交通運(yùn)輸工程學(xué)（第3版）課件 第十篇第4章-新一代航運(yùn)系統(tǒng)

教育部戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域“十四五”高等教育教材第十篇交通運(yùn)輸工程科技前沿與未來發(fā)展

第四章水路交通新一代航運(yùn)系統(tǒng)Contents第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵第二節(jié)綠色智能船舶第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施第四節(jié)可靠岸基支持第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)Contents第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵第二節(jié)綠色智能船舶第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施第四節(jié)可靠岸基支持第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵新一代航運(yùn)系統(tǒng)的特征系統(tǒng)特征新一代航運(yùn)系統(tǒng)的架構(gòu)

第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵新一代航運(yùn)系統(tǒng)(NewGenerationofWaterborneTransportationSystem，NEW-WTS)是利用高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)航運(yùn)系統(tǒng)“船-港-貨，人-機(jī)-環(huán)”要素融會(huì)貫通、自洽共享，運(yùn)輸船舶組織運(yùn)營(yíng)呈現(xiàn)“岸基駕控為主、船端值守為輔”的新型水路運(yùn)輸系統(tǒng)，由綠色智能船舶、數(shù)字生態(tài)設(shè)施、可靠岸基支持、韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)組成，以信息物理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)體系。船舶、港口、航道和客貨等單元物理分散但信息互聯(lián)共享，顯著提升運(yùn)輸服務(wù)的綠色、安全、智能和便捷水平。嚴(yán)新平,李晨,劉佳侖等.新一代航運(yùn)系統(tǒng)體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2021,21(05):22-29+76.1.新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵綠色化韌性化智能化人員航運(yùn)系統(tǒng)航道（港口）船舶新一代航運(yùn)系統(tǒng)將呈現(xiàn)綠色化、智能化、韌性化的特征，由單一、復(fù)合、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)到復(fù)雜集成、立體互聯(lián)、時(shí)空疊加的載運(yùn)工具智能化、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、能源動(dòng)力綠色化、港口樞紐一體化、監(jiān)管運(yùn)營(yíng)網(wǎng)聯(lián)化。2.新一代航運(yùn)系統(tǒng)的特征第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵航運(yùn)裝備設(shè)施綠色化、輕量化且高效環(huán)保，減少有害材料的使用，提升材料使役服役性能的同時(shí)延長(zhǎng)生命周期，動(dòng)力型式以多能源協(xié)同利用為主，溫室氣體等大氣污染物的排放控制能力增強(qiáng)。純電池動(dòng)力、燃料電池和太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能等可再生能源在船舶與港口得以推廣應(yīng)用，綠色服務(wù)區(qū)與岸電配套設(shè)施實(shí)現(xiàn)全覆蓋，交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)與能源網(wǎng)融合發(fā)展。3.系統(tǒng)特征—綠色化概述第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵通過構(gòu)建數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)體系，增強(qiáng)水路運(yùn)輸組織運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用水平，信息互聯(lián)、系統(tǒng)共建。航運(yùn)要素單元、功能系統(tǒng)和架構(gòu)系統(tǒng)具備全息感知、協(xié)同認(rèn)知、智能決策、自動(dòng)控制、人機(jī)協(xié)同交互能力，在岸基駕控中心實(shí)時(shí)對(duì)在航運(yùn)營(yíng)船舶進(jìn)行監(jiān)管、控制和駕駛權(quán)切換響應(yīng)，功能/架構(gòu)系統(tǒng)高度集成，數(shù)據(jù)信息充分共享，設(shè)備設(shè)施協(xié)同聯(lián)動(dòng)，技術(shù)業(yè)務(wù)深度融合。3.系統(tǒng)特征—智能化概述第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵“船-港-貨、人-機(jī)-環(huán)”的運(yùn)行流程趨于銜接暢通、協(xié)同指揮和主動(dòng)適應(yīng)，系統(tǒng)的可持續(xù)性與普適性得以提升，對(duì)于自然環(huán)境、運(yùn)行沖突的應(yīng)變能力增強(qiáng)，事前預(yù)警、事中處置、事后評(píng)價(jià)，保持原有功能和恢復(fù)可達(dá)性，能夠有效緩解貨物匹配和場(chǎng)橋泊位調(diào)度優(yōu)化等問題，提供個(gè)性化、差異化服務(wù)，統(tǒng)籌管理、按需分配，減少資源的閑置和浪費(fèi)。3.系統(tǒng)特征—韌性化概述第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵4.新一代航運(yùn)系統(tǒng)的架構(gòu)第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵114.新一代航運(yùn)系統(tǒng)的架構(gòu)第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵Contents第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵第二節(jié)綠色智能船舶第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施第四節(jié)可靠岸基支持第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)第二節(jié)綠色智能船舶綠色智能船舶概述船舶綠色化關(guān)鍵技術(shù)船舶智能化關(guān)鍵技術(shù)乘客與貨物承運(yùn)的主要載體，包括：常規(guī)船舶、增強(qiáng)駕駛船舶、輔助駕駛船舶、遠(yuǎn)程駕駛船舶，以及自主航行船舶，由航行腦系統(tǒng)、綠色動(dòng)力系統(tǒng)、船用機(jī)電設(shè)備、通信導(dǎo)航單元、船舶健康運(yùn)維共同組成。輔助駕駛船舶自主航行船舶遠(yuǎn)程駕駛船舶新能源動(dòng)力裝備無軸輪緣推進(jìn)器綠色動(dòng)力供給混合動(dòng)力船舶故障診斷運(yùn)維第二節(jié)綠色智能船舶1.綠色智能船舶概述全球性的能源危機(jī)，新能源的開發(fā)和利用，是人類社會(huì)進(jìn)程中需要面對(duì)和解決的重要問題之一。智能船舶上如何應(yīng)用清潔能源代替老式能源，同樣是未來船舶發(fā)展的首要課題和必然趨勢(shì)。武漢理工大學(xué)挪威Brunvoll公司英國(guó)Rolls-Royce公司德國(guó)Voith公司第二節(jié)綠色智能船舶2.船舶綠色化關(guān)鍵技術(shù)自主航行運(yùn)營(yíng)的智能船舶航行腦系統(tǒng)高適應(yīng)性、互用性的綠色自主船舶，可由遠(yuǎn)程架控中心操控船舶具備精確的考慮全生命周期的維護(hù)測(cè)試，感知辨識(shí)，運(yùn)營(yíng)監(jiān)管能力航行腦系統(tǒng)第二節(jié)綠色智能船舶3.船舶智能化關(guān)鍵技術(shù)Contents第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵第二節(jié)綠色智能船舶第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施第四節(jié)可靠岸基支持第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施數(shù)字生態(tài)設(shè)施概述基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)化基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化數(shù)字化

