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摘要：智能船舶包括船舶建造过程智能化和智能化船舶两部分内容，我国船舶工业需要多方发力，早日占据智能船舶领域制高点。在这种情况下，智能船舶决定了各国船舶工业在未来船舶市场的地位，因而成为各大造船国家的“必争之地”。
关键词：大数据；智能船舶；发展
导言：
当前，世界航运市场总体上仍然处于衰退的趋势，造船业已普遍认识到调整产业结构、制造高端产品，是在残酷的市场环境中生存的必然之举。我国船舶工业发展定下了“基调”，供给侧结构性改革取得实质性进展的预期目标既是我国船舶工业发展的目标，也为我国船舶工业进一步开展结构调整和转型升级提供了新动力。
1基于大数据的智能船舶发展现状
2017年12月，全球首艘通过中国船级社认证的智能船舶“大智”号交付，实现的主要智能功能包括船舶总体性能及状态监测，船舶状态安全评估，船舶能效监测、分析、评估及优化，机舱重要设备及系统的运行状态监测，机舱重要设备运行安全及性能分析，机舱重要设备智能维护包括健康衰退预测与可靠状态评估及维修决策优化，基于水文和气象信息的航线规划，船舶航行安全评估、航行操控信息分析、航行环境影響分析、航行决策优化及航行操控优化等。从目前国内外相关企业和机构针对智能船舶开展的研究来看，主要集中在智能航行、智能机舱、智能能效管理和智能集成平台中的相关产品和技术上。可以想象到的是，未来的智能船舶肯定不止于此，除了自主航行、远程遥控等主要关键技术，其他部分同样可以智能化，譬如自动靠泊/离岸、自主维修、自动清洗（如海底门滤器）、自动更换设备部件、自我防护（针对海盗等）、自动补给等。
另一方面，未来人与船舶的关系也许会从人服务于船变为船服务于人。比如，由于船上配置人员减少，那么考虑到船员情绪，就可以家庭为单位上船，此时就要考虑人员的健康和教育问题，如远程医疗诊断、机器人手术、远程教育和娱乐等，甚至是船上生态循环系统。
预计至2030年，随着传感器技术、数据驱动的智能系统、计算机科学和数据分析方法等方面的技术进步，船舶将更加智能化，能够完全实现网络的无线连接，可在全球范围内进行数据实时传输，这也将促使其设计、建造、运营及供应链管理模式随之发生根本性改变。
2智能船舶概念
智能船舶是指将先进的自动化、信息化、大数据分析技术运用于船舶的航行和管理，包括信息的获取、处理及基于分析结果的建议和实施。目前应用广泛的信息化、大数据分析技术，有互联网、物联网、实时数据传输、大计算容量、远程控制诊断等。这些先进技术的应用在保证船舶安全、高效、环保的运营等方面发挥着重要作用。智能化船舶是一种会“思考”的船舶，通过安装传感器感知自身和外界环境大量的信息（如机器数据、油耗、风速、风向等）。采集的数据作为输入信息，并基于数学模型，利用高效的计算机处理系统进行综合评估分析，得到可靠的结果，给出最合适的决策建议，指导船员进行操作和管理推进导航等系统。此外，智能船舶还具有一定的“学习性”，即随着收集数据的增加，不断更新优化数学模型以及模型内的参数，提高分析结果的准确性，给出更合理的建议，从而增强系统功能。
3智能船舶的功能
3.1智能航行
在智能航行方面，驾驶室进行合理的功能分区和配置，按照功能划分为航行和操纵工作站、监测工作站、操舵工作站、靠泊工作站、航路规划工作站、安全工作站、通信工作站和指挥工作站。海上导航系统：具备航行状态和风速风向监控、航线规划、航路导航等多种功能。机舱监测和遥控系统：船员根据系统显示的信息判断机舱设备的运行状态。根据不同功能的工作站，将具备导航、操舵、避碰、航行控制、通信、监测和报警等众多功能的设备集成在一起，驾驶室仅需很少的船员就可完成各种监控和操作，提高了船员操作和管理效率，保证了船舶和人员的安全。
