方向平行布置管线的次序宜为：电信管线、电力管线、给水管线、燃气管线、热力管线、雨水管线、污水管线。综合管廊在近年来发展较快，一些新建项目趋于将管线布置在管廊中，以提高抵抗自然灾害的能力。这就需要总图设计师能够学习、掌握和应用管廊方面的知识，以更好地适应工艺技术的发展要求。2总图设计与工程设计不同阶段的关系从工程设计不同阶段来看，分为（预）可研、初步设计、施工图。在（预）可研阶段，首先要确定大的方案，基本做到场址选择合理、安全、经济可行，并且需要对总图工程量有充分的估计，以为初步设计提供有力支撑；在初设阶段，要充分理解工艺专业的意图和要求，熟悉工艺，并根据具体的地形条件和周边环境进行较为详细的设计，初设结束后就应该进行详细勘察工作，对场地的岩土情况和特征有充分的描述，对不良地质作用情况给出明确结论；在施工图阶段，要根据土建条件设计总平面及竖向布置图，给出建构筑物的定位坐标以及建构筑室内外标高，并确保这些设计满足安全要求，因此总图设计贯穿于工程设计的各个阶段，需要因地制宜、统筹考虑。3结语从总体布局、选址、总平面布置、竖向设计和管线布置5个方面分析了总体规划中总图设计内容及要点，可为项目的有效实施提供参考。由于总图设计与外界因素相互影响较大，如何结合实际地形条件等因素进行总图设计是后续需要考虑的问题。参考文献：［1］许惠.稀土企业厂址选择与总平面布置研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2013.［2］杨洋.小区多管线优化布置及其三维可视化［D］.合肥：合肥工业大学，2010.［3］刘宝辉.市政工程管线综合优化研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2010.————————，男，硕士研究生，助理工程师。作者简介：王凯（1992—）〔编辑：张思楠〕.com.cn. All Rights Reserved.（上接第75页）［4］刘和祥，边信黔，秦政，等.基于前视声呐AUV避碰规划研究［J］.系统仿真学报，2007（24）：5672-5679.［5］高宗江，张英俊，孙培廷.无人驾驶船舶研究综述［J］.大连海事大学学报，2017，43（2）：1-7.［6］朱勇强.基于e-航海关键技术的智慧海事建设［J］.中国海事，2016（4）：22-25.［7］李树兵.沿海港口e-航海顶层设计［J］.大连海事大学学报（社科版），2015，14（1）：20-26.［8］曾晓光.智能船舶发展研究［R］.国外舰船装备与技术发展报告，2014.［9］龚瑞良，吉雨冠.智能船舶技术和无人驾驶技术研究［J］.船舶，2016，27（5）：82-87.［10］朱绍凡，张新宇，许长彬.船舶交通海事服务集研究综述［J］.中国水运，2016，16（11）：65-67.［11］刘勇，蔡延财.智能化船舶隔振系统的控制技术设计［J］.船海工程，2007，37（6）：115-117.［12］贺辞.CCS《智能船舶规范》六大功能模块要求［J］.中国船检，2016（3）：84-85.［13］汤天浩.船舶智能化信息系统的探讨［J］.上海造船，2007（3）：29-31.［14］张铁军，王玉林，朱勇强.e-航海概论［M］.北京：人〔编辑：严丽琴〕民交通出版社，2015.［15］NIELSENJD.Faulttoleranceandreliabilityinintegrated［C］ship-theAtomosconcept//InternationalConferenceonControlApplications，2002.［16］LIUGW，RODRIGOP，JESUSAM，etal.Internetof［J］Ships：TheFutureAhead.WorldJournalofEngineeringandTechnology，2016（4）：220-227.［17］王宇楼.人工智能的现状及今后的发展趋势展望［J］.科技展望，2016（22）：299.［18］梁云芳，谢俊元，陈虎，等.智能船舶的发展研究［J］.船舶力学，2017，26（4）：146-149.［19］柳晨光，初秀民，谢朔，等.船舶智能化研究现状与展望［J］.船舶工程，2016，38（3）：69-72.［20］严新平.智能船舶的研究现状与发展趋势［J］.交通与港航，2016，3（1）：23-26.————————作者简介：刘江，男，武汉理工大学航运学院本科在读，研究方向为航海技术。任席伟，男，武汉理工大学航运学院本科在读，研究方向为航海技术。·77·