船舶工业正加速向数字化、网络化、智能化方向延伸拓展,数据驱动、平台支撑、服务增值、智能主导的特征日趋明显。智能船舶具备数字互联、智能决策、多等级自动控制这三个核心特点,可形成 “感知、决策、控制” 闭环驱动模式,使船舶更加安全、经济、高效。其发展可分为辅助决策、部分自主、高级或完全自主等阶段,未来无船员的完全自主船舶可能成为发展趋势。
智能船舶智能船舶的功能按照由局部应用到全船应用、由辅助决策到完全自主的方向发展,核心功能包括自主操作、智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理、智能集成平台、远程控制等。
智能船舶关键技术
根据中国船级社《智能船舶规范》,智能船舶的关键技术主要包括以下几个方面:
信息感知技术:船舶基于各种传感设备、传感网络和信息处理设备,获取自身和周围环境的各种信息,包括船舶航速、航向、时空位置、船体结构安全参数、海洋环境参数等。
通信导航技术:用于实现船舶上各系统和设备之间,以及船舶与岸站、船舶与航标之间的信息交互,通过多种方式组合确定运载体的动态状态和位置等参数。
能效控制技术:通过对能效指标进行分析和汇总整理,指导船舶能效因素(航线设计、航速、船舶浮态、动力设备)和人员培训等技术措施的改善,以实现减少排放、提高能效的目的。
航线规划技术:船舶根据航行水域交通流控制信息、前方航道船舶密度情况、公司船期信息、航道水流分布信息、航道航行难易信息等,智能实时选择船舶在航道内的位置和航道,以优化航线,达到安全高效、绿色环保的目的。
状态监测与故障诊断技术:由状态监测技术和故障诊断技术组成。应用于智能船体和智能机舱模块,实现对船体、主机等关键配套的全生命周期监控,提高船体和设备安全性,减少维修费用。
遇险预警救助技术:船舶在遭遇恶劣海况、天气或其他特殊情况时,对船舶航行姿态进行实时监测和预警,并在船舶发生倾覆等突发情况时自动向监控中心或周围船舶发出求救信号,指引搜救人员和船舶前往遇难遇险船舶开展救助。
自主航行技术:利用计算机技术、控制技术等对感知和获得的信息进行分析和处理,对船舶航路和航速进行设计和优化。
智能船舶发展现状
全球智能船舶行业蓬勃发展,日本、韩国和欧洲引领技术潮流,聚焦标准化、信息技术融合与多元化探索。2023年中国智能船舶市场规模约463.4亿元,同比增长7.1%。智能船舶发展空间广阔,未来随着底层技术不断突破进步,船舶智能化水平将不断提升,市场需求持续旺盛,预计到2028年我国智能船舶市场规模将接近900亿元。
近年来,世界主要造船和航运国家纷纷加大了智能船舶研发与应用的投入力度。船舶自主航行作为智能船舶的显著特征,日益受到工业与海事企业的关注。国际海事组织等国际组织与各国船级社积极开展关键技术研究调研,大力推进自主船舶相关标准制定工作。
智能船舶标准规划
为加快推动科技创新,支撑和引领产业发展,提高我国船舶行业国际竞争力,工业和信息化部、交通运输部、国家标准化管理委员会组织制定了《智能船舶标准体系建设指南(2021 版)》(简称“指南”),紧密围绕制造强国、海洋强国、交通强国建设战略目标,落实《智能船舶发展行动计划(2019-2021年)》《智能航运发展指导意见》《船舶技术法规体系框架(2020)》总体要求,以推动智能船舶科研开发和工程应用为重点,建立健全适应智能船舶发展需要的标准体系,充分发挥标准的支撑和引领作用,提升产业核心竞争力和国际影响力,促进我国船舶工业高质量发展。
指南指出,到2025年,建成较为完善的智能船舶标准体系,涵盖基础共性、关键技术应用、智能船舶设计、智能船载系统及设备、智能船舶测试与验证、岸基服务、运营管理等标准协调配套,满足智能船舶设备智能化升级、测试与验证能力提升以及实现远程控制等要求,达到国际先进造船国家同等水平。
船级社牵头智能船舶标准制定
中国船级社以推动智能船舶科研开发和工程应用为重点,牵头立项了4项智能船舶领域标准,从避障系统、实船测试场、船主自主水平评价、智能航行虚拟仿真等层面给出相应规范,填补了智能船舶标准体系的空白。旨在充分发挥标准的支撑和引领作用,提升产业核心竞争力和国际影响力,促进我国船舶工业高质量发展。
20242525-T-469《智能船舶 避碰系统技术要求及测试方法》
2024-1653T-CB《船舶自主水平分级评价方法》
2024-1658T-CB《船舶智能航行虚拟仿真测试技术要求》
2024-1668T-CB《智能船舶实船测试场设计要求》
国家标准(起草阶段):
1
《智能船舶避碰系统技术要求及测试方法》
本标准规定了智能船舶防碰撞系统的典型结构、功能要求、工作状态、性能要求和测试方法,并对智能船舶碰撞典型测试场景做了规范化的要求。
本标准适用于有人值守下、航行于开阔水域的智能船舶的自主防碰撞系统,辅助防碰撞系统可参照执行。
行业标准(起草阶段):
2
《船舶自主水平分级评价方法》
本标准规定了智能船舶自主化水平的评价原则,船舶自主化水平划分要素,船舶自主化水平等级划分,船舶自主化水平各等级技术要求。
本标准适用于对智能船舶整船和/或在其设计应用的场景及工况下具备自主化能力的船舶智能系统的自主化水平等级进行评价与认定。
3
《船舶智能航行虚拟仿真测试技术要求》
本文件规定了船舶智能航行虚拟仿真测试的目的、通用要求、测试内容、测试方法、评价方法以及基础测试保障条件。
本文件适用于实施船舶智能航行虚拟仿真测试。
4
《智能船舶实船测试场设计要求》
本标准提出智能船舶实船测试场总体结构;规范智能船舶实船测试场设计所包含的测试环境、测试场景和配套服务设施技术要求;明确单项感知测试场景、感知融合测试场景、智能避碰测试场景设计构建和实时测试数据存储与传输要求。
标准适用对象:
智能船舶研发机构:负责智能船舶基础理论、关键技术和算法的研究的高校和科研院所,可以保障标准的创新性和引领性,通过标准制定促进科技成果转化。
智能船舶科技公司:负责智能船舶的研发、系统集成和解决方案的科技公司,可以规范产品设计架构以及完善功能组成,同时为标准提供更多实践案例。
船舶制造企业:负责智能船舶的安装、调试和集成的造船厂,以及提供雷达、AIS、摄像头等传感器设备,以及相关的软件系统的船舶设备供应商,可以通过标准实现生产标准化、规范化,可以为标准试点验证提供应用场景。
船东和船舶管理公司:船东作为智能船舶的最终用户,通过标准制定可以更好的服务于智能船舶的采购、使用和维护;船舶日常运营管理公司通过标准制定可以更好的服务于智能船舶的使用和维护。
监管机构:海事局可以依托标准对智能船舶进行检验和认证,船级社可以依托标准开展对智能船舶的技术评估和认证工作。
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