随着大数据分析、通讯技术发展，在分析处理传感器采集的大量外界和自身信息基础上，对营运航路的优化选择和航速自动优化已成为可能。MAR0RKA、FURYNO和JRC等公司相继开发了能源监控设备，可以基于气象、经济性和物流信息，制定和优选航路。设备系统能够根据船舶性能、特定的航行工况、吃水和到港计划，接收岸基支持中心反馈的风、浪、流、涌等信息，根据船舶能耗最低的原则，制定航路、航速。由于海洋环境恶劣多变，该系统还能在整个航次计划中，根据气象海况环境不断优化航路、航速。随着科技的发展，在岸基支持中心的协助下，可以预计未来船舶在海上能够自动避碰、自主航行，从开阔水域到狭窄水道，逐步提高复杂海洋环境下的自动避碰技术，实现真正意义上的无人驾驶。
3.2智能机舱
智能机舱是在机舱自动化基础上，应用状态监测系统获取信息和数据，分析机舱内主机、辅机等船用设备和轴系结构的运行状况，提出设备操作方面的决策和维护建议。目前机舱内主要动力设备已经实现状态监测的功能，比如机舱监测与报警系统，具有实时在线监测机舱各主要动力设备运行状态并生成报警信息的功能。在集控室内的监视屏可以集中显示设备的运行状态、参数以及故障报警状态，以便船员全面了解所有设备的运行状态和参数。
业界进一步的研发方向为船用主机等设备的故障诊断与性能优化。在故障的诊断与分析方面，考虑以大数据为基础，多角度多因素进行综合分析。目前应用范围较广的故障诊断技术有性能参数分析法，它首先利用传感器、仪器获取设备的性能参数，比如转速、温度、气压、油压、力矩等；然后对采集到的信息进行比较、分析，依此判断船用设备的工作情况及其故障趋势。相比传统故障分析方法，运用状态监测系统能够筛选出测试对象的相关信息进行分析，提醒船员发生故障或性能劣化的部位，产生故障的原因以及故障部位的发展趋势等。以往航运公司根据经验制定一套周期固定的设备维修保养计划。状态监测和故障诊断系统的出现，使得设备维修保养计划更为合理。视情维护系统根据故障诊断与健康评估结果，制定机舱设备及部件的详细维护计划。
3.3智能货物管理
智能货物管理是通过在货舱或者货物保护系统内安装传感器等设备，采集货物、货舱和货物保护系统的参数实现的。运用自动控制技术和大数据技术分析处理采集的参数，达到对货舱、货物等实时监测，如某些参数超过临界值给出报警提醒、操作建议。同时，根据采集的船体浮态、强度数据对货物的装载配置进行优化。如设计装载冷藏箱的集装箱船时配备特殊的冷藏箱监控系统，可以监控冷藏货物的状态。其原理是在冷藏箱内布置传感器，收集冷藏箱的参数，把数据通过冷藏箱集中控制器上传到船用电脑，并由船用电脑发送到集装箱信息中心的码头管理系统。船员和码头管理人员能够直观了解冷藏箱的堆存状况和冷藏箱的运行状态。液化天燃气（LNG）运输船安装有压力监测系统，用于监测货舱的温度和压力，以减少液化天然气气化。油船在泵房、压载舱及空舱等处所安装气体探测系统，用于检测碳氢、硫化氢等可燃性气体是否超标。对于车辆、钢卷、大型设备以及集装箱等货物移动的监测，可以通过无线传感器来计算货物具体行为并判断货物的移动。货物配载优化和自动装卸是较为复杂的问题，不仅需要考虑浮态、稳性和强度，还要考虑装卸货顺序速度、装卸时间、货物特性等，因此实现起来仍有一定难度。
结语：
目前，中国在互联网、信息化、大数据应用等方面已走在了世界前列，这给中国智能船舶发展创造了良好的条件，“大智”号的横空出世，无疑是对中国造船实现弯道超车的巨大提振。
参考文献：
[1]梁云芳，谢俊元，陈虎，等.智能船舶的发展研究[J].船舶力学，2017，（z1）：651-664.
