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　　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 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 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 ， 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 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 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、 息物理系统、物联网等技术的发展 ，在IMO等 系统。随着大数据、 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 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 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。 “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 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 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。 其智能化研发情况。 1 智能船舶概念和发展路线 智能船舶概念和发展路线 智能船舶概念类别 Intelligent Ship 对于智能船舶表述英文有多种形式 ：例如“Intelligent Ship”、 对于智能船舶表述英文有多种形式 ：例如“ ”、 Robotic Ship Connected Ship Smart Ship Robotic Ship Connected Ship Smart Ship “ ”、“ ”、“ ”等等 ，目前还没有一个 “ ”、“ ”、“ ”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 。 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 。 e-Navigation 2006年 ，IMO率先给出智能船舶的定义（e-Navigation 2006年 ，IMO率先给出智能船舶的定义（ ）：使用 ）：使用 电子 息手段 ，在船、岸收集、融合和显示港航 息 ，实现船、岸相 电子 息手段 ，在船、岸收集、融合和显示港航 息 ，实现船、岸相 互之间 息沟通 ，达到航行安全、经济和防污染的目标。 互之间 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 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 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。 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 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 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 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、 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。 环保、经济和可靠。 2016年7月 ，劳氏船级社在 《智能船舶 级指导文件》对船舶自 2016年7月 ，劳氏船级社在 《智能船舶 级指导文件》对船舶自 AL1-AL6 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 动化程度进行分级 ，从 ,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 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。 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 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 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。 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 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 ： 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 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 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 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 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 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 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 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 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 息互通 ，实时进行航行和港口作业优化 ；实现船舶 动化航行 ；船岸 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 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 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 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。 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 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 ， 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。 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 世界各国智能船舶的发展现状 2.1 欧洲船舶发展现状 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 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。 舶研究 ，研发水平比较高 ，研究参与方众多、研究方式灵活。 DNV DNV 20世纪80年代 ， 就进行了船舶结构监测的研究。1996年 ， 20世纪80年代 ， 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 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 CHESS 感器系统（CHESS ）”项目研究 ，并在一艘名为“盾牌”号舰艇上进行了 感器系统（ ）”项目研究 ，并在一艘名为“盾牌”号舰艇上进行了 [][] 测试 。 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 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 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 息、船舶全 为全球航运公司提供船舶结构监控、高质量和综合视觉 息、船舶全 生命周期 息、并实现三维清晰通 等技术服务的路径。 生命周期 息、并实现三维清晰通 等技术服务的路径。 ATOMOS IV  2000年1月至2003年6月 ，欧盟实施了ATOMOS IV 项目。