智能化船舶应用技术与研究

智能化船舶应用技术与研究

蔡小飞

招商局重工(江苏)有限公司 226500 江苏省

摘要：海上运输在我国是至关重要的交通方式之一，随着运输需求不断增长，行业对船舶的功能和安全性提出了更高要求。尤其是在现代科技快速发展的背景下，信息、通信、传感和计算机等高新技术被广泛应用于船舶领域，使船舶的功能变得更加多样化，为航行和管理提供了更强有力的支持，显著提高了安全性，逐渐实现智能化发展。

关键词：智能化船舶；应用技术；  

引言

随着信息技术的迅猛发展，传统制造行业正逐渐应用各种新技术手段，推动我国工业向智能化发展。在这个时代，海运量正在持续增加，但船舶行业仍面临内部动力不足的挑战，需要进行创新。为了抓住行业发展机遇，各行业都在逐步构建新型产业链条和模式。在产业结构转型期间，船舶行业面临着新的要求和挑战，需要向智能化方向发展，推动我国成为造船强国。

1.船舶智能化研究的现状

1.1船舶智能航行

随着科技领域的革新，如计算机、传感器、通信和信息技术的飞跃，推动了船舶导航设备的显著升级，尤其体现在自动化装置和环境感知技术的进步。如今，物联网技术、信息物理系统和大数据技术的有效融合，显著提升了船舶间的通信效率，以及与陆地基础设施的互动，为构建下一代集成化船桥系统奠定了坚实的基础。这种新型船桥系统展现出前所未有的潜力，它集成了强大的导航功能，通过自动化手段精准控制船舶，即使在遇到故障，也能自动执行诊断。它实时监控船舶航路、环境及自身状况，确保航行全程的安全无虞。集成船桥系统的发展与人工智能技术的深度融合，引领了船舶无人化的崭新阶段，无人驾驶船舶成为了未来船舶研究领域的一大焦点。然而，这一模式的研发挑战重重，涉及复杂的计算处理和对极高可靠性的要求，许多关键技术尚待成熟。因此，对于无人驾驶船舶模式的探索和研发，仍需持续深入进行。

1.2船舶智能管理和控制

在船舶智能管理和优化服务的前沿探索中，关键焦点在于提升船舶交通管理系统效能。它不仅强化了港口船舶的精细管理，而且革新了内河水域的运营模式，极大地提升了管理效率。然而，目前我国的船舶交通服务体系主要局限于关键区域，依赖雷达、自动识别系统和语音通信等技术进行实时信息交换，这限制了对船舶全程航行的全面监控与管理。随着科技的融入，如长江电子航道图3.0版本的应用，显著地推动了船舶管理和服务的现代化进程。它实现了动态展示船舶实际航行深度、智能化的虚拟航道规划、实时的安全预警和潮汐信息服务，为船舶航行提供了全方位的支持和安全保障体系，显著提升了航行的精准度和安全性。

2.智能化船舶应用技术与研究 

2.1通信导航技术

随着卫生通信技术的不断优化，船舶和陆地之间的通信条件得到明显改善。类似于陆地的宽带网络，海洋宽带技术也被广泛应用，具备高容量和快速传输速度。船舶内部采用海事卫星、VHF等通信方式，使得设施和系统之间能够更高效地进行通信。在导航技术方面，目标是引导船舶从一个预定航线上的位置到达另一个位置点。包括船舶定位、路径计算等内容在内。无线电技术等导航技术在船舶中被广泛应用，而随着“北斗卫星导航系统”的不断完善，智能导航技术也迎来了新的发展机遇。

2.2信息感知技术

智能船舶具备强大的信息感知能力，涵盖船舶流量、航道深度以及设备状态等多个维度。为了精准监控这些数据，我们采取了一种创新策略，即在航道沿线每间隔2公里设置智能监测站，构建起一个无缝连接的光纤基础设施网络，进一步扩展为无线自组织网络，借助Zigbee技术实现全面覆盖，确保航道两侧的传感器网络无遗漏。这些设备的设计各异，通过无线网络收集信息，然后通过光纤骨干传输至指挥中心。

