智能化船舶的發(fā)展和對未來航運業(yè)的影響

智能化船舶的發(fā)展和對未來航運業(yè)的影響摘要:在全球貿(mào)易中，海運承擔著主導地位，很多大宗商品例如石油、天然氣、鋼鐵、煤炭，相當一部分都需要通過海運來完成運輸。從2020年初到今天，新冠疫情席卷全球，不僅沖擊了全球的經(jīng)濟，也給我們的正常生活帶來困境。海運憑借其運輸量大、運輸成本低的特點，對全球經(jīng)濟的復蘇起到非常關(guān)鍵的作用。造船業(yè)與海運業(yè)密切相關(guān)，不可分割，造船業(yè)的興衰也影響著海運業(yè)的發(fā)展。受疫情影響，海運的運營成本不斷提高，如何造出經(jīng)濟性更好、更加安全穩(wěn)定的船舶成為全球造船業(yè)共同探討的話題。智能化船舶成為未來海運發(fā)展大趨勢，智能化船舶的研究也逐漸被各國提上日程。本文收錄了一些關(guān)于智能化船舶的發(fā)展狀況的闡述以及智能化船舶對未來航運影響的分析，希望對相關(guān)工作者在以后的研究中能夠提供幫助。關(guān)鍵詞：船舶；智能化；海運

ThedevelopmentofintelligentshipsanditsimpactonthefutureshippingindustryAbstract:Intheglobaltrade,shippingplaysaleadingrole,manybulkcommoditiessuchasoil,naturalgas,steel,coal,aconsiderablepartoftheneedtobetransportedbysea.Fromthebeginningof2020totoday,theCOVID-19epidemichasswepttheworld,whichhasnotonlyimpactedtheglobaleconomy,butalsobroughtdifficultiestoournormallife.Withitslargetransportationvolumeandlowtransportationcost,seashippingplaysakeyroleintherecoveryoftheglobaleconomy.Shipbuildingindustryiscloselyrelatedtotheshippingindustryandisinseparable.Theriseandfalloftheshipbuildingindustryalsoaffectsthedevelopmentoftheshippingindustry.Duetotheimpactoftheepidemic,theoperatingcostsofshippingareincreasing.Howtobuildbettereconomically,moresafeandstableshipshasbecomeatopicofdiscussionintheglobalshipbuildingindustry.Intelligentshipshavebecomethegeneraltrendoffuturemaritimedevelopment,andtheresearchofintelligentshipshasbeengraduallyputontheagendaofvariouscountries.Thispaperincludessomeexplanationsonthedevelopmentofintelligentshipsandtheanalysisoftheimpactofintelligentshipsonthefutureshipping,hopingtoprovidehelptorelevantworkersinthefutureresearch.Keywords:ship;intelligence;seatransportation

1緒論1.1選題背景當今的時代大背景，是信息化的時代?？萍荚陲w速發(fā)展的同時，也不斷滲透到我們的生活中，“智能”這個逐漸廣為人知的詞匯，也慢慢變成我們周圍各個事物的新標簽。小到智能手機、智能電視、智能手表，大到汽車、飛機、輪船、火箭，都伴隨著科技的飛速發(fā)展變得越來越“智能”。從2020年初到今天，新冠疫情席卷全球，沖擊全球經(jīng)濟的同時也給正常的國際貿(mào)易帶來困境。而在國際貿(mào)易中，海運承擔著主導地位，很多大宗商品例如石油、天然氣、鋼鐵、煤炭，都需要通過海運來完成運輸。海運也憑借其運輸量大、運輸成本低的特點，對全球經(jīng)濟的復蘇起到非常關(guān)鍵的作用。同時，海運業(yè)自身也正在快速發(fā)展，讓船舶更加智能，操作更加便捷，航行更加安全，對環(huán)境更加友好，也是未來的大趨勢。世界各國的造船業(yè)和航運業(yè)對智能化船舶的發(fā)展予以了相當?shù)闹匾?