智能船舶主要机电应用技术分析

方凡哲杨立飞  周超

亚光科技集团股份有限公司  湖南 益阳 413100

摘要：在当前阶段，随着国家有关机构对智能船舶的发展给予了高度重视，同时， CCS根据自身在智能船舶方面的科研工作取得的进展，制定了《智能船舶规范》，并结合国内外的发展现状、发展趋势及应用情况进行综合剖析。从那以后，国内智能船舶开始稳定发展，虽然在船舶类型、标准规范等领域已经达到了世界领先水准，但是在智能船舶、市场化发展等问题上，依然存在着诸多问题。本文基于智能船舶发展现状，探讨了其中主要机电设施的技术应用，展望了后续的技术发展标准需求，以便为今后我国智能船舶的稳步发展提供一定的参考。

关键词：智能船舶；机械电子科技；智能化

0 引言

进入21世纪后，我国的传统造船行业得到了迅速的发展与发展。随着信息化的快速发展，舰船电子产品的开发与应用已逐渐被人们所接受。目前，随着人工智能、物联网等技术的发展，我国的产业正在发生着快速的变革，并取得了长足的发展。在中国的造船行业的发展过程中，人力费用的投资比较大，燃油及维修费用还比较高，总的来说，船舶行业的信息化和数字化水平还不能跟其它的行业相比。为更好地解决目前国内造船业发展中存在的问题，应主动推动船舶智能化领域的优化发展。通过对国产智能船舶主要机电系统的研究，探索其在安全性方面存在的一些问题，并提出相应的解决方案，对于实现舰船智能化具有一定的现实意义与实用价值。

1我国智能船舶发展现状

智能船舶发展到极致，其最终目的就是完全自动化的无人船舶，这也是许多智能船舶研究组织和公司、集团企业所关注的一个关键发展方向，但在其实际发展过程中，必须要遵循循序渐进的原则，不论是智能船舶、不同结构和电子装置的专门设计，亦或是结合使用，都必须要有一个统一的标准和规范，让它能够有条不紊地进行下去，从而保证智能船舶的发展稳步向前。目前，国际上对智能化舰船的研究已逐步走过了初期，进入了二期研制，而国内恰好也处在这两个时期的协同发展阶段。目前，国内造船企业已逐步跻身于国际先进行列。中国造船企业在2017年开始研制智能化散装货船，并进入商用运行阶段，珠海云洲公司在智能化船舶导航系统方面开展了专门的研究，在该系统中，导航、停靠、装卸、锚泊等系统均已实现了全自动作业，这也意味着我国智能船舶领域的发展速度逐渐提升，并在未来一段时间中有更好的应用成果。

2智能船舶主要机电应用技术

2.1大数据挖掘技术

近几年，大数据挖掘技术在国内各大产业中得到广泛的运用，但在智能船舶方面，大数据挖掘技术的优势在于能够在较长时间的稳定条件下，实现对舰船工况的全方位监控。在舰船导航过程中，可以通过内置的方式，将舰船的各种数据进行实时的储存和上传，一般都是4小时到6小时之间，然后将舰船的数据上载到陆上的船舶信息监控中心。由于舰船在航行中会遇到许多不同的因素，特别是自然环境会对舰船的位置、速度和航向等产生一定的影响，所以利用大数据挖掘的方法来实现舰船的真实状态监控，保证情报数据的实时采集。同时，当船只停靠在岸边时，可以将原来的无线电通信模式改成有线通信模式，并对各种航海资料进行加密，保证专用的数据线路可以直接上传。例如，可以将船只运行监控数据存放在一个移动储存装置中，同时还要保证该装置的安全和安全，这种储存媒体可以被直接安放在船上，对航海资料进行实时采集、分析、上传，直到智能船舶停泊返回港口以后，才可以通过储存媒体，将资料直接上传到指定的组件机构。特别要指出的是，在大数据分析的过程中，每一种航海资料的收集和预处理都显得非常重要。舰船导航数据规模巨大，为最大限度地保障数据的真实与实用性，必须对变形的数据进行实时清理与处理，而变形的修复则要全面考虑与评价各种类型的资料特征，若已有变形现象，则要有针对性地加以校正与补偿。此外，由于智能船舶的航海环境具有不确定性，其所传递的有关信息可能被扰动，导致其难以传递或被阻断，故可利用卡尔曼滤波器提高其稳定性，解决由于外部噪音和舰船振动等因素造成的数据传递偏差问题。

