關(guān)鍵詞：智能船舶;主要機(jī)電設(shè)施;技術(shù)應(yīng)用分析

現(xiàn)階段，智能船舶作為船舶工業(yè)未來的主要發(fā)展方向，我國(guó)相關(guān)部門對(duì)其發(fā)展也給予一定的關(guān)注，且CCS也從其智能船舶相關(guān)科技研究成果出發(fā)，發(fā)布了《智能船舶規(guī)范》，針對(duì)我國(guó)和國(guó)際上智能船舶的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)、應(yīng)用等做出全面的分析。在此之后，我國(guó)的智能船舶進(jìn)入了穩(wěn)步的發(fā)展階段中，即便我國(guó)的智能船舶在研發(fā)船舶類型、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面做到了與國(guó)際先進(jìn)水平維持一致，但仍舊需要針對(duì)智能船舶、市場(chǎng)化發(fā)展等問題努力探索解決方案。

1智能船舶概述

以目前船舶工業(yè)和智慧技術(shù)的結(jié)合發(fā)展來看，智能船舶儼然成為各國(guó)工業(yè)發(fā)展重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。以目前的情況看，國(guó)際上的大型船舶研發(fā)機(jī)構(gòu)、主管部門基本都集中在智能船舶的技術(shù)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)領(lǐng)域內(nèi)部，但智能船舶概念尚未被學(xué)術(shù)界完全統(tǒng)一，各個(gè)企業(yè)和管理部門對(duì)于智能船舶的界定存在著較大的差異。比如ccs則認(rèn)為智能船舶是將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù)作為出發(fā)點(diǎn)，用于自動(dòng)感知、獲取智能船舶本身情況、水域環(huán)境等方面信息的一種智能化多方系統(tǒng)主體，其中的重點(diǎn)是借助大數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理和控制智能船舶的目標(biāo)。勞氏船級(jí)社則是將智能船舶劃分為AL1到AL6不等的六個(gè)級(jí)別，并針對(duì)每一個(gè)級(jí)別給出了相對(duì)較為詳細(xì)的介紹，這些大型船舶研發(fā)機(jī)構(gòu)和相關(guān)部門對(duì)于智能船舶所給出的各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、文件，對(duì)于今后智能船舶這一行業(yè)的發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)以及空間評(píng)估提供了較為充足的支持。

我國(guó)境內(nèi)的CCS對(duì)于智能船舶中的智能含義，分別將其中的6項(xiàng)要素進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型方面的界定，具體包括了航行智能、機(jī)艙智能、船體智能、貨物管理智能、能效管理智能、集成平臺(tái)智能。同時(shí)，我國(guó)所建立的有關(guān)智能船舶方面的數(shù)學(xué)模型可以同時(shí)進(jìn)行一項(xiàng)或者是多項(xiàng)功能參數(shù)的配置，這也為我國(guó)智能船舶的制造提供了相應(yīng)的便利。

2現(xiàn)階段智能船舶主要機(jī)電的技術(shù)應(yīng)用探討

2.1大數(shù)據(jù)挖掘處理技術(shù)的應(yīng)用

智能船舶體系中引用的大數(shù)據(jù)挖掘處理技術(shù)，能夠提供一種長(zhǎng)期狀態(tài)下的運(yùn)營(yíng)船舶全面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)功能，智能船舶在航行狀態(tài)下產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)能夠根據(jù)程序內(nèi)部的設(shè)定的時(shí)間間隔實(shí)施定時(shí)上傳。具體而言，每間隔4小時(shí)或者是6小時(shí)的時(shí)間，可由船舶自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳到岸上的相關(guān)機(jī)構(gòu)中。在智能船舶的運(yùn)營(yíng)檢測(cè)工作中，因?yàn)橥饨缱匀画h(huán)境影響產(chǎn)生的航速、航向、船舶位置等信息完全可以借由大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)做到實(shí)時(shí)獲取。同時(shí)智能船舶在靠岸停泊的過程中，可實(shí)施最為普通的有線數(shù)據(jù)傳輸方式，以一種特定航行數(shù)據(jù)加密處理方式，使用與對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)相連的數(shù)據(jù)線進(jìn)行上傳。此外，移動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，可將移動(dòng)性的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)安裝到智能船舶內(nèi)部，由其進(jìn)行相關(guān)航行數(shù)據(jù)的采集，而智能船舶只需要在特定的返港時(shí)間段內(nèi)，上交這一移動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)到網(wǎng)絡(luò)信息機(jī)構(gòu)即可。這些機(jī)構(gòu)在采集到相關(guān)的智能船舶航行數(shù)據(jù)之后，預(yù)處理工作是不可忽略的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，最終的目標(biāo)是為了將收集的龐大數(shù)據(jù)群體中的失真數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和修正。但需要注意的是，這些疑似失真數(shù)據(jù)的修正，需要相關(guān)人員綜合考量這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)固有的特性，而一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)確定失真現(xiàn)象，需要使用合理的數(shù)值方式對(duì)進(jìn)行針對(duì)性彌補(bǔ)。需要注意的是，在智能船舶進(jìn)行海上航行的過程中，傳輸?shù)男盘?hào)通常會(huì)受到各種外界環(huán)境因素的干擾，而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的濾波，也會(huì)因?yàn)樵肼暫驼饎?dòng)的存在而產(chǎn)生一定程度的變化，通常而言，在傳播監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的過程中，為了保障濾波處理的穩(wěn)定性，卡爾曼濾波的應(yīng)用頻率相對(duì)較高。