，我國智能化船舶的發(fā)展也正在穩(wěn)步進行，但雖然我國的智能化船舶在船舶類型和制造標準規(guī)范等方面基本達到了國際先進水平，但想要在船舶制造業(yè)實現(xiàn)彎道超車，制造出世界一流的智能化船舶并成為行業(yè)領(lǐng)跑者，我們?nèi)耘f需要針對智能化船舶的技術(shù)創(chuàng)新和其市場化發(fā)展等問題繼續(xù)探索最佳的解決方案。1.2研究目的及意義我國造船業(yè)在全球市場的份額一直處于領(lǐng)先地位，造船完工量、新接訂單量和手持訂單量多年保持全球第一。在激烈的全球市場的競爭中能交出這樣一份答卷似乎是一個不錯的成績。但是全球最多的訂單量換來的卻是最低的整體利潤率，技術(shù)實力低，即便產(chǎn)出很高，利潤卻沒有多少。近幾年我國航母一艘接一艘下水，深水潛艇和潛水器的制造水平也在全球領(lǐng)先，但術(shù)業(yè)有專攻，雖然我國在軍用船舶上后發(fā)制人，以大國重器立足世界，但在民用商用船舶上，制造技術(shù)的確還沒有精進。事實上，我國船舶制造業(yè)訂單量雖然是世界第一，但里面大部分訂單都是散貨船，卻沒有多少訂單是專用技術(shù)船只。在船舶制造行業(yè)里，一艘高價值的商用船和一艘普通的散貨船，單個利潤差距可以說是天壤之別。我國工信部副部長辛國斌同志也指出：中國船舶工業(yè)大而不強的狀況并沒有明顯改變。這也提醒了我們，我們不能只著眼于造船數(shù)量的多少，更要注重發(fā)展具備新技術(shù)、更加安全、更加智能的新型船舶，在提升市場占有率的同時更進一步提升品牌競爭力。尤其是一些大型集裝箱船，還有像LNG船(液化天然氣船)這樣制造難度大、高度自動化的船舶，我們?nèi)匀恍枰度氪罅烤Φ狡溲邪l(fā)與制造中去。我們可以試想，如果所有在我們浩瀚的海洋中航行的船只都可以自動導航、自主繪制航線、獨立思考，而不需要任何人為的投入，那會怎么樣呢？當下只有掌握了核心技術(shù)和制作工藝，制造出具備更高技術(shù)、更加智能化的船舶，才能在未來的造船市場中擁有話語權(quán)，才能拓寬在全球造船業(yè)的市場，在將來激烈的國際競爭中站穩(wěn)腳步。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)智能化船舶發(fā)展狀況自2014年起，我國已廣泛開展了智能化船舶的研發(fā)工作，中國船舶工業(yè)集團自主研發(fā)的智能化船舶就是其中的代表。2017年12月，“大智”號正式交付使用，這也讓它成為世界首艘通過船級社認證的智能化船舶，“大智”號也獲得了英國勞氏及中國船級社頒發(fā)的智能化船符號?！按笾恰碧柍休d了我國自研的智能航行系統(tǒng)、船舶智能運行與維護系統(tǒng)以及船舶智能集成信息平臺，同時也具備自主學習能力，船舶的管理和操作也因此獲得有力支持。2018年11月，智能超大型礦砂船(VLOC)“明遠”號正式交付使用。明遠號的交付，標志著中國智能化船舶進入了一個全新的時代?！懊鬟h號”上有7個貨艙和1個液化天然氣艙，其載貨量可以達到40萬噸。如果按照每節(jié)火車車廂能夠運輸60-70噸的礦石計算，明遠號的運量就相當于6600多節(jié)火車皮。在航行速度、操縱性、耐波性及節(jié)能性方面較上一代礦砂船都有很大提升?！懊鬟h號”獲得了中國船級社(CCS)和挪威船級社(DNVGL)的雙重認證，同時也是挪威船級社認證的世界首艘智能化船舶。2019年5月，我國自主研制的“荷花”號13500標箱集裝箱船正式交付運營?！昂苫ㄌ枴鄙蟿?chuàng)建了船岸一體的岸基條件，通過基于大數(shù)據(jù)分析的云數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)船岸信息對接及協(xié)同智能應(yīng)用，這也滿足了船公司對于船舶在航行、設(shè)備維保和能效管理等方面的遠程管理控制需求。從“大智”號、“明遠”號到“荷花”號，我們不難發(fā)現(xiàn)我國不僅智能化船型的種類在不斷增加，而且在全球三大主要船型(油輪、散貨船、集裝箱船)上都得到了全面的發(fā)展。并且由船舶制造的智能化向船舶使用者的智能應(yīng)用方向轉(zhuǎn)變，根據(jù)不同的船型和船東的不同需求，進行定制化設(shè)計，讓智能化船舶具備更好的推廣應(yīng)用前景。1.3.2國外智能化船舶發(fā)展狀況歐盟由超過37000公里的水路網(wǎng)絡(luò)相互連接，其內(nèi)河水路運輸共享模式具備巨大的潛力與可能性。然而，由于內(nèi)河水路運輸在經(jīng)濟效益上的競爭力不足，歐洲水路交通運輸網(wǎng)絡(luò)利用率有待進一步提升，而智能化船舶恰恰是解決這一問題的關(guān)鍵。上世紀七十年代開始，東亞地區(qū)的經(jīng)濟漸漸崛起，國際造船業(yè)的主要市場由西方逐漸向東方靠攏。歐洲造船業(yè)歷史悠久，造船技術(shù)積累豐富，在對市場的研究和信息的掌握上也有諸多優(yōu)勢，眾多歐洲船廠開始主攻具備高新技術(shù)且具有高附加值的高端船舶的建造。這樣生產(chǎn)出來的船舶，除了運用新技術(shù)和新工藝外，構(gòu)造也更加復雜，在航行時的穩(wěn)定性和安全性也大大提升。