本文选自期刊《船舶物资与市场》2025年第10期
作者：仲维健
来源：智能船舶中电气工程自动化技术的应用与发展[J].船舶物资与市场,2025,33(10)
摘要
摘要：本文深入探讨智能船舶中电气工程自动化技术的应用与发展趋势。智能船舶作为航运业的未来发展方向，其核心在于电气工程自动化技术的深度集成与创新应用。本文详细阐述该技术在船舶动力、航行、监控与安全保障以及生产与运营等系统的自动化应用，其显著提升了船舶的航行安全、运营效率与节能环保性能。并展望其向智能化与人工智能融合、大数据与云计算拓展、绿色节能与新能源应用以及强化网络安全等方向发展，以期为相关领域研究与实践提供有益参考，推动智能船舶行业的持续进步。
一、前言
随着全球经济的持续增长与国际贸易的日益频繁，航运业作为全球贸易运输的主力军，正面临着前所未有的机遇与挑战。在此背景下，智能船舶应运而生，成为航运业未来发展的重要趋势。智能船舶通过集成先进的信息技术、自动化技术、通信技术以及传感器技术等，实现了船舶的智能化航行、管理和操作，为航运业带来了革命性的变化。其中，电气工程自动化技术作为智能船舶的核心支撑技术，贯穿于船舶的各个系统，从动力系统的推进与电力管理，到航行系统的导航与通信，再到监控与安全保障系统以及生产与运营系统的自动化控制，发挥着至关重要的作用。
二、智能船舶概述
（一）智能船舶的定义与特点
智能船舶是通过集成先进的信息技术、自动化技术、通信技术以及传感器技术等，实现船舶的智能化航行、管理和操作。其核心特点在于智能化、自动化和信息化，这些特点使得船舶在航行安全、运营管理效率以及节能环保等方面实现了显著提升。智能化意味着船舶能够自主感知、分析和决策，自动化则体现在船舶的动力系统、航行系统、监控与安全保障系统以及生产与运营系统的自动控制上，而信息化则是通过高效的数据采集、传输和处理，实现船舶与岸基、船舶内部各部门之间的信息共享与协同工作。
（二）智能船舶的关键技术构成
智能船舶的关键技术构成是一个相互关联、协同作用的有机整体。传感器技术作为感知层的基础，负责实时采集船舶各类设备的运行参数、环境信息以及货物状态等数据，为后续的分析和决策提供原始依据。通信技术则确保了数据能够在船载网络、船岸之间以及船舶与港口设施之间实现高速、稳定、安全的传输，是实现远程监控与管理的关键。数据处理技术通过对传感器采集到的海量数据进行清洗、存储、分析和挖掘，提取有价值的信息，为船舶的智能化应用提供支持。而电气工程自动化技术作为智能船舶的核心技术之一，贯穿于船舶的各个系统，实现对动力设备、航行设备、监控设备等的精确控制与自动化管理，保障船舶的安全、高效运行。这四大技术相互依存、相互促进，共同推动了智能船舶的发展，使其能够适应现代航运业对船舶智能化、高效化、绿色化的需求。
三、电气工程自动化技术在智能船舶中的应用
（一）船舶动力系统的自动化
船舶动力系统的自动化是智能船舶的核心应用之一。在推进系统的自动化控制方面，电气工程自动化技术通过先进的传感器实时监测推进系统的各项参数，如转速、温度、压力等，然后利用智能控制系统对推进系统的启动、停止和调速进行精确的自动控制。当系统检测到异常情况时，能够迅速触发故障诊断程序，准确识别故障类型和位置，并及时发出报警信号，以便维修人员快速响应，从而大大提高推进系统的可靠性和运行效率。
电力系统的自动化管理同样至关重要。借助自动化技术，船舶电力系统能够对发电、配电和用电过程进行实时监控与调控。智能电表和监测设备可以精确计量各设备的用电量，通过智能算法对电力负荷进行优化分配，确保船舶电力供应的定性和安全性。后时，系统还具备自动切换备用电源的能力，以应对突发的电力故障，保障船舶在航行过程中的动力持续供应。
（二）船舶航行系统的自动化
