智能船舶研究和发展综述

智能船舶研究和发展综述

0 引言

人工智能可以提高决策能力、重塑商业形象、增加商业回报。当前，船舶智能化研究和发展引起多方关注。随着科技进步和实际需要，为了满足对船舶运输越来越高的安全性、经济性、节能环保和管理效率的需要，船舶已经逐步变成集多种自动化系统为一体的多功能综合系统。随着大数据、信息物理系统、物联网等技术的发展，在IMO 等国际组织和国家的倡导和助推下，航运业智能化研发方兴未艾。2017年12月5日，世界第一艘通过船级社认证的智能船舶38800吨散货船“大智”号成功交付，在智能船舶发展史上影响深远。

船舶智能方面的研发工作涉及船舶建造、船舶运营、海事搜救行业和与航海相关专业诸多领域。本文主要针对把船舶作为一个整体来阐述其智能化研发情况。

1 智能船舶概念和发展路线

1.1 智能船舶概念类别

对于智能船舶表述英文有多种形式：例如“Intelligent Ship”、“Robotic Ship”、“Connected Ship”、“Smart Ship”等等，目前还没有一个统一说法。全球对于无人自主船舶技术的研究和概念设计还在进行[]。

2006年，IMO率先给出智能船舶的定义（e-Navigation）：使用电子信息手段，在船、岸收集、融合和显示港航信息，实现船、岸相

互之间信息沟通，达到航行安全、经济和防污染的目标。

2014年，丹麦船级社在《未来航运业》给出智能船舶的定义：智能船舶是指实时信息传输、计算、建模、控制和传感器应用能力的集合。

2016年3月生效的《智能船舶规范》对智能船舶的定义：利用物联网、传感器、通信等技术手段，自动感知船舶、环境、货物和港口等方面的信息，并基于计算机、自动控制和大数据分析技术，在船舶航行、管理、维护、货运等方面实现智能化的船舶，确保航行更安全、环保、经济和可靠。

2016年7月，劳氏船级社在《智能船舶入级指导文件》对船舶自动化程度进行分级，从AL1-AL6,分为6个等级。涉及从船舶设计到营运诸多环节，该文件对各个等级的特征做了清晰准确的定义，并阐释了可能存在的风险。

虽然不同国家和机构对智能船舶的定义存在一定差异，但智能船舶定义具备以下特征：通过船舶相关信息融合、提高船舶自主决策能力、从而使得船舶运营更加安全、环保、经济、可靠。

1.2 智能船舶发展路线

对于智能船舶研究和发展，各主要国际机构和各国侧重点不同：IMO重视技术，CCS重视自主研发，劳氏船级社重视分析人与船舶关系。对智能船舶发展经历阶段也有不同主张。从航行安全和智能船舶研发经验积累的角度，罗尔斯-罗伊斯公司认为智能船舶实现需要经历减少船员岸基控制船舶、近海无人岸基船舶、远洋无人岸基控制船

舶、自主航行船舶4个阶段。从智能船舶智能实现的物理范围、数据融合范围、智能程度考虑，有的学者认为智能船舶实现需要经历船舶远程监控和分析；利用大数据分析等技术，提供航行建议，进行半自动化航行；船岸信息互通，实时进行航行和港口作业优化；实现船舶自主航行、靠泊和装卸4个阶段。由此，该学者认为，目前智能船舶发展正在由第一阶段向第二阶段过渡。还有的学者认为从船舶人为控制的程度来讲有自助船舶、海员远程控制船舶、无人遥控船舶以及无人船舶5个发展阶段。