2000年1月，歐盟開展了ATOMOSIV項目(優(yōu)化船舶運行安全性的技術(shù)——智能化船舶)，該項目的目標是把當下最尖端的計算機與控制技術(shù)應(yīng)用于歐洲的船舶中。由于船舶的更新?lián)Q代速度較慢，服役的周期較長，因此老舊船舶上的計算機和控制系統(tǒng)較為過時。該項目的主要方法是將舊船翻新，把最先進的控制系統(tǒng)安裝到老舊船舶上，同時引入以人為中心的管理系統(tǒng)，以便更好地獲得船舶航行信息。在對試驗船舶進行改造后進行了海上試驗，進一步驗證了其安全性和可靠性。2012年，德國，挪威和瑞典的多家研究機構(gòu)共同發(fā)起的“MUNIN”(基于智能化網(wǎng)絡(luò)的海洋無人航行)項目，研究對象是無人散貨船。近幾年來，隨著科技的發(fā)展，歐洲的各船級社、造船廠和其相關(guān)配套的企業(yè)也在政府的支持下大力推動智能化船舶的研發(fā)和應(yīng)用。綜上所述，歐洲國家對智能化船舶的研究主要圍繞自主航行技術(shù)和遠程控制技術(shù)兩個方面展開。韓國的造船業(yè)比較集中，有全球最大的造船帶，并且造船相關(guān)的配套企業(yè)及研究機構(gòu)較為完備，擁有巨大的集群配合優(yōu)勢。前文中提到了LNG船，世界公認最具制造難度的船舶依次是LNG船、航空母艦、豪華郵輪，LNG船也被稱為“海上超級冷凍車”，其要求在-162攝氏度低溫下運輸液化天然氣，而韓國造船業(yè)的強項就是建造LNG船。韓國船企也致力于智能化船舶的研發(fā)以引領(lǐng)全球市場。在韓國智能化船舶研究領(lǐng)域，韓國的現(xiàn)代重工走在行業(yè)最前沿，2015年，現(xiàn)代重工與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)企業(yè)埃森哲開展合作，共同設(shè)計出“智能互聯(lián)船舶”，通過數(shù)字技術(shù)為船舶運營商提供更好的管理，節(jié)約運營成本。2020年4月，韓國現(xiàn)代重工與韓國科學技術(shù)院(KAIST)共同開發(fā)了“現(xiàn)代智能導航輔助系統(tǒng)”(HiNAS)。該系統(tǒng)是基于人工智能(AI)技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)(AR)提升船舶的避碰能力，使船舶的安全性大大提高。韓國的一些造船企業(yè)也致力于在船舶制造方面向智能化轉(zhuǎn)型。2021年10月，三星重工巨濟造船廠的船舶建造工序向自動化、無人化作業(yè)轉(zhuǎn)型。2022年5月9日，大宇造船公司自主開發(fā)的智能化船舶技術(shù)“LNG船液貨艙環(huán)境監(jiān)測及遠程控制系統(tǒng)”已成功應(yīng)用于實船。該系統(tǒng)可以對LNG船液貨艙的溫度和濕度實施遠程監(jiān)控。大宇造船此次應(yīng)用于實船的系統(tǒng)特點是，在液貨艙內(nèi)設(shè)置能夠感知溫度、濕度、露點的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)傳感器和通信設(shè)備，通過電腦和手機獲取液貨艙的實時狀況。工作人員可以簡便地實時確認液貨艙的數(shù)據(jù)，進行遠程檢查并調(diào)節(jié)溫度和濕度。近年來，韓國一直保持對智能化船舶的研究，其部分技術(shù)已成為國際標準的典范，綜合分析發(fā)現(xiàn)，韓國的智能化船舶研究主要圍繞岸基資源利用和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)牽引展開。1.3.3文獻綜述韓澤旭通過對智能化船舶的發(fā)展進行研究分析，在《智能化船舶的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢》中詳細介紹了各國智能化船舶的研究發(fā)展狀況。劉佳銘，李赫也在《船舶智能化研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》中介紹了智能化船舶的研究現(xiàn)狀和核心技術(shù)，這對于智能化船舶的認識提供了思考。綜合國內(nèi)外的智能化船舶發(fā)展的參考文獻，可以明確，智能化船舶無論是從經(jīng)濟性、安全性還是環(huán)保性都優(yōu)于傳統(tǒng)船舶，在未來智能化船舶也將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)船舶成為世界航運的主力軍。所以，對于智能化船舶的發(fā)展和對未來航運業(yè)的影響，也需要特別關(guān)注。1.4研究內(nèi)容和研究方法1.4.1研究的主要內(nèi)容第一章主要闡述了智能化船舶的研究背景，智能化船舶的研究目的及意義，智能化船舶的國內(nèi)外發(fā)展狀況。第二章主要闡述了智能化船舶的概念和功能。第三章主要闡述了智能化船舶的主要技術(shù)。