关键词：大数据；智能船舶；发展
导言：
当前，世界航运市场总体上仍然处于衰退的趋势，造船业已普遍认识到调整产业结构、制造高端产品，是在残酷的市场环境中生存的必然之举。我国船舶工业发展定下了“基调”，供给侧结构性改革取得实质性进展的预期目标既是我国船舶工业发展的目标，也为我国船舶工业进一步开展结构调整和转型升级提供了新动力。
1基于大数据的智能船舶发展现状
2017年12月，全球首艘通过中国船级社认证的智能船舶“大智”号交付，实现的主要智能功能包括船舶总体性能及状态监测，船舶状态安全评估，船舶能效监测、分析、评估及优化，机舱重要设备及系统的运行状态监测，机舱重要设备运行安全及性能分析，机舱重要设备智能维护包括健康衰退预测与可靠状态评估及维修决策优化，基于水文和气象信息的航线规划，船舶航行安全评估、航行操控信息分析、航行环境影響分析、航行决策优化及航行操控优化等。从目前国内外相关企业和机构针对智能船舶开展的研究来看，主要集中在智能航行、智能机舱、智能能效管理和智能集成平台中的相关产品和技术上。可以想象到的是，未来的智能船舶肯定不止于此，除了自主航行、远程遥控等主要关键技术，其他部分同样可以智能化，譬如自动靠泊/离岸、自主维修、自动清洗（如海底门滤器）、自动更换设备部件、自我防护（针对海盗等）、自动补给等。
另一方面，未来人与船舶的关系也许会从人服务于船变为船服务于人。比如，由于船上配置人员减少，那么考虑到船员情绪，就可以家庭为单位上船，此时就要考虑人员的健康和教育问题，如远程医疗诊断、机器人手术、远程教育和娱乐等，甚至是船上生态循环系统。
预计至2030年，随着传感器技术、数据驱动的智能系统、计算机科学和数据分析方法等方面的技术进步，船舶将更加智能化，能够完全实现网络的无线连接，可在全球范围内进行数据实时传输，这也将促使其设计、建造、运营及供应链管理模式随之发生根本性改变。
2智能船舶概念
智能船舶是指将先进的自动化、信息化、大数据分析技术运用于船舶的航行和管理，包括信息的获取、处理及基于分析结果的建议和实施。目前应用广泛的信息化、大数据分析技术，有互联网、物联网、实时数据传输、大计算容量、远程控制诊断等。这些先进技术的应用在保证船舶安全、高效、环保的运营等方面发挥着重要作用。智能化船舶是一种会“思考”的船舶，通过安装传感器感知自身和外界环境大量的信息（如机器数据、油耗、风速、风向等）。采集的数据作为输入信息，并基于数学模型，利用高效的计算机处理系统进行综合评估分析，得到可靠的结果，给出最合适的决策建议，指导船员进行操作和管理推进导航等系统。此外，智能船舶还具有一定的“学习性”，即随着收集数据的增加，不断更新优化数学模型以及模型内的参数，提高分析结果的准确性，给出更合理的建议，从而增强系统功能。
3智能船舶的功能
3.1智能航行
在智能航行方面，驾驶室进行合理的功能分区和配置，按照功能划分为航行和操纵工作站、监测工作站、操舵工作站、靠泊工作站、航路规划工作站、安全工作站、通信工作站和指挥工作站。海上导航系统：具备航行状态和风速风向监控、航线规划、航路导航等多种功能。机舱监测和遥控系统：船员根据系统显示的信息判断机舱设备的运行状态。根据不同功能的工作站，将具备导航、操舵、避碰、航行控制、通信、监测和报警等众多功能的设备集成在一起，驾驶室仅需很少的船员就可完成各种监控和操作，提高了船员操作和管理效率，保证了船舶和人员的安全。