在导航与驾驶自动化方面，电气工程自动化技术在船舶导航设备(如GPS、罗经等)以及驾驶操作系统中的应用，实现了自动航线规划、自动驾驶以及航行状态的智能监测与辅助决策。通过与传感器和通信系统的紧密集成，船舶能够实时获取自身位置、航向、航速等信息，并根据预设的航线和航行规则进行自动调整，智能驾驶系统还可以对周围的航行环境进行感知，如其他船舶的位置、速度、航线等，从而实现智能避碰和最优航线跟踪，提高航行安全性和效率
船舶通信自动化则是通过自动化技术对船舶通信系统进行优化升级，实现船岸之间、船内各部门之间以及船舶与港口设施之间的高效、稳定通信。先进的通信设备和协议能够确保航行信息的及时传递与共享，使岸基管理人员能够实时掌握船舶的航行状态和货物信息，船员也能够及时接收来自岸上的指令和数据支持。高效的通信自动化不仅提升了航行的安全性和协同性，还为船舶的远程监控与管理提供了坚实的技术基础。
（三）船舶监控与安全保障系统的自动化
在智能船舶中，设备状态监测与故障诊断借助传感器网络和自动化监测系统，实时收集船舶各类设备(如主机、辅机、舵机等的运行数据，包括温度、压力、振动频率等关键参数。这些数据经由高速通信网络传输至中央控制系统，通过预设的算法模型和诊断逻辑进行深度分析与模式识别，能够精准识别设备的潜在故障特征，实现故障的早期预警和准确诊断。一旦发现异常，系统自动触发报警机制，及时通知船员采取相应措施，从而有效降低设备故障对船舶航行安全的影响，确保船舶在复杂海洋环境下的稳定运行。智能船舶的安防与报警自动化系统涵盖了入侵检测、火灾报警、紧急情况自动处理等多重功能。通过在船舶关键区域部署智能传感器和监控设备，实时感知周围环境的变化。例如，利用红外线探测技术监测是否有未经授权的人员进入限制区域，实现入侵检测;借助烟雾传感器和温度传感器及时发现火灾隐患，发出火灾报警信号。在紧急情况下，系统可自动启动相应的处理程序，如自动释放灭火装置、关闭相关通道等，确保船舶在航行过程中的人员和财产安全，提高船舶的安防水平。
（四）船舶生产与运营系统的自动化
电气工程自动化技术在港口装卸设备以及船舶货物管理系统中的应用，实现了货物的高效装卸、自动堆积与存储管理。在港口，自动化起重机和运输车辆通过精确的控制系统协同作业，能够快速、准确地完成货物的装卸任务。同时，船舶货物管理系统利用传感器实时监测货物的位置、重量、状态等信息，结合预设的存储策略，实现货物在船舱内的自动堆积和合理布局，提高货物运输的安全性和空间利用率，从而提升船舶的运营效率。
借助自动化技术对船舶的燃油、淡水、物资等资源进行精确计量、实时监控与智能调配，能够实现资源的合理利用并降低运营成本。智能资源管理系统通过传感器实时获取各类资源的消耗和剩余情况，结合船舶的航行计划和运营需求，利用智能算法进行资源的优化分配。
四、智能船舶中电气工程自动化技术的发展趋势
（一）智能化与人工智能技术的深度融合
智能船舶的未来发展将与人工智能技术紧密相连，其中智能决策支持系统将发挥关键作用。借助机器学习和深度学习等先进算法，系统能够对海量的航行数据和运营数据进行深度分析和挖掘。这些数据涵盖了船舶的历史航行轨迹、气象条件、海洋环境、设备运行状态以及货物信息等内容。通过对这些数据的处理，智能决策支持系统能够精准地为船舶的航行操作、资源管理、设备维护等关键环节提供科学、智能的决策支持。
人机协同智能化是智能船舶发展的另一重要方向。通过精心设计智能界面和先进的交互技术，实现船员与自动化系统之间的无缝高效协同和智能交互。智能界面将复杂的技术细节进行简化和可视化处理，使船员能够直观地理解和操作自动化系统。同时，交互技术将充分利用语音识别、手势控制、增强现实等前沿科技，让船员能够以更加自然、便捷的方式与系统进行交互。
（二）大数据与云计算技术的应用拓展
