智能化船舶的发展和对未来航运业的影响

　摘要:在全球贸易中，海运承担着主导地位，很多大宗商品例如石油、天然气、钢铁、煤炭，相当一部分都需要通过海运来完成运输。从2020年初到今天，新冠疫情席卷全球，不仅冲击了全球的经济，也给我们的正常生活带来困境。海运凭借其运输量大、运输成本低的特点，对全球经济的复苏起到非常关键的作用。造船业与海运业密切相关，不可分割，造船业的兴衰也影响着海运业的发展。受疫情影响，海运的运营成本不断提高，如何造出经济性更好、更加安全稳定的船舶成为全球造船业共同探讨的话题。智能化船舶成为未来海运发展大趋势，智能化船舶的研究也逐渐被各国提上日程。本文收录了一些关于智能化船舶的发展状况的阐述以及智能化船舶对未来航运影响的分析，希望对相关工作者在以后的研究中能够提供帮助。

　关键词：船舶；智能化；海运

　1绪论

　　1.1选题背景

当今的时代大背景，是信息化的时代。科技在飞速发展的同时，也不断渗透到我们的生活中，“智能”这个逐渐广为人知的词汇，也慢慢变成我们周围各个事物的新标签。小到智能手机、智能电视、智能手表，大到汽车、飞机、轮船、火箭，都伴随着科技的飞速发展变得越来越“智能”。从2020年初到今天，新冠疫情席卷全球，冲击全球经济的同时也给正常的国际贸易带来困境。而在国际贸易中，海运承担着主导地位，很多大宗商品例如石油、天然气、钢铁、煤炭，都需要通过海运来完成运输。海运也凭借其运输量大、运输成本低的特点，对全球经济的复苏起到非常关键的作用。同时，海运业自身也正在快速发展，让船舶更加智能，操作更加便捷，航行更加安全，对环境更加友好，也是未来的大趋势。世界各国的造船业和航运业对智能化船舶的发展予以了相当的重视，我国智能化船舶的发展也正在稳步进行，但虽然我国的智能化船舶在船舶类型和制造标准规范等方面基本达到了国际先进水平，但想要在船舶制造业实现弯道超车，制造出世界一流的智能化船舶并成为行业领跑者，我们仍旧需要针对智能化船舶的技术创新和其市场化发展等问题继续探索最佳的解决方案。

1.2研究目的及意义

我国造船业在全球市场的份额一直处于领先地位，造船完工量、新接订单量和手持订单量多年保持全球第一。在激烈的全球市场的竞争中能交出这样一份答卷似乎是一个不错的成绩。但是全球最多的订单量换来的却是最低的整体利润率，技术实力低，即便产出很高，利润却没有多少。近几年我国航母一艘接一艘下水，深水潜艇和潜水器的制造水平也在全球领先，但术业有专攻，虽然我国在军用船舶上后发制人，以大国重器立足世界，但在民用商用船舶上，制造技术的确还没有精进。事实上，我国船舶制造业订单量虽然是世界第一，但里面大部分订单都是散货船，却没有多少订单是专用技术船只。在船舶制造行业里，一艘高价值的商用船和一艘普通的散货船，单个利润差距可以说是天壤之别。我国工信部副部长辛国斌同志也指出：中国船舶工业大而不强的状况并没有明显改变。这也提醒了我们，我们不能只着眼于造船数量的多少，更要注重发展具备新技术、更加安全、更加智能的新型船舶，在提升市场占有率的同时更进一步提升品牌竞争力。尤其是一些大型集装箱船，还有像LNG船(液化天然气船)这样制造难度大、高度自动化的船舶，我们仍然需要投入大量精力到其研发与制造中去。我们可以试想，如果所有在我们浩瀚的海洋中航行的船只都可以自动导航、自主绘制航线、独立思考，而不需要任何人为的投入，那会怎么样呢？当下只有掌握了核心技术和制作工艺，制造出具备更高技术、更加智能化的船舶，才能在未来的造船市场中拥有话语权，才能拓宽在全球造船业的市场，在将来激烈的国际竞争中站稳脚步。