随着大数据分析、通讯技术发展，在分析处理传感器采集的大量外界和自身信息基础上，对营运航路的优化选择和航速自动优化已成为可能。MAR0RKA、FURYNO和JRC等公司相继开发了能源监控设备，可以基于气象、经济性和物流信息，制定和优选航路。设备系统能够根据船舶性能、特定的航行工况、吃水和到港计划，接收岸基支持中心反馈的风、浪、流、涌等信息，根据船舶能耗最低的原则，制定航路、航速。由于海洋环境恶劣多变，该系统还能在整个航次计划中，根据气象海况环境不断优化航路、航速。随着科技的发展，在岸基支持中心的协助下，可以预计未来船舶在海上能够自动避碰、自主航行，从开阔水域到狭窄水道，逐步提高复杂海洋环境下的自动避碰技术，实现真正意义上的无人驾驶。
3.2智能机舱
智能机舱是在机舱自动化基础上，应用状态监测系统获取信息和数据，分析机舱内主机、辅机等船用设备和轴系结构的运行状况，提出设备操作方面的决策和维护建议。目前机舱内主要动力设备已经实现状态监测的功能，比如机舱监测与报警系统，具有实时在线监测机舱各主要动力设备运行状态并生成报警信息的功能。在集控室内的监视屏可以集中显示设备的运行状态、参数以及故障报警状态，以便船员全面了解所有设备的运行状态和参数。
业界进一步的研发方向为船用主机等设备的故障诊断与性能优化。在故障的诊断与分析方面，考虑以大数据为基础，多角度多因素进行综合分析。目前应用范围较广的故障诊断技术有性能参数分析法，它首先利用传感器、仪器获取设备的性能参数，比如转速、温度、气压、油压、力矩等；然后对采集到的信息进行比较、分析，依此判断船用设备的工作情况及其故障趋势。相比传统故障分析方法，运用状态监测系统能够筛选出测试对象的相关信息进行分析，提醒船员发生故障或性能劣化的部位，产生故障的原因以及故障部位的发展趋势等。以往航运公司根据经验制定一套周期固定的设备维修保养计划。状态监测和故障诊断系统的出现，使得设备维修保养计划更为合理。视情维护系统根据故障诊断与健康评估结果，制定机舱设备及部件的详细维护计划。
3.3智能货物管理
智能货物管理是通过在货舱或者货物保护系统内安装传感器等设备，采集货物、货舱和货物保护系统的参数实现的。运用自动控制技术和大数据技术分析处理采集的参数，达到对货舱、货物等实时监测，如某些参数超过临界值给出报警提醒、操作建议。同时，根据采集的船体浮态、强度数据对货物的装载配置进行优化。如设计装载冷藏箱的集装箱船时配备特殊的冷藏箱监控系统，可以监控冷藏货物的状态。其原理是在冷藏箱内布置传感器，收集冷藏箱的参数，把数据通过冷藏箱集中控制器上传到船用电脑，并由船用电脑发送到集装箱信息中心的码头管理系统。船员和码头管理人员能够直观了解冷藏箱的堆存状况和冷藏箱的运行状态。液化天燃气（LNG）运输船安装有压力监测系统，用于监测货舱的温度和压力，以减少液化天然气气化。油船在泵房、压载舱及空舱等处所安装气体探测系统，用于检测碳氢、硫化氢等可燃性气体是否超标。对于车辆、钢卷、大型设备以及集装箱等货物移动的监测，可以通过无线传感器来计算货物具体行为并判断货物的移动。货物配载优化和自动装卸是较为复杂的问题，不仅需要考虑浮态、稳性和强度，还要考虑装卸货顺序速度、装卸时间、货物特性等，因此实现起来仍有一定难度。
结语：
目前，中国在互联网、信息化、大数据应用等方面已走在了世界前列，这给中国智能船舶发展创造了良好的条件，“大智”号的横空出世，无疑是对中国造船实现弯道超车的巨大提振。
参考文献：
[1]梁云芳，谢俊元，陈虎，等.智能船舶的发展研究[J].船舶力学，2017，（z1）：651-664.