智能船舶主要机电应用技术分析

李俊辉 崔志强

摘要：当前，我国智能船舶技术研发大致与国际先进水平齐头并进，在智能船舶标准规范研制、船型研发、智能机电设备集成研发等方面已有研究成效，但要实现智能技术在船舶上成熟实际应用与市场化还有不少高峰需要攀登。

关键词：智能船舶;机电;应用技术

引言

未来绿色船舶技术发展的必然方向就是智能船舶，其是对船舶机械化、电气化和智能化的统一。在智能船舶中，要把握其主要机电的应用技术，通过现有的一体化设备对船舶机电一体化管理系统进行仿真设计，进一步推动了船舶机电的智能化发展。

1智能船舶涵义界定

智能船舶运用的是传感、通信、物联网等技术手段，并通过计算机技术、自动控制技术、大数据技术、智能技术等对船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据进行自动感知和获取，推动船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面的智能化运行，保证船舶运行更加安全、环保、可靠。智能船舶具有感知的能力，可以对船舶自身和周围环境信息进行感知。而且具有记忆和思维能力，对于其自身感知的信息及管理知识进行存储，通过已有的知识来分析、计算、比较、判断、联想、决策信息。智能船舶还可以进行学习和自适应，其依赖的是专家知识、与环境的相互作用，通过学习积累知识对环境变化适应。

2智能船舶主要机电应用技术分析

2.1智能船舶技术研发路径

对于智能船舶技术的研发路径，全球范围内都在热切关注，各有策略。大家都认为，智能船舶技术研发不可能一步登天，需要理性循序渐进，需要分阶段突破。最终目标是实现包含远洋交通运输在内的完全无人驾驶，智能化自主航行船舶。

2.2大数据挖掘处理技术

通信技术、计算机技术的发展日新月异，大数据技术应用的范围越来越广。毋庸置疑，大数据技术是智能船舶的必选项。当前，大数据技术在智能船舶上的推广应用需要解决的关键点是：根据现有行业资源和特点，寻求合适船舶领域的大数据挖掘与分析处理思路与方法。而大数据技术分析方法大致有两种，一种是以物（计算机或者机器）为基点来讨论，突出的是物的人工智能与计算，涉及到的主要研究方向包括数据挖掘算法、智能搜索、高速高精度处理计算方法等;另一种是以人为基点来讨论，突出的是与人认知规律匹配、人机可友好交互的分析方法，目的在于让物（计算机或者机器）能像人一样“认知”或“思考”。大数据在船舶上的应用就是利用大数据为船所用，提供有益有用的辅助决策信息，并挖掘潜在价值。大数据技术应用在船上有各种优势，例如：（1）借助大数据，可研判船机状况以提升船机的维护操控水准;精准核算备件数量，优化机电设备等资源配置;（2）以船机油料物料消耗真实大数据、船舶航速等数据为基础，设置最优经济航速等辅助优化船舶管理决策。

2.3船机信息感知技术

（1）船舶航行状态信息，比如船位、航速、航线方向等;（2）船舶机电设备状态信息，比如船舶主机转速、各处压力、水位、油位等。目前，此类信息传感器技术较为成熟可靠，有各种物理信号的传感器产品在市场上可选。而相关环境信息相对来说比较复杂，涉及船舶周围的各种物理存在、天气条件、海水静止与流动特性、监视信息等等，其所用的信息感知硬件也较为高精尖，包含航行数据记录仪（VDR）、AIS、激光雷达、电子海图、摄像头（机）等。此类需感知的环境信号繁多，来源不一，存信息冗余和不一致甚至冲突的情况，是研发的重点和难点。2018年，在新建造的集装箱船上试验了人工智能AI情景感知技术。其首次综合利用了计算机技术、光传感与检测、激光雷达（测距）和配套感知软件的人工智能方案，系统采用先进传感器不间断采集船机周围信息，感知和分析处理威胁（潜在事故），并在驾驶台人机交互界面上显示，以此提升船舶海上营运中的目标识别、情景感知能力.

2.4无人船技术

智能船舶的控制系统直接影响着无人船航行的操纵性、经济性和安全性，所以测量中可以自动控制无人船的航速与航向，保证无人船可以克服各种干扰，实现无人船的自动稳定地运行，这是智能船舶中无人船自动作业和自动回归的核心技术。在智能船舶中，无人船依据智能控制技术、螺旋槳的推力和舵机对航速和航向进行实时调节，可以自动按照预先设定的航线进行精准的走线、换线及回归等功能。而且无人船的关键技术还可以进行多传感器集成与数据融合，实现远距离无线局域网的数据通讯，进行实时多模控制技术。比如，进行多传感器集成中，无人船设计的可兼容多传感器的船载控制系统，结合不同的用户需求都可以进行灵活搭载GNSS接收机、测深仪、ADCP（声学多普勒流速剖面仪）、电子罗盘、水质采样等多种传感器设备.

2.5智能机舱技术

通常把船舶驾驶室比作船舶“大脑”，而船舶“心脏”就是机舱，可见船舶机舱举足轻重。智能船只很重要的一方面就是智能机舱，全球各大船级社都对智能机舱或者自动化机舱有涵义界定。《智能船舶规范》第四章阐述了智能机舱的涵义，梳理智能机舱的功能主要有四项：（1）可对包含船舶主推进动力装置、辅机等船机设备状态进行信息感知，状态监测，获取稳定可靠的船机运行数据和管理信息。（2）根据已获取存储的数据信息，对船机设备是否“健康”、有何“病症”，进行体检、评估与诊断。（3）根据体检、评估与诊断结论，提出针对具体船机设备或系统的“药方”，以保障其健康运转。（4）补充功能，即以上三项以外的其它功能。比如，可根据船机设备或系统的“体检报告”给出“预防与保养建议”，制定轮机维护与修理计划等。中国船级社对智能机舱提出了2项关键指标：（1）符合AUT-0标准;（2）可进行状态监测，进而提供辅助决策功能的完备系统。由此可见，智能机舱与传统自动化机舱的核心差异在于“状态监测”和“辅助决策”。在海工项目中，已有多种独立的“状态监测”和“辅助决策”系统在研发应用。而当前需要的完备系统应该是可让“大数据技术”、“信息感知技术”与“辅助决策”无缝融合。

结语

智能船舶是一种新型的船舶，其集多种自动化系统为一体，具有多功能的综合系统，使得船舶航行的安全性、经济性和管理效率大大提高。

参考文献：

[1]  中国科技网.无人驾驶船舶：来日可期10年内将在全球航行[EB/OL].[2014-08-29].

[2]  叶强.智能船舶技术和无人驾驶技术研究[J].山东工业技术，2017，（15）：106.

[3]  杨博.关于船舶智能运行与维护技术[J].中国远洋航务，2015，（12）：68-69.

（作者单位：广州文冲船舶修造有限公司）