第四章主要闡述了智能化船舶航行的相關(guān)標準及規(guī)范第五章主要闡述智能化船舶對未來航運業(yè)的影響。第六章是本文的總結(jié)與展望。1.4.2研究的主要方法本文通過對智能化船舶發(fā)展的研究和智能化船舶對未來航運影響的分析，主要通過4個方法進行研究，分別是文獻分析法、比較分析法、內(nèi)容分析法、描述性研究法。(1)文獻分析法：通過搜集和自己課題相關(guān)的文獻資料進行分析，確定課題的性質(zhì)，并從中得到自己的觀點和研究方法。本文借助了學校圖書館的大量相關(guān)書籍，搜集了大量網(wǎng)絡(luò)上豐富的學術(shù)期刊及碩士論文，通過這些搜集和整理，明確了智能化船舶相較傳統(tǒng)船舶的優(yōu)勢。(2)比較分析法：本文通過將智能化船舶與傳統(tǒng)船舶相比較，了解了二者各自的優(yōu)缺點，明確了智能化船舶運用的新技術(shù)和對航運的影響，從而引出主題。(3)內(nèi)容分析法：指對傳播內(nèi)容的信息和變化進行分析，由表及里，由淺至深，層層遞進的一個過程。本文的核心是對智能化船舶的發(fā)展狀況進行梳理總結(jié)，同時對智能化船舶對未來航運的影響進行深入分析。(4)描述性研究法：將關(guān)于智能化船舶的目前已有的一些理論通過自己的理解，給予陳述并解釋出來，定向的提出目前智能化船舶領(lǐng)域存在的問題，揭示出目前智能化船舶的短板和不足，介紹和陳述智能化船舶對航運業(yè)的作用和對未來航運的影響。2智能化船舶簡介2.1智能化船舶概念在智能化船舶中，利用了可以增強避碰能力的傳感器，更加先進的通訊手段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。智能化船舶可以自動感知船舶周圍的海況、附近海上的風力、海面的風浪大小，可以預(yù)測航線上的天氣狀況以便及時做出反應(yīng)。智能化船舶還可以對船內(nèi)設(shè)備進行實時監(jiān)控，及時反饋設(shè)備的故障問題，保障設(shè)備安全穩(wěn)定的運行?？梢詫⑽锪骱透劭诘确矫娴男畔⑼ㄟ^計算機、自動控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)進行處理和分析，使最終得到的數(shù)據(jù)更加詳細準確。2.2智能化船舶主要技術(shù)2.2.1信息感知技術(shù)基于智能化船舶上的傳感設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)，智能化船舶可以自動感知周圍的環(huán)境，對航線上的各種信息收集和分析，保障船舶的穩(wěn)定和安全運行。具體采集的信息為船舶自身信息和周邊信息，例如船舶位置、航速等狀態(tài)信息、機艙設(shè)備信息、周圍障礙物和天氣信息等，各種記錄儀、風速風向傳感器、雷達、攝像機等采集設(shè)備負責信息感知，通過針對性地分類和整理，消除掉冗余數(shù)據(jù)對判斷帶來的負面影響。船舶感知信息大致分為兩種，即船舶自身的狀態(tài)信息和周圍環(huán)境的信息，如下圖所示。表3.1船舶感知信息船舶感知信息具體信息船舶本身的機艙駕駛室貨艙內(nèi)所有位置狀態(tài)信息障礙物航向設(shè)施速度周圍環(huán)境信息航行位置天氣水深視頻監(jiān)控航行方向水流速度聲音監(jiān)控目標位置2.2.2通信導航技術(shù)古代人在海上航行依靠司南和星象來判斷方向，而在當今的信息化時代，通信導航技術(shù)在船舶上有著不可或缺的作用。該技術(shù)可以對船舶進行定位，使船舶不會偏離航線。也可以對航行路徑進行分析計算，確定合適的航線。通信導航技術(shù)也可以實現(xiàn)船-岸-船之間的信息互通，通過無線電技術(shù)和衛(wèi)星導航技術(shù)向船舶提供航行支持，使船舶在復雜航行環(huán)境下也可以暢通無阻。而在非航行系統(tǒng)中，通信導航技術(shù)還可以實現(xiàn)信息傳遞的作用，比如在智能能源效率管理模塊中，通信導航技術(shù)可以將能源消耗、航速和縱傾角等多個方面的信息匯總后傳輸?shù)娇刂浦行摹?.2.3航線規(guī)劃技術(shù)航線規(guī)劃技術(shù)是船舶通過獲取航道信息、航道的船舶密度信息、船公司的船期信息、航道的水流分布等信息，智能分析后實時地完成船舶對航道內(nèi)的位置和航道的選擇，從而優(yōu)化航行路線，最終達到安全、高效、綠色環(huán)保的目的。在此基礎(chǔ)上，提供了多種航行規(guī)劃的方法，目前比較常用的方法包括：線性規(guī)劃法、遺傳算法、混合整數(shù)規(guī)劃模型、模擬退火算法和粒子群優(yōu)化算法。[8]航線規(guī)劃技術(shù)對智能化船舶的主要作用是對智能導航模塊的航路進行設(shè)計與優(yōu)化，通過航線規(guī)劃、航線監(jiān)控、自動避碰等功能，使船舶在海上的運輸更為安全高效，縮短航程的同時也減少了燃油消耗，經(jīng)濟性和環(huán)保性也得到提高。