實(shí)現(xiàn)船舶時(shí)空位移的通道鏈路與重要節(jié)點(diǎn)，包括：數(shù)字生態(tài)航道、智慧綠色港口和信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)3個(gè)方面，具體為電子航道圖、全息助航設(shè)施、數(shù)傳通信網(wǎng)絡(luò)與港口自動(dòng)化裝備。第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施1.數(shù)字生態(tài)設(shè)施概述港城聯(lián)動(dòng)治理：加強(qiáng)污染防治，生態(tài)景觀建設(shè)，創(chuàng)新運(yùn)輸方式、提升管理能力；循環(huán)利用資源：海上風(fēng)電場(chǎng)、移動(dòng)式與固定式資源采集平臺(tái)建設(shè)；航道生態(tài)建養(yǎng)：航道規(guī)劃運(yùn)維，智能養(yǎng)護(hù)與污染防治技術(shù)，建設(shè)綠色航道；第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施2.基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)化網(wǎng)聯(lián)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化

全局運(yùn)輸感知

數(shù)字航道建設(shè)

航道生態(tài)建養(yǎng)

遠(yuǎn)程監(jiān)管與控制

樞紐自動(dòng)化作業(yè)

智能調(diào)度與互操作網(wǎng)聯(lián)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化

多功能航標(biāo)

通航環(huán)境感知

提供助航服務(wù)

數(shù)字航道建設(shè)