2.2無人船技術(shù)的應(yīng)用

在我國(guó)社會(huì)發(fā)展和人工智能技術(shù)深度融合的時(shí)代背景下，無人車、無人機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，也推動(dòng)了各種無人駕駛控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。智能船舶在發(fā)展過程中，無人船技術(shù)作為其中的一項(xiàng)飛躍性成果，也是今后智能船舶駕駛的最終目標(biāo)形式之一，一般而言，可以借助智能技術(shù)以及遠(yuǎn)程操控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能船舶的無人化駕駛操控。

現(xiàn)階段已經(jīng)研發(fā)成功的智能船舶技術(shù)中，雖然內(nèi)部的智能船舶綜合駕駛系統(tǒng)具備航線規(guī)劃、記錄、自動(dòng)躲避障礙物等功能，但這并非是無人船技術(shù)需要關(guān)注的內(nèi)容。具體而言，無人駕駛技術(shù)在智能船舶中的應(yīng)用，包括了船機(jī)相關(guān)信息的感知、遠(yuǎn)程的識(shí)別以及規(guī)劃具體的航線路徑等方面，下圖具體展示了智能船舶避免碰撞的邏輯機(jī)理。無人駕駛技術(shù)應(yīng)用于智能船舶中，需要以傳統(tǒng)的有人駕駛技術(shù)作為基礎(chǔ)，將航跡自動(dòng)舵技術(shù)應(yīng)用到智能船舶的航行軌跡操控中，并逐步演化為機(jī)械、PID控制等技術(shù)，如若系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)潔且穩(wěn)定性上占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)，PID控制技術(shù)的單獨(dú)使用相對(duì)較為簡(jiǎn)便。但實(shí)際上，處于正式航行狀態(tài)下的智能船舶，因?yàn)榇嬖谥鴷r(shí)變性、時(shí)滯性諸多問題，PID控制技術(shù)的單獨(dú)使用則會(huì)出現(xiàn)一定的誤判現(xiàn)象，可以通過將MPC以及LOS等先進(jìn)算法引入其中，有效規(guī)避PID控制單獨(dú)應(yīng)用所出現(xiàn)的誤判現(xiàn)象。

2.3船機(jī)信息感知技術(shù)的應(yīng)用

智慧傳播中所應(yīng)用到的船機(jī)信息感知技術(shù)，能夠?qū)⒛依ê降涝O(shè)施、水位狀態(tài)、交通量等在內(nèi)的信息全面進(jìn)行獲取以及感知。通常而言，在感知有關(guān)航道設(shè)施和水位狀態(tài)這些數(shù)據(jù)的過程中，需要沿著智能船舶所處航道距離最近的岸邊，設(shè)置用于接受航行數(shù)據(jù)的監(jiān)控鐵塔，彼此之間的間隔需要保持在兩公里左右，最終做到以有限光纖為基礎(chǔ)，建立一個(gè)完善的覆蓋整個(gè)智能船舶航向軌道數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保最終的智能船舶指揮、控制中心可以憑借這一完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)收集、分析、處理相關(guān)的航行軌道數(shù)據(jù)，避免各類不良情形的發(fā)生，全過程維護(hù)智能船舶的航行活動(dòng)安全性。但是在針對(duì)智能船舶的交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行感知的過程中，需要對(duì)計(jì)算模塊內(nèi)部已有的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、知識(shí)做出系統(tǒng)化的分析工作，流量監(jiān)控和計(jì)算需要以全天候激光船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，以此來保障交通流數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，并且這一系統(tǒng)能夠?yàn)橹悄艽昂降赖木珳?zhǔn)規(guī)劃提供分析和規(guī)劃的數(shù)據(jù)支撐。智能船舶的航行密度數(shù)據(jù)感知需要以系統(tǒng)對(duì)其視頻圖像進(jìn)行智能的識(shí)別，并交由計(jì)算機(jī)后臺(tái)負(fù)責(zé)智能船舶實(shí)際密度數(shù)值的實(shí)時(shí)計(jì)算及后續(xù)發(fā)展推演，針對(duì)智能船舶原定航道內(nèi)部未來一段時(shí)間內(nèi)船舶數(shù)量的變化情況。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到智能船舶的密度數(shù)值增大到警戒線數(shù)值附近的情況下，則需要由系統(tǒng)在第一時(shí)間內(nèi)完成預(yù)警信號(hào)的發(fā)送，由管理人員即刻啟動(dòng)提前制定的預(yù)警應(yīng)急管理工作系統(tǒng)，對(duì)智能船舶所在的航道進(jìn)行實(shí)時(shí)管控。