2.2.4故障診斷技術(shù)故障診斷技術(shù)是指在船舶機械設(shè)備運行時或基本不拆卸的條件下，通過獲取被診斷設(shè)備的運行情況，對被診斷設(shè)備檢測并獲取有用的信息，再對這些信息進行整合分析和處理，從而判斷出被診斷設(shè)備的狀態(tài)是否正?；蚴欠翊嬖诠收?，再對可能出現(xiàn)故障的位置或零部件進行判斷，并智能分析出現(xiàn)故障的原因，預(yù)測其發(fā)展趨勢，從而提前布控和維修保養(yǎng)。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)主要應(yīng)用于智能化船體和智能機艙兩大模塊。2.2.5遇險預(yù)警救助技術(shù)水上交通事故經(jīng)常發(fā)生，特別是碰撞、擱淺等，一旦發(fā)生事故，給船舶經(jīng)營者帶來巨大經(jīng)濟損失的同時船內(nèi)人員的生命也遭受很大威脅。不管是在海上航行的船舶海上內(nèi)河船舶，碰撞事故是水上交通事故最普遍的一種，也占據(jù)了全部水上交通事故的很大比例。船舶遇險預(yù)警和救援技術(shù)是一種非常有效的應(yīng)對海上交通事故的方法，降低事故發(fā)生率的同時也大大降低了事故損失，有力的保障了船上人員的生命安全。2.2.6安全駕駛智能輔助安全駕駛智能輔助系統(tǒng)可以輔助駕駛員更好地感知船舶自身狀態(tài)以及了解周圍航行態(tài)勢,規(guī)避駕駛員視野受限以及駕駛員的感知不足,補充駕駛員感知和判斷能力的不足,防止船舶發(fā)生碰撞等事故。此系統(tǒng)可以實現(xiàn)全天候的對水上航行環(huán)境感知并進行三維動態(tài)展示,在夜間航行和大霧天氣的時候也可以輔助航行,同時對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的所有船舶進行數(shù)字化動態(tài)實時顯示,包括航速、航向和航跡等。當預(yù)測到有碰撞風險時,會進行智能分析并采用聲光電預(yù)警,智能避碰。但需要強調(diào)的是,該類系統(tǒng)目前還只能作為智能輔助系統(tǒng),提供駕駛環(huán)境感知和形勢分析預(yù)判,為駕駛?cè)颂峁﹨⒖?目前來說并不能完全替代船舶駕駛?cè)说墓δ芎吐氊煛５S著科技發(fā)展和技術(shù)的完善,相信在不久的將來會實現(xiàn)不需要人為干預(yù)的完全自動駕駛。3智能化船舶航行的相關(guān)標準及規(guī)范3.1智能化船舶航行標準需求分析目前，各船級社發(fā)布了部分關(guān)于智能化船舶的規(guī)范，詳細定義船舶了獲得入級符號的要求。例如DNVGL的SmartShip，ABS的AutonomousShipping，該規(guī)范主要適用于申請CCS智能化船舶附加標志的船舶。根據(jù)中國船級社的智能化船舶規(guī)范，總結(jié)了如下幾條航運業(yè)對智能化船舶航行的需求：(1)智能化船舶交付之前應(yīng)滿足船舶智能航行測試技術(shù)要求，測試應(yīng)當包括測試的目的、原則、方法、架構(gòu)和報告格式，通過虛擬仿真法、模型試驗法以及實船測試法三種典型方法進行全方位測試。(2)船舶智能航行測試環(huán)境建設(shè)要求，針對模型測試水池及實船測試場，圍繞選址、設(shè)備系統(tǒng)布設(shè)、風浪流涌等外部環(huán)境模擬、船舶及障礙物模型的制作和布置等提出相應(yīng)技術(shù)要求。(3)智能化船舶測試性能要求，即針對船舶在智能設(shè)備系統(tǒng)的控制下，浮性、穩(wěn)性、快速性、操縱性、耐波性等各類常規(guī)船舶通用評價指標的測試場景設(shè)計以及技術(shù)指標要求(4)智能化船舶測試能效要求，即針對船舶在船舶能效管理系統(tǒng)控制下的能效表現(xiàn)提出測試場景設(shè)計以及技術(shù)指標要求。(5)智能航行典型場景功能測試要求，即針對船舶自主航行、自動靠離泊、自主避碰、遠程遙控等典型智能功能提出的測試場景設(shè)計和技術(shù)指標要求。(6)船舶智能航行測試信息聯(lián)通要求，包括針對船載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備系統(tǒng)之間，以及船舶與各測試模塊之間數(shù)據(jù)接口和傳輸?shù)募夹g(shù)要求，如數(shù)據(jù)傳輸頻率、存儲方式、連接方式、帶寬要求等。3.2智能化船舶航行測試技術(shù)智能是智能化船舶的核心要素，具體體現(xiàn)在自主航行、自主避碰、自動靠離泊等典型應(yīng)用場景下船舶智能設(shè)備系統(tǒng)體現(xiàn)出的環(huán)境態(tài)勢感知、分析決策和操控等功能。圍繞上述四類船舶智能航行測試對象，結(jié)合相關(guān)安全性和經(jīng)濟性考慮，目前國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)開發(fā)和采用了包括虛擬仿真、模型測試和實船測試的船舶智能航行測試驗證體系。