空天通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

多源信息融合技術(shù)第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施3.基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)聯(lián)化數(shù)字化Contents第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵第二節(jié)綠色智能船舶第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施第四節(jié)可靠岸基支持第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)第四節(jié)可靠岸基支持可靠岸基支持概述岸基數(shù)據(jù)集成與監(jiān)控岸基遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化控制可靠岸基支持:運(yùn)輸船舶的協(xié)同指揮平臺(tái)和新一代航運(yùn)系統(tǒng)的指令發(fā)布終端，完成在航船舶的駕控，對(duì)航運(yùn)全過程進(jìn)行監(jiān)管，在緊急情況下介入操作，船東和海事監(jiān)管機(jī)構(gòu)可在移動(dòng)終端或第三方平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和獲取信息，由綜合集控中心、岸基通訊設(shè)施、遠(yuǎn)程駕控系統(tǒng)和移動(dòng)服務(wù)終端等組成。第四節(jié)可靠岸基支持1.可靠岸基支持概述運(yùn)輸船舶的協(xié)同指揮平臺(tái)和新一代航運(yùn)系統(tǒng)的指令發(fā)布終端，完成在航船舶的駕控，對(duì)航運(yùn)全過程進(jìn)行監(jiān)管，在緊急情況下介入操作，船東和海事監(jiān)管機(jī)構(gòu)可在移動(dòng)終端或第三方平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和獲取信息，由綜合集控中心、岸基通訊設(shè)施、遠(yuǎn)程駕控系統(tǒng)和移動(dòng)服務(wù)終端等組成。第四節(jié)可靠岸基支持2.岸基數(shù)據(jù)集成與監(jiān)控基于面向智能船舶的‘航行腦’系統(tǒng)理念，結(jié)合武漢湯遜湖7米KVLCC2自航平臺(tái)，開展了智能航行運(yùn)動(dòng)控制算法和遠(yuǎn)程駕駛相關(guān)試驗(yàn)研究。通過移動(dòng)終端，2019年初在北京、上海、南京開展了遠(yuǎn)程駕駛武漢船模的試驗(yàn)（距離超過2000公里）；2019年10月聯(lián)合荷蘭海事研究所代爾夫特理工、萊頓大學(xué)開展遠(yuǎn)程駕駛試驗(yàn)（距離超過8500公里）；2020年起承擔(dān)歐盟地平線2020項(xiàng)目計(jì)劃SAFEMODE項(xiàng)目“遠(yuǎn)程駕駛船舶駕控人員測(cè)試與評(píng)價(jià)（OperatorAssessmentofRemote-controlShips）”案例研究。遠(yuǎn)程駕駛船舶測(cè)試場(chǎng)景人因失誤疲勞操作腦電波檢測(cè)實(shí)時(shí)交通流第四節(jié)可靠岸基支持3.岸基遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化控制Contents第一節(jié)新一代航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)涵第二節(jié)綠色智能船舶第三節(jié)數(shù)字生態(tài)設(shè)施第四節(jié)可靠岸基支持第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)概述運(yùn)營(yíng)服務(wù)個(gè)性化運(yùn)營(yíng)服務(wù)智能化韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù):開放、共享、協(xié)同的水路運(yùn)輸管理與服務(wù)系統(tǒng)/平臺(tái)，支持面向具體航行場(chǎng)景、安全管理、物流服務(wù)功能需求的個(gè)性化定制，提供韌性化運(yùn)營(yíng)服務(wù)和交通流量預(yù)測(cè)、航運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、物流組織調(diào)度、水上應(yīng)急救援和船舶運(yùn)行控制等功能。第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)1.韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)概述面向水上交通安全管理的業(yè)務(wù)連續(xù)性建立常態(tài)監(jiān)管、異常干預(yù)和應(yīng)急處置的一體化應(yīng)對(duì)，應(yīng)急救援體系中各類人員能力提升研制智能化訓(xùn)練設(shè)施和評(píng)估、測(cè)試環(huán)境；研究能適應(yīng)空中、水面和水下開展立體救援任務(wù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合和決策支持系統(tǒng)；研制智能水下搜救潛器，使之能有效輔助搜救人員對(duì)水下遇險(xiǎn)目標(biāo)的救援作業(yè)；水上交通常態(tài)監(jiān)管和應(yīng)急處置中多尺度、可視化、信息精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)保障和閉環(huán)控制。第五節(jié)韌性運(yùn)營(yíng)服務(wù)2.運(yùn)營(yíng)服務(wù)個(gè)性化提供智能化的水路交通運(yùn)營(yíng)組織決策，通過航運(yùn)數(shù)據(jù)集成、運(yùn)用與分析，按照區(qū)域、運(yùn)力、可靠性、交通類型、供給需求、貨物周轉(zhuǎn)率、港口吞吐量等指標(biāo)對(duì)運(yùn)載裝備、基礎(chǔ)設(shè)施、交通行為展開跨時(shí)空、全樣本的水路交通數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建