尽管信息感知技术已进入成熟阶段，但对环境数据的精确复制仍处于较高要求，特别是关注船舶附近的具体环境参数，如物理状况、静海与动海水特性等。为此，我们需要选择更为先进的感知硬件，如高分辨率摄像头和自动识别系统(AIS)。值得一提的是，在“Sea Machines Robotics”与“马士基航运”的合作中，新型集装箱船只成为智能情境感知技术的试验田，这套系统结合了光学感应和计算机软件，持续收集并分析船机周围的环境信息，对潜在威胁进行科学处理。所有这些处理结果，通过驾驶室的用户界面实时呈现，显著提升了船舶在航行过程中的目标识别和感知性能。

2.3大数据处理技术

运用大数据技术在智能船舶中具有许多优势。首先，通过准确的船机状态判断，可以提高船员的操作技能，并有效管理备件的需求，实现资源的科学分配。其次，结合船舶特定的航行数据，为船舶提供有效的航行支持。第三，通过AIS数据，可以准确监控船舶情况，提高船舶运行管理效率。目前，我国已开始研发智能船舶大数据技术，部分企业也推出数字化船舶管理平台，实现船机维修和物资管理等工作。因此，借助大数据处理技术，船舶运行经济性和稳定性将显著提升。

2.4故障诊断与状态监测技术

故障诊断技术的原理是基于船舶机械设备在运动状态下的工作特点，通过对设备是否存在故障或异常情况进行诊断，进而判断零部件是否出现恶化情况。同时，状态监测技术能够对船舶设施的稳定性进行监测。目前，故障诊断和监测技术在船舶的智能机舱和船体上有更广泛的应用。这些技术能够依据实时收集的数据信息，全面监测船舶建造过程，及时了解设备的使用情况。

2.5遇险预警救助技术

在恶劣的天气和海况下，船舶需要及时监管和求助。智能技术可以帮助船舶实时监控，发送求救信号并引导搜救人员前往救援。预警救助技术在智能船舶中起着关键作用，可以降低对人力的依赖，提升风险预警的效果，防止事故的进一步恶化。这种技术分为智能话务管理和智能集成两种平台，对于保障船舶安全具有重要意义。

3.船舶智能化行业发展趋势

船舶行业的智能化进程正依托实时数据流和先进技术整合，实现了对船舶的智能感知、解析和决策，从而显著提升了运营效率。在设计初期，智能系统就被纳入整体规划，通过整合船舶的各种显示和操控界面，强化了自动化水平，进而优化了航行的经济效益。智能船舶的核心目标在于提升性能和效益。

在智能技术的研发与推广上，首要任务是加速采用高效、环保且先进的智能解决方案，以增强船舶能效并减少环境影响，同时推进关键智能设备的研发与应用。其次，我们推动新一代智能航行船舶的研发，尤其是探索基于5G网络的新型“岸基遥控、船端监督”航行模式，为船舶智能化行业开辟自主驾驶的新路径。

随着智能化的深入，船舶上的传统人工操作逐渐被自动化系统取代，船员需求相应减少，无人驾驶成为不可避免的趋势。未来的船员更多将投身于智能系统的管理和维护，因此，无缝连接的智能船舶系统至关重要，便于实现船上与岸上用户的即时信息交互。同时，智能船舶的发展必须牢固立足于安全和环保这两个核心议题，深度挖掘其潜在价值。

4.结束语

船舶智能化系统通过大数据、物联网和信息物理系统的技术构建，正在推动传播领域的和谐发展。目前，我国船舶智能化系统主要应用于船舶航行、管理和服务阶段，未来随着科技的不断进步，船舶能化系统将在制造、航行、管理等多个领域展现出更广泛的应用，降低船舶运行成本，优化我国航运在全球贸易中的地位。

参考文献

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[3]初建树,曹凯,刘玉涛. 智能船舶发展现状及问题研究[J].中国水运（上半月）,2021(2):126-128.