2.4機(jī)電智能化技術(shù)的應(yīng)用

以目前智能化與智能船舶的結(jié)合來看，其中的機(jī)械設(shè)備智能化技術(shù)，通常會(huì)使用分布式智能化、總體集成式智能化的技術(shù)路徑，以此來構(gòu)建智能船舶內(nèi)部的不同層級(jí)智能體系。在建立單元級(jí)別智能船舶機(jī)電智能體的過程中，可以通過使用機(jī)電關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)采集、規(guī)約等技術(shù)，推動(dòng)各種運(yùn)行環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)安全采集以及傳輸配合上狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程通信等技術(shù)，確保能夠?qū)χ悄艽皟?nèi)部的各項(xiàng)機(jī)電設(shè)施實(shí)施遠(yuǎn)程操控，做到第一時(shí)間內(nèi)快速定位故障的位置，并采取相應(yīng)的措施解決問題。在此之后，需要借助集成單一設(shè)備建立的集成組網(wǎng)，形成特定功能的協(xié)同工作單元，從而形成良好的系統(tǒng)及智能船舶體驗(yàn)。在最終建立智慧智能船舶整體智能機(jī)電體系的過程中，可以通過集成智能船舶的總體和各個(gè)智能單元，賦予智能船舶更為強(qiáng)大的智能航行、智能機(jī)艙等各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)全面智能監(jiān)控和管理智能船舶航行，以此降低各種人為失誤所引發(fā)的不良現(xiàn)象發(fā)生概率。

2.5智能船舶相關(guān)技術(shù)的深層研發(fā)

現(xiàn)階段，我國(guó)智能船舶的技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)集中在船舶能效的全面控制，這需要在全面匯總、分析智能船舶某一階段內(nèi)能效指標(biāo)的前提下，對(duì)于航線的設(shè)計(jì)、航速等能夠影響智能船舶能效的因素做出合理的改善。智能船舶內(nèi)部專業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量能效管理模塊，能夠在同步高效利用對(duì)應(yīng)技術(shù)體系的同時(shí)，配合信息感知技術(shù)，將傳播的航行狀態(tài)能耗狀況數(shù)據(jù)全面進(jìn)行采集以及分析，并綜合考慮智能船舶的航線特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益的最終結(jié)果，從而制訂出不同目標(biāo)下的智能船舶航行航速方案。其中航線規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用，完全可以根據(jù)智能船舶航行設(shè)備內(nèi)部的交通流控制信息、智能船舶具體航線密度狀況等，為其合理地規(guī)劃航道內(nèi)部的科學(xué)位置，以此來降低智慧船舶航行過程中的各種能耗。故障診斷技術(shù)在智能船舶中的引入、應(yīng)用，能夠在維持相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行或者是不對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行拆卸的情況下，及時(shí)判斷被診斷設(shè)備狀態(tài)是否異常以及故障的具體位置，同時(shí)也能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)處于劣化狀態(tài)下的各種機(jī)械零部件，預(yù)測(cè)機(jī)械零部件的狀態(tài)劣化發(fā)展趨勢(shì)，幫助相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)人員以精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，采取措施及時(shí)進(jìn)行維修或者是更換機(jī)械零件，全方位地保障智能船舶在航行中的安全性以及精準(zhǔn)性。

2.6智能機(jī)艙技術(shù)