旨在 2000年1月至2003年6月 ，欧盟实施了 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 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 性、可靠性和速 本的系统 ，方便地获取船舰信息 ，提高船舰运行安 性、可靠性和速 度。 度。 RIS 2006年欧洲开发了内河航运综合信息系统(RIS) ，将通信、电子 2006年欧洲开发了内河航运综合信息系统( ) ，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 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 、环保的内河航运环境。该系统引 等8大服务功能 ，保障高效、安 、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。 起了航运界对于船舶智能化的兴趣。 Fraunhofer  Fraunhofer  2012年9月，欧盟项目MUNIN启动 ，该项目由来自德国 2012年9月，欧盟项目MUNIN启动 ，该项目由来自德国 CML 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 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。 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。 DNV DNV 2012年， 提出“航运2020”理念 ，2015年对“航运2020”进行 2012年， 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 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 [] [] DNV DNV 介绍 。2014年， 发布了名为“航运业展望”的报告 ，文中对 “智 介绍 。2014年， 发布了名为“航运业展望”的报告 ，文中对 “智 [] The Connected Ship [] 能船舶”（The Connected Ship）做了定义 。该文认为未来航运业安 能船舶”（ ）做了定义 。该文认为未来航运业安 和可持续发展的6大路径 ：运营安 ，设计先进 ，船舶智能 ，新材料 和可持续发展的6大路径 ：运营安 ，设计先进 ，船舶智能 ，新材料 应用 ，运营高效以及低碳环保。 应用 ，运营高效以及低碳环保。 robotic cargo  robotic cargo  2013年 ，罗尔斯·罗伊斯公司实施无人驾驶货船 （ 2013年 ，罗尔斯·罗伊斯公司实施无人驾驶货船 （ ship ship ）研究 ，2014 年 ，该公司在挪威建立了虚拟现实无人驾驶货船 ）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 视角无遮拦的观察和操纵船舶到目的 原型，可在虚拟的船桥系统上 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 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。 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 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 Future Operator Experience Concept 如 ，“未来操作体验概念” （Future Operator Experience Concept，简称 如 ，“未来操作体验概念” （ ，简称 [] OX [] OX “ ”）系统 研发。这个系统为船员提 智能工作站 ，能够放大显示 “ ”）系统 研发。这个系统为船员提 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 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 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) 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” 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。 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 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 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 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 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。 信、机器人、造船、推进和动力、智能船舶。 CMACGM CMACGM 2015年8月 ，法国 集团最新的18000 标准箱的 “布干 2015年8月 ，法国 集团最新的18000 标准箱的 “布干 Bougainville TRAXENS 维尔”号（Bougainville ）船舶应用了“TRAXENS”技术 ，该技术能够实 维尔”号（ ）船舶应用了“ ”技术 ，该技术能够实 TRAXENS 现集装箱之间以及船舶的通信 ，任何时候 ，TRAXENS系统都能够实 现集装箱之间以及船舶的通信 ，任何时候 ， 系统都能够实 CMA CGM CMA CGM 时收集数据 ，并传送到 集团总部。 时收集数据 ，并传送到 集团总部。 2.2 日本船舶发展现状 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。研究内容 日本东京商船大学等大学实施了“高智能化船舶”研究项目。研究内容 包括：船舶操纵系统、新型生活保障和救生设施、自动近岸航行系统、 包括：船舶操纵系统、新型生活保障和救生设施、自动近岸航行系统、 自动生产系统、节能技术。研究工作在“汐路丸”号船舶上进行 ，这艘 自动生产系统、节能技术。研究工作在“汐路丸”号船舶上进行 ，这艘 船舶装备有以船内局域计算机网络为基础的数据采集和控制系统 ，这 船舶装备有以船内局域计算机网络为基础的数据采集和控制系统 ，这 套系统可实现船舶智能化靠离码头。 套系统可实现船舶智能化靠离码头。 日本智能船舶的研究重点是智能导航等船舶智能系统的研发。 日本智能船舶的研究重点是智能导航等船舶智能系统的研发。 JSMEA 2002年 ，日本由日本船舶机械与设备协会(JSMEA)发起包括27家单 2002年 ，日本由日本船舶机械与设备协会( )发起包括27家单 SSAP SSAP 位在内 “智能船舶应用平台” （ ）项目，该项目旨在使船岸获取 位在内 “智能船舶应用平台” （ ）项目，该项目旨在使船岸获取 和运用船舶导航系统、机械系统和其他船载设备产生的数据 ，以提高 和运用船舶导航系统、机械系统和其他船载设备产生的数据 ，以提高 船舶的安全性和环保性。目前 ，该系统已经在2艘轮渡 船舶的安全性和环保性。目前 ，该系统已经在2艘轮渡 SUNFLOWERSHIROKO” SHINKYOKUTO MARU “SUNFLOWERSHIROKO”号和原油运输船“SHINKYOKUTO MARU” “ 号和原油运输船“ ” 号船舶上完成了实船测试。测试船舶安装的智能化设备与陆地进行通 号船舶上完成了实船测试。测试船舶安装的智能化设备与陆地进行通 信 ，指导船舶进行航线规划、船舶性能监测、主机维护、船舶设备使 信 ，指导船舶进行航线规划、船舶性能监测、主机维护、船舶设备使 用优化等 ，能够赋予船舶 “会思考”的能力。 用优化等 ，能够赋予船舶 “会思考”的能力。 IBM IBM 此外 ，日本船级社与 合作 ，共同成立海事大数据中心 ，开发 此外 ，日本船级社与 合作 ，共同成立海事大数据中心 ，开发 软件收集船舶机舱的实时数据 ，并进行分析 ，提供船舶设备优化、维 软件收集船舶机舱的实时数据 ，并进行分析 ，提供船舶设备优化、维 NAPA 的建议 ；日本船级社与NAPA合作开发航线优化支持系统 ，为船东 的建议 ；日本船级社与 合作开发航线优化支持系统 ，为船东 提供航线优化支持 ，在船舶上得到广泛应用。 提供航线优化支持 ，在船舶上得到广泛应用。 在智能船舶的研发过程中，日本重视智能船舶标准制定。2015 在智能船舶的研发过程中，日本重视智能船舶标准制定。2015

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