2.2无人船技术

目前，国内的人工智能已与多个行业进行了深入的结合，比如无人驾驶汽车、无人机等，这也标志着无人驾驶技术的快速发展和充分运用，而智能船舶只在今后的发展及其智能化的界定中，也将以智能航行为其主要内容，而无人船技术象征着智能船舶的一个主要结果和方向，也是智能船舶的终极体现，因此，必须要通过智能化和遥控等手段，才能够真正地实现无人驾驶。当前，我国在智能船舶机电技术应用中已经结合无人驾驶技术进行航行规划，但是在无人船运输航线记录、自动躲避等方面仍需进一步强化，这也意味着无人驾驶技术需要增加船舶机械信息感知、远程要素识别，以及实际航行过程中的航线路径科学规划等具体要素。目前，智能船舶的自动驾驶技术要求对 GPS定位、气象和航海等资料进行实时分析和识别，并将其与目前水域中的波浪和海流等资料相融合，从而达到自动航行的目的。人工操纵一直是舰船航行的核心，而轨迹自动舵是其发展的关键，其关键在于如何将轨迹自动舵转化为自动化或 PID控制，以保证其结构的稳定与实时性，然而，由于其在实践中受多种因素的制约，若直接采用 PID控制器，极易产生错误判断，这也是今后无人船技术发展亟需解决的关键问题。

2.3机电智能化技术

在智能船舶方面,已经逐步建立起新的发展格局,相应的机电智能科技运用程度也不断提高。我们必须针对不同使用区域和要求,对智能船舶智能部件进行专门设计与优化。

智能船舶上常见的智能化机电系统主要包括:

1.综合监控系统:能实时监控主机、辅机、舵机、锚机等重要系统状态,发出异常报警。该系统已在某集装箱船上应用,通过大数据分析,能提前30%预警潜在故障风险。

2.能源管理系统:集成监测各能源设备运行数据,对总体能耗进行优化控制。据测算,某油轮使用该系统后,年燃油消耗减少5%。

3.故障诊断系统:基于大数据和机器学习算法识别故障模式,预测风险。某游轮上已应用类似系统,故障预警准确率达85%。

4.智能导航系统:融合多源信息实现自动航路规划、防碰撞等功能。已有货船使用该系统优化航线,航程缩短8%。

5.智能机舱系统:自动控制机舱环境,远程监控重要设备。某化学品船使用后,维修成本降低20%。

上述系统通过大数据分析,将海量数据实时上传至监控中心,智能化管理机电设备。一旦故障,可快速定位采取措施,提升智能化运营水平。

2.4故障诊断技术

在实现智能船舶的基础上，对其进行全方位的综合设计与优化，并在兼顾能源效率的前提下，实现对现行航路速度等的科学改进与优化。本项目以智能船舶为研究对象，以实现对智能船舶各功能组件的有效控制为目标，以保障其效率与可用性为目标，以信息传感为手段，对当前船型的通航状况及能源消耗状况进行判定，并对其通航特征及目前的经济性进行判定，从而制定相应的通航速度策略。

3 结语

随着新时期的发展，国家的船舶产业发展状况越来越好，同时，在目前，国家已经开始了对 E航海的全面执行，进一步保护我国海洋安全和良好海洋环境，优化船舶航行效果，并积极开拓与之相适应的其他业务，搭建海洋全面化发展战略。因此，本项目的研究成果将更好地满足国家海上交通安全与智慧海上建设的需求，具有重要的理论和现实意义。我们期望，在今后的研究过程中，我们将继续加强专业技术的研究和创新，为实现国家智能船舶的可持续发展，提供持久的技术支撑。
 

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