智能船舶的駕駛室是對(duì)智能船舶而言，其地位就如同人體的大腦一般，機(jī)艙就是整個(gè)智能船舶的心臟部位，這也是我國(guó)智能機(jī)艙技術(shù)得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵原因，現(xiàn)階段國(guó)際范圍內(nèi)針對(duì)智能機(jī)艙的含義及界定都未曾給出統(tǒng)一的規(guī)定。即便現(xiàn)階段有關(guān)智能機(jī)艙的概念界定不明確，但其需要具備的功能則是明確包括如下幾點(diǎn)：第一，針對(duì)智能船舶航行過程中的主要傳播推動(dòng)裝置、輔機(jī)等設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)，以此為智能船舶的穩(wěn)定運(yùn)行管理提供完善的數(shù)據(jù)支持。第二，根據(jù)之前收集到有關(guān)各智能船舶設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的信息、數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)施是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)及其故障具體位置等方面做出全面檢測(cè)。第三，以之前設(shè)備全面檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)，提供針對(duì)性的問題解決措施，用以保障智能船舶各設(shè)備的穩(wěn)定健康運(yùn)行。第四，以之前的檢測(cè)結(jié)果給出設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)措施及計(jì)劃等。由此也不難看出，和傳統(tǒng)意義下的自動(dòng)化機(jī)艙相對(duì)比，智能機(jī)艙的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、輔助決策是最大的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)所在。以我國(guó)現(xiàn)階段落實(shí)的海工項(xiàng)目看來，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和輔助決策已經(jīng)成為獨(dú)立性系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段的智能船舶正在嘗試將大數(shù)據(jù)、信息感知和輔助決策三者進(jìn)行完美融合。

3我國(guó)智能船舶機(jī)電主要應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展需求

3.1國(guó)內(nèi)智慧海洋發(fā)展帶來的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展需求

目前，我國(guó)正在大力推進(jìn)的智慧海洋工程，是以一種安全且自控的云環(huán)境作為基礎(chǔ)的，全面整合各類海洋信息資源，以便在全方位感知海洋情況的前提下，實(shí)施各個(gè)部門之間的信息共享、互通，為各項(xiàng)決策工作提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。我國(guó)智慧海洋工程的建設(shè)，力求逐步提高我國(guó)的海洋管控、安全和開發(fā)能力。作為我國(guó)智慧海洋工程項(xiàng)目的重要組成元素，船舶也是開發(fā)、管理海洋的重要載體，智能船舶的誕生、發(fā)展可以進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)智慧海洋工程的建設(shè)。為此，我國(guó)智能船舶機(jī)電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作需要全面遵循統(tǒng)籌規(guī)劃的原則，以智慧海洋建設(shè)的全需要求，進(jìn)一步推動(dòng)智能船舶機(jī)電技術(shù)在數(shù)據(jù)收集、感知方面的能力發(fā)展。

3.2 E-航海戰(zhàn)略帶來的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展需求

E-航海戰(zhàn)略的實(shí)施儼然成為我國(guó)政府部門的主要工作內(nèi)容之一，所謂的E-航海戰(zhàn)略就是出于有效保護(hù)我國(guó)的海洋安全和環(huán)境，針對(duì)船岸的海事信息進(jìn)行統(tǒng)一化的收集、整合、交流，以電子手段為支持，進(jìn)一步優(yōu)化船舶航行，并開拓其他業(yè)務(wù)的一種海洋發(fā)展戰(zhàn)略。從智能船舶已有的功能出發(fā)，我國(guó)E-航海戰(zhàn)略的實(shí)施可將智能船舶作為其應(yīng)對(duì)機(jī)制，重視岸基服務(wù)系統(tǒng)、智能船舶信息聯(lián)網(wǎng)等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的更新。

結(jié)語(yǔ)

智能船舶儼然發(fā)展為國(guó)內(nèi)船舶等關(guān)聯(lián)工業(yè)的未來主要發(fā)展方向，船機(jī)信息感知技術(shù)、智能化技術(shù)以及無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了我國(guó)智能船舶的高水平高質(zhì)量發(fā)展。在今后的發(fā)展過程中，相關(guān)科研人員需要進(jìn)一步通過智能船舶研發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新，為我國(guó)智能船舶健康發(fā)展提供穩(wěn)定、完善的技術(shù)支持。

作者簡(jiǎn)介：張宇翔（1982— ），男，漢族，廣東茂名人，大專，海警廣東支隊(duì)直屬大隊(duì)艦艇助理工程師，主要從事艦艇機(jī)電管理和維護(hù)工作。