　1.3国内外研究现状

　　1.3.1国内智能化船舶发展状况

自2014年起，我国已广泛开展了智能化船舶的研发工作，中国船舶工业集团自主研发的智能化船舶就是其中的代表。2017年12月，“大智”号正式交付使用，这也让它成为世界首艘通过船级社认证的智能化船舶，“大智”号也获得了英国劳氏及中国船级社颁发的智能化船符号。“大智”号承载了我国自研的智能航行系统、船舶智能运行与维护系统以及船舶智能集成信息平台，同时也具备自主学习能力，船舶的管理和操作也因此获得有力支持。2018年11月，智能超大型矿砂船(VLOC)“明远”号正式交付使用。明远号的交付，标志着中国智能化船舶进入了一个全新的时代。“明远号”上有7个货舱和1个液化天然气舱，其载货量可以达到40万吨。如果按照每节火车车厢能够运输60-70吨的矿石计算，明远号的运量就相当于6600多节火车皮。在航行速度、操纵性、耐波性及节能性方面较上一代矿砂船都有很大提升。“明远号”获得了中国船级社(CCS)和挪威船级社(DNVGL)的双重认证，同时也是挪威船级社认证的世界首艘智能化船舶。

2019年5月，我国自主研制的“荷花”号13500标箱集装箱船正式交付运营。“荷花号”上创建了船岸一体的岸基条件，通过基于大数据分析的云数据中心可以实现船岸信息对接及协同智能应用，这也满足了船公司对于船舶在航行、设备维保和能效管理等方面的远程管理控制需求。

从“大智”号、“明远”号到“荷花”号，我们不难发现我国不仅智能化船型的种类在不断增加，而且在全球三大主要船型(油轮、散货船、集装箱船)上都得到了全面的发展。并且由船舶制造的智能化向船舶使用者的智能应用方向转变，根据不同的船型和船东的不同需求，进行定制化设计，让智能化船舶具备更好的推广应用前景。

　1.3.2国外智能化船舶发展状况

欧盟由超过37000公里的水路网络相互连接，其内河水路运输共享模式具备巨大的潜力与可能性。然而，由于内河水路运输在经济效益上的竞争力不足，欧洲水路交通运输网络利用率有待进一步提升，而智能化船舶恰恰是解决这一问题的关键。上世纪七十年代开始，东亚地区的经济渐渐崛起，国际造船业的主要市场由西方逐渐向东方靠拢。欧洲造船业历史悠久，造船技术积累丰富，在对市场的研究和信息的掌握上也有诸多优势，众多欧洲船厂开始主攻具备高新技术且具有高附加值的高端船舶的建造。这样生产出来的船舶，除了运用新技术和新工艺外，构造也更加复杂，在航行时的稳定性和安全性也大大提升。2000年1月，欧盟开展了ATOMOSIV项目(优化船舶运行安全性的技术——智能化船舶)，该项目的目标是把当下最尖端的计算机与控制技术应用于欧洲的船舶中。由于船舶的更新换代速度较慢，服役的周期较长，因此老旧船舶上的计算机和控制系统较为过时。该项目的主要方法是将旧船翻新，把最先进的控制系统安装到老旧船舶上，同时引入以人为中心的管理系统，以便更好地获得船舶航行信息。在对试验船舶进行改造后进行了海上试验，进一步验证了其安全性和可靠性。2012年，德国，挪威和瑞典的多家研究机构共同发起的“MUNIN”(基于智能化网络的海洋无人航行)项目，研究对象是无人散货船。近几年来，随着科技的发展，欧洲的各船级社、造船厂和其相关配套的企业也在XX的支持下大力推动智能化船舶的研发和应用。综上所述，欧洲国家对智能化船舶的研究主要围绕自主航行技术和远程控制技术两个方面展开。

韩国的造船业比较集中，有全球最大的造船带，并且造船相关的配套企业及研究机构较为完备，拥有巨大的集群配合优势。前文中提到了LNG船，世界公认最具制造难度的船舶依次是LNG船、航空母舰、豪华邮轮，LNG船也被称为“海上超级冷冻车”，其要求在-162摄氏度低温下运输液化天然气，而韩国造船业的强项就是建造LNG船。韩国船企也致力于智能化船舶的研发以引领全球市场。在韩国智能化船舶研究领域，韩国的现代重工走在行业最前沿，

2015年，现代重工与网络服务企业埃森哲开展合作，共同设计出“智能互联船舶”，通过数字技术为船舶运营商提供更好的管理，节约运营成本。2020年4月，韩国现代重工与韩国科学技术院(KAIST)共同开发了“现代智能导航辅助系统”(HiNAS)。该系统是基于人工智能(AI)技术和增强现实技术(AR)提升船舶的避碰能力，使船舶的安全性大大提高。韩国的一些造船企业也致力于在船舶制造方面向智能化转型。2021年10月，三星重工巨济造船厂的船舶建造工序向自动化、无人化作业转型。2022年5月9日，大宇造船公司自主开发的智能化船舶技术“LNG船液货舱环境监测及远程控制系统”已成功应用于实船。该系统可以对LNG船液货舱的温度和湿度实施远程监控。大宇造船此次应用于实船的系统特点是，在液货舱内设置能够感知温度、湿度、露点的物联网(IoT)传感器和通信设备，通过电脑和手机获取液货舱的实时状况。工作人员可以简便地实时确认液货舱的数据，进行远程检查并调节温度和湿度。近年来，韩国一直保持对智能化船舶的研究，其部分技术已成为国际标准的典范，综合分析发现，韩国的智能化船舶研究主要围绕岸基资源利用和信息技术产业牵引展开。