其中，虛擬仿真是運用數(shù)字孿生技術(shù)模擬物理環(huán)境，在前期對智能化船舶相關(guān)決策和控制理論、算法和程序進行測試，發(fā)現(xiàn)錯誤和問題、縮短周期、降低成本、提高效率。模型測試是指在智能化船舶設(shè)計建造中期將等比例縮小的船舶模型及障礙物置于測試水池中，在風、浪、流等外部條件作用下進行航行試驗，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并進行調(diào)試，以降低風險、成本和開展實船試驗在組織協(xié)調(diào)方面的難度。實船試驗是船舶智能航行的最終測試階段，承擔船舶可靠性、安全性和各實際場景下所有功能的實際檢驗，是最終獲得認證的必經(jīng)程序。測試與驗證工作貫穿于智能化船舶及相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)的全過程。3.3船舶智能航行測試國際標準梳理目前，針對智能化船舶及其配套設(shè)備的國際標準主要集中在國際標準化組織船舶與海洋技術(shù)委員會“智能航運”工作組(ISO/TC8/WG10)和國際電工委員會海上導航和無線電通信設(shè)備及系統(tǒng)技術(shù)委員會(IEC/TC80)。但標準涉及領(lǐng)域主要覆蓋智能化船舶船載網(wǎng)絡(luò)、通信數(shù)據(jù)、術(shù)語等前沿技術(shù)以及雷達等單體電子通導設(shè)備的性能表現(xiàn)。隨著IMO《自主水面船舶暫行導則》的出臺，近年來智能化船舶測試逐漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點，但各方專門針對智能航行測試制定的標準較少，現(xiàn)有標準也不足以支撐當前技術(shù)和規(guī)則背景下船舶智能航行測試工作的開展。現(xiàn)有船舶智能航行測試領(lǐng)域國際標準梳理如下： (1)IALA-電子航海(e-navigation)測試場的規(guī)劃與信息報告導則。國際航標協(xié)會(IALA)于2016年發(fā)布的《電子航海(e-navigation)測試場的規(guī)劃與信息報告導則》是當前各國開展智能化船舶測試場建設(shè)的重要參考。導則共分為4部分，其中第四章“測試場的規(guī)劃”中針對測試場建設(shè)需要考慮的因素、測試場設(shè)計、船舶智能航行試驗與試驗結(jié)果分析分別提出了原則性要求，第五章和附錄中則分別給出了智能化船舶測試結(jié)果的報告要求及相關(guān)模板。總體上，考慮到該文件發(fā)布時間較早，內(nèi)容較為概括和簡略，距離相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)開展船舶智能航行測試驗證工作的實際需求仍有一定差距。(2)智能化船舶性能測試要求相關(guān)標準。智能化船舶性能測試相關(guān)標準對應(yīng)船舶在智能設(shè)備系統(tǒng)控制下的穩(wěn)性、浮性、快速性等常規(guī)性能，相關(guān)標準主要由國際標準化組織船舶與海洋技術(shù)委員會(ISO/TC8)的船舶設(shè)計委員會制定，值得注意的是，相關(guān)技術(shù)要求在船級社規(guī)范中也有較多體現(xiàn)。與常規(guī)船舶相比，智能化船舶的特性主要體現(xiàn)在其船上電子設(shè)備系統(tǒng)，ISO17894“海事應(yīng)用中的可編程電子系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用”對其做了較為詳盡的規(guī)定。該標準為海事系統(tǒng)中應(yīng)用的電子程序提出了20條開發(fā)原則，包括風險評估、系統(tǒng)冗余度、信息傳輸?shù)募皶r性和準確性等，用以確保相關(guān)電子設(shè)備系統(tǒng)的安全性和可靠性。該標準是依托IEC61508“電氣、電子、可編程電子安全系統(tǒng)的功能安全”標準，結(jié)合海事工業(yè)的特點修訂而來，在船舶智能航行測試中具有重要意義。(3)船舶智能航行測試信息聯(lián)通相關(guān)標準。目前，國際標準化組織針對船載網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)制定了若干標準，但尚無專門針對船舶智能航行測試場的網(wǎng)絡(luò)布設(shè)和數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的標準。