智能船舶在全生命周期中会产生海量的数据，这些数据来源广泛，包括船舶的传感器网络、通信系统、运营管理系统等。通过大数据技术，可以对这些分散的数据进行有效的整合、清洗和存储，构建统一的数据平台。在此基础上，运用先进的数据分析和建模技术，挖掘数据背后的潜在规律和价值。大数据技术不仅能够帮助船舶企业实现自身的性能优化，还能够推动整个船舶行业的创新发展，为船舶设计、制造、运营等各个环节提供数据支持和决策依据。
云计算技术为船舶远程监控与管理提供了强大的技术支撑。凭借其强大的计算能力和海量的存储资源，云计算能够轻松应对船舶在远程监控与管理过程中产生的大量数据处理和存储需求。船舶通过配备的通信设备，将实时采集到的各类数据传输到云端服务器,这些数据包括船舶的位置、航速、航向、设备状态等关键信息。在云端，这些数据经过快速处理和分析后，能够为岸基管理人员提供直观、实时的船舶运行状态展示，管理人员可以通过网络随时随地访问云端系统，对船舶进行远程监控、调度和管理。云计算技术的应用极大地提升了航运企业的运营管理水平，使企业能够更加高效地利用资源，提高船舶的运营效率和经济效益，同时也增强了对船舶安全和环境风险的管控能力。
（三）绿色节能与新能源技术的创新应用
未来智能船舶将广泛采用高效节能型电气设备，如新型节能电机、变频器和照明系统等。这些设备通过优化性能和控制策略，有效降低能耗和运营成本。
同时，太阳能、风能、氢能等新能源在智能船舶电气系统中的应用前景广阔。太阳能光伏板可安装在船舶上层建筑或甲板上，在航行和停泊过程中利用太阳能发电，为船舶辅助设备提供电能;风能则可通过安装在船舶上的小型风力发电机进行捕获，转化为电能;氢能作为清洁能源，通过燃料电池技术将化学能转化为电能，为船舶推进系统和船载设备供电。这些新能源与传统能源的合理面置和协同运行，不仅能减少对化石燃料的依赖，隆低温室气体排放，还能提高船舶的能源利用效率和经济性，推动船舶行业的绿色可持续发展。
（四）网络安全技术的强化与创新
船舶网络安全防护体系的构建成为保障智能船舶安全稳定运行的关键。该体系涵盖网络入侵检测、防火墙技术、加密认证技术等多个方面，从硬件、软件、管理等多个层面共同作用，确保船舶信息系统的安全。例如，网络入侵检测系统实时监测船舶网络中的异常流量和行为，及时发现潜在的入侵威胁;防火墙技术则在船舶内部网络与外部网络之间设置安全屏障，阻止非法访问和攻击；加密认证技术通过对数据进行加密处理和身份认证，确保数据在传输和存储过程中的保密性和完整性。区块链技术在智能船舶数据安全领域的应用潛力巨天。其去中心化、不可篡改、可追溯等特性，为船舶数据的真实性、完整性和安全性提供了有力保障。在智能船舶中，船舶的航行数据、设备状态数据、货物信息数据等关键数据可记录在区块链上，形成一个分布式的、不可篡改的数据账本。这样，数据的任何更改和访问都会被记录，确保数据的可信度和可靠性。同时，区块链技术还能实现数据的共享和追溯，使船舶管理人员、船员、港口等相关方能够安全、便捷地获取和验证数据，为船舶的智能化应用提供坚实的数据基础，提升智能船舶的整体运营效率和安全性。
五、结语
智能船舶中电气工程自动化技术的应用，为船舶行业带来了更安全、高效的航行体验，同时显著降低了运营成本与环境影响。尽管目前该技术在兼容性、数据安全和人才培养等方面面临挑战，但其未来发展趋势依然充满希望。随着智能化与人工智能技术的深度融合，大数据与云计算技术的拓展应用，绿色节能与新能源技术的创新实践，以及网络安全技术的强化与创新，智能船舶将迈向更加智能、高效、绿色和安全的新阶段。未来，应持续加强技术研发投入，完善相关标准规范，注重专业人才培养，以促进智能船舶中电气工程自动化技术的持续进步，为全球航运业的可持续发展注入强大动力。
六、参考文献
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