上述不同学者提出的智能船舶发展路线从不同角度提出智能船舶发展的设想。但是不管是哪一种观点，在船舶智能化不断提升，人员介入不断减少方面的看法是一致的。

2 世界各国智能船舶的发展现状

2.1 欧洲船舶发展现状

欧洲的智能船舶开展研究时间最早，进行了大量的前瞻性智能船舶研究，研发水平比较高，研究参与方众多、研究方式灵活。

20世纪80年代，DNV就进行了船舶结构监测的研究。1996年，挪威国防研究局和美国海军研究实验室合作开展“复合船体嵌入传感器系统（CHESS）”项目研究，并在一艘名为“盾牌”号舰艇上进行了测试[]。

DNV在船舶结构监测，舰船性能和船体集成管理诸多方面进行了持续研究，开发了相关的工具，建立数字化船体模型，通过研究探索为全球航运公司提供船舶结构监控、高质量和综合视觉信息、船舶

全生命周期信息、并实现三维清晰通信等技术服务的路径。

2000年1月至2003年6月，欧盟实施了ATOMOS IV 项目。旨在将最先进的计算机、自动控制技术应用到欧洲的舰船上，引进以人为本的系统，方便地获取船舰信息，提高船舰运行安全性、可靠性和速度。

2006年欧洲开发了内河航运综合信息系统(RIS)，将通信、电子控制和计算机处理等技术应用到内河航运，提供海事监管、应急救援等8大服务功能，保障高效、安全、环保的内河航运环境。该系统引起了航运界对于船舶智能化的兴趣。

2012年9月，欧盟项目MUNIN启动，该项目由来自德国Fraunhofer CML等8家研究机构共同实施，开展以大型散货轮为对象的无人船研究，最终是通过电脑仿真模拟模拟无人船创意，检验其可行性。

2012年，DNV提出“航运2020”理念，2015年对“航运2020”进行了修订，增加了“船舶混合推进”、“多方信息融合”等技术发展趋势的介绍[]。2014年，DNV发布了名为“航运业展望”的报告，文中对“智能船舶”（The Connected Ship）做了定义[]。该文认为未来航运业安全和可持续发展的6大路径：运营安全，设计先进，船舶智能，新材料应用，运营高效以及低碳环保。

2013年，罗尔斯·罗伊斯公司实施无人驾驶货船（robotic cargo ship）研究，2014 年，该公司在挪威建立了虚拟现实无人驾驶货船原型，可在虚拟的船桥系统上全视角无遮拦的观察和操纵船舶到目的

地，该公司计划未来在相似岸基控制中心实现对几百艘无人驾驶的船舶操控[]。该公司计划2020前设计和建造一个远程运营测试中心。

该公司还与相关国家研究机构和大学联合进行智能船舶研发。例如，“未来操作体验概念”（Future Operator Experience Concept，简称“OX”）系统[]研发。这个系统为船员提供智能工作站，能够放大显示船周围海况，使人观察到肉眼容易忽略的诸如海冰、拖船或其他小艇等潜在危险。实施无人导航船舶（SVAN）项目研究落实早期由芬兰国家商务促进局资助的“高级无人驾驶船舶应用开发计划”(AAWA) 研究项目的成果。2016年6 月，该公司发布了“未来遥控无人船舶”白皮书[]，预测未来无人船舶发展和应用情况。

2015年9月，劳氏船级社、南安普顿大学和奎奈蒂克集团一起发布了《全球海洋技术趋势2030》报告[]，对未来应用到商用船舶、军用舰船和海洋空间的关键技术进行了阐述。报告认为未来对商用船舶会产生影响的8个关键技术是：先进材料、大数据分析、传感器、通信、机器人、造船、推进和动力、智能船舶。

2015年8月，法国CMACGM集团最新的18000 标准箱的“布干维尔”号（Bougainville）船舶应用了“TRAXENS”技术，该技术能够实现集装箱之间以及船舶的通信，任何时候，TRAXENS系统都能够实时收集数据，并传送到CMA CGM集团总部。

2.2 日本船舶发展现状

日本开始智能化船舶的研究在全球范围内都比较早。1986年，日本东京商船大学等大学实施了“高智能化船舶”研究项目。研究内