針對船載網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸，目前日本通過其國內(nèi)的“智能化船舶應(yīng)用平臺”(SSAP)系列項目，在ISO/TC8/WG10內(nèi)發(fā)布了ISO16425《船舶與海洋技術(shù)船載設(shè)備和系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)布設(shè)指南》、ISO19847《船舶與海洋技術(shù)用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)共享的船舶數(shù)據(jù)服務(wù)器》和ISO19848《船舶與海洋技術(shù)船載機械設(shè)備的標準數(shù)據(jù)》等一系列國際標準。其中，ISO19847對船端數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能要求和性能標準做出了定義；ISO19848對數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)源，包括船載傳感器的識別碼格式、通用數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)格式等給出了要求。這兩項國際標準構(gòu)成了“ShipDC”架構(gòu)下船端數(shù)據(jù)管理和核心，目前在國際上擁有較強影響力。此外，ISO/TC8/WG10內(nèi)目前還在開發(fā)ISO/WD23807《船舶與海洋技術(shù)船岸數(shù)據(jù)通信一般要求》標準。上述標準均將對智能化船舶的技術(shù)研發(fā)和測試驗證工作提供參考。3.4本章小結(jié)隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，國際法規(guī)的不斷完善，給智能化船舶的實船功能試驗帶來新的機會。也為其經(jīng)濟性和可靠性評估、市場推廣提供了新的機會。但目前來說，主要的國際標準化組織還沒有就智能化船舶測試場的建設(shè)、測試的流程及測試要求等制定出具體的標準，只有少數(shù)指南給出了大致的描述性要求，想要開展智化能船舶航行測試目前還存在著一些障礙。近幾年，智能化船舶的測試越來越受到業(yè)內(nèi)的重視，但是針對有關(guān)智能航行試驗的相關(guān)標準還很少，目前的標準還不夠完善，也不足以支撐測試工作的正常開展。4智能化船舶對未來航運業(yè)的影響4.1操作更加簡單，航行安全性大大提高智能化船舶可通過自身的信息感知技術(shù)以及通信導航技術(shù)降低航行中的潛在風險，并可以大大提高航行安全性。就在一年前，一艘貨船在蘇伊士運河航行的途中發(fā)生事故，造成了整個運河的堵塞，給蘇伊士運河管理方造成了嚴重的損失。海上的事故往往就發(fā)生在想運河、港口這樣交通密集的狹窄海域。而智能化船舶對船體自身監(jiān)控比傳統(tǒng)船舶更加嚴密，同其他船舶的通信和信息感知方面也有著更高的要求。在遇到復雜海況或者在交通密集海域航行時，智能化船舶憑借自身強大的信息感知和智能數(shù)據(jù)分析，使其能夠安全的各種復雜水域航行，而傳統(tǒng)船舶主要是通過AIS、聲納、UHF通信等手段完成。近年來，航運業(yè)發(fā)展迅速，但船舶的營運周期長，各種船上綜合系統(tǒng)不斷整合應(yīng)用。一些老舊船舶的通訊手段已經(jīng)不能滿足日益增長的通訊需求。近年來5G技術(shù)的發(fā)展將通訊水平提升到一個新的高度，其高速率、低時延和大連接的特點對于艦載通訊設(shè)備是一個巨大的提升。智能化船舶利用到新的技術(shù)科技，不僅會有更大的通信帶寬，其傳輸?shù)男盘栆灿懈鼜姷目垢蓴_能力，通訊方式也會變得更加便捷。智能化船舶可以通過整合和分析周邊的復雜環(huán)境信息，為船員提供良好的環(huán)境知覺，從而實現(xiàn)船舶操作的簡單、安全、穩(wěn)定和高效。4.2提高能源效率智能化船舶的能效管理控制技術(shù)可以大幅提高能源效率，節(jié)約運營成本的同時也使船舶更加環(huán)保。隨著經(jīng)濟增長，可持續(xù)發(fā)展的理念已成為各行業(yè)的共識。這對于承擔80%貨物運輸?shù)暮竭\業(yè)也有著至關(guān)重要的影響。船舶的節(jié)能問題一直是各國造船界和航運界共同研究的重要課題，如何通過數(shù)字化賦能實現(xiàn)節(jié)能減排、提效增值，也成為各個航運企業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。雖然近幾年有一些新型能源和混合能源的船舶出現(xiàn)，但燃油船仍然占據(jù)航運業(yè)的主導地位。每艘在海上航行的船舶每天都要消耗大量的燃油，如果可以提高燃油效率，不僅可以節(jié)約大量的燃料資源、節(jié)約運輸成本，還將對全球的環(huán)境保護做出重要貢獻。相較傳統(tǒng)船舶，智能化船舶通過對船上的動力系統(tǒng)進行節(jié)能技術(shù)改造，不僅可以節(jié)約航行的燃料、減少船舶的運輸成本，企業(yè)的利潤率也得以提高。智能化船舶降低了對環(huán)境的污染，實現(xiàn)經(jīng)濟性和環(huán)保性的雙重收益。4.3提升運營效率智能化船船舶通過航線規(guī)劃技術(shù)對航線進行合理規(guī)劃，節(jié)約航行成本，提高運營效率。在早期的航路設(shè)計中，船舶駕駛者的主觀意識占很大一部分。海員的航行經(jīng)驗和對工作的態(tài)度也會直接影響到路線的判斷。后來，電子海圖(CECDIS)等現(xiàn)代綜合導航技術(shù)應(yīng)用到船舶上，船舶的航路設(shè)計大多采用ECDIS進行規(guī)劃，但在設(shè)計過程中依然存在一些主觀因素，航線設(shè)計人員難以借鑒其他有豐富經(jīng)驗設(shè)計人員的成果。航線的自動規(guī)劃是當前電子海圖中的一個重要內(nèi)容，利用智能化的信息處理技術(shù)進行航線規(guī)劃，可以使航線的設(shè)計更加合理，減少人為因素的干擾，大幅提高航線的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。4.4預(yù)防風險，節(jié)約成本智能化船舶的狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷技術(shù)具有防范潛在危險、節(jié)省維護費用等優(yōu)點。目前，傳統(tǒng)船舶設(shè)備的維修方法是以預(yù)防為主，而大型檢修則是采取定期的維護和保養(yǎng)。定期的進行大規(guī)模安全檢查固然可以為船舶安全提供保障，但是不可避免地會造成額外的經(jīng)濟損失，高維修成本也對船舶運營者帶去較大的壓力。相較傳統(tǒng)船舶的管理模式，智能化船舶的智能狀況監(jiān)測通過對船舶狀況的檢測與評估，可以為船舶經(jīng)營者進行提供客觀參考。船舶的狀態(tài)也能夠?qū)崟r監(jiān)控，同時為船員提供可靠的故障信息和依據(jù)，從而快速準確的判斷故障源并精確的修復故障，節(jié)約時間的同時也節(jié)約了維修成本。以最小的維護成本獲得最大的經(jīng)濟效益，從而提升船舶經(jīng)營公司的市場競爭力。4.5提升應(yīng)急能力，增加安全保障智能化船舶的遇險預(yù)警救助技術(shù)可以對風險進行快速響應(yīng)，大大提高船舶應(yīng)急能力，保障船舶人員安全。近幾年，水上交通事故時有發(fā)生，不同于陸地交通事故，在水上一旦遇險，危害程度大，財產(chǎn)損失高，救援難度大，對船員安全的威脅性大。2021年1月3日，巴拿馬籍散貨船“DLACACIA”輪自東莞沙角電廠空載駛往印尼三馬林達港載貨途中，在中國南海海域與正在拖網(wǎng)作業(yè)的“桂欽漁20216”漁船發(fā)生碰撞，導致漁船沉沒，船上8人落水，其中1人獲救，1人死亡、6人失蹤，構(gòu)成較大等級水上交通事故。那么，如果可以提高預(yù)警能力，對險情快速響應(yīng)，就可以減少很多損失。智能化船舶的智能遇險預(yù)警救助技術(shù)可以快速高效的對遇險目標進行定位，水上搜救的效率得以提高，事故后果的嚴重性被大大降低，船員的安全得以更好地保障。4.6推動行業(yè)變革智能化船舶自主航行的最終目標是實現(xiàn)無人航運，推動行業(yè)變革。船舶的智能化將給傳統(tǒng)航運帶來新的活力。智能化船舶通過自動航行技術(shù)，可以減少船舶上的配員，從而節(jié)省船上空間，船舶的建造成本和運營成本降低，載貨能力得到提升，船舶的經(jīng)濟性也得以提高。在航行安全方面，在無人化航運中，船舶將由岸上的工作人員進行遠程操控，操作環(huán)境更佳的同時，也可以減少人為因素對船舶航行安全的不良影響。5總結(jié)與展望5.1總結(jié)近幾年，世界各國對智能化船舶的需求與日俱增，紛紛將大量的資金投入智能化船舶的研究中去。不同國家的發(fā)展重點也不盡相同，歐洲的研究重點是無人航行和遠程控制，并寄希望在智能化船舶領(lǐng)域重鑄歐洲造船業(yè)的榮光；韓國的造船企業(yè)充分發(fā)揮其產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢，廣泛開展智能化船舶相關(guān)公司和企業(yè)的合作交流，同時致力于在未來研究出無人化的LNG船；日本將智能化船舶的研究重點放在新興技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的融合中，同時重視智能化船舶的標準建設(shè)，致力于實現(xiàn)標準化和科研的共同前進；我國對智能化船舶的研究主要圍繞頂層設(shè)計和相關(guān)的研究開展。當前，智能化船舶的發(fā)展正處在階段變化的轉(zhuǎn)折點，如何度過這個智能化船舶發(fā)展的關(guān)鍵時期，對于我們來說，是機遇也是挑戰(zhàn)。雖然我國對智能化船舶的研究總體處于世界領(lǐng)先水平，但我們?nèi)孕柙谕苿咏⒔∪悄芑暗南嚓P(guān)法規(guī)和規(guī)范方面繼續(xù)努力，廣泛的開