　1.3.3文献综述

韩泽旭通过对智能化船舶的发展进行研究分析，在《智能化船舶的发展现状及趋势》中详细介绍了各国智能化船舶的研究发展状况。刘佳铭，李赫也在《船舶智能化研究现状及发展趋势》中介绍了智能化船舶的研究现状和核心技术，这对于智能化船舶的认识提供了思考。

综合国内外的智能化船舶发展的参考文献，可以明确，智能化船舶无论是从经济性、安全性还是环保性都优于传统船舶，在未来智能化船舶也将逐步代替传统船舶成为世界航运的主力军。所以，对于智能化船舶的发展和对未来航运业的影响，也需要特别关注。

　1.4研究内容和研究方法

　　1.4.1研究的主要内容

第一章主要阐述了智能化船舶的研究背景，智能化船舶的研究目的及意义，智能化船舶的国内外发展状况。

第二章主要阐述了智能化船舶的概念和功能。

第三章主要阐述了智能化船舶的主要技术。

第四章主要阐述了智能化船舶航行的相关标准及规范

第五章主要阐述智能化船舶对未来航运业的影响。

第六章是本文的总结与展望。

　1.4.2研究的主要方法

本文通过对智能化船舶发展的研究和智能化船舶对未来航运影响的分析，主要通过4个方法进行研究，分别是文献分析法、比较分析法、内容分析法、描述性研究法。

(1)文献分析法：通过搜集和自己课题相关的文献资料进行分析，确定课题的性质，并从中得到自己的观点和研究方法。本文借助了学校图书馆的大量相关书籍，搜集了大量网络上丰富的学术期刊及硕士论文，通过这些搜集和整理，明确了智能化船舶相较传统船舶的优势。

(2)比较分析法：本文通过将智能化船舶与传统船舶相比较，了解了二者各自的优缺点，明确了智能化船舶运用的新技术和对航运的影响，从而引出主题。

(3)内容分析法：指对传播内容的信息和变化进行分析，由表及里，由浅至深，层层递进的一个过程。本文的核心是对智能化船舶的发展状况进行梳理总结，同时对智能化船舶对未来航运的影响进行深入分析。

(4)描述性研究法：将关于智能化船舶的目前已有的一些理论通过自己的理解，给予陈述并解释出来，定向的提出目前智能化船舶领域存在的问题，揭示出目前智能化船舶的短板和不足，介绍和陈述智能化船舶对航运业的作用和对未来航运的影响。

　2智能化船舶简介

　　2.1智能化船舶概念

在智能化船舶中，利用了可以增强避碰能力的传感器，更加先进的通讯手段，物联网技术和互联网技术。智能化船舶可以自动感知船舶周围的海况、附近海上的风力、海面的风浪大小，可以预测航线上的天气状况以便及时做出反应。智能化船舶还可以对船内设备进行实时监控，及时反馈设备的故障问题，保障设备安全稳定的运行。可以将物流和港口等方面的信息通过计算机、自动控制技术和大数据技术进行处理和分析，使最终得到的数据更加详细准确。

2.2智能化船舶主要技术

　　2.2.1信息感知技术

基于智能化船舶上的传感设备和相关系统，智能化船舶可以自动感知周围的环境，对航线上的各种信息收集和分析，保障船舶的稳定和安全运行。具体采集的信息为船舶自身信息和周边信息，例如船舶位置、航速等状态信息、机舱设备信息、周围障碍物和天气信息等，各种记录仪、风速风向传感器、雷达、摄像机等采集设备负责信息感知，通过针对性地分类和整理，消除掉冗余数据对判断带来的负面影响。船舶感知信息大致分为两种，即船舶自身的状态信息和周围环境的信息，如下图所示。

7f06d91d9fe96930b608249acaccb195

　2.2.2通信导航技术

古代人在海上航行依靠司南和星象来判断方向，而在当今的信息化时代，通信导航技术在船舶上有着不可或缺的作用。该技术可以对船舶进行定位，使船舶不会偏离航线。也可以对航行路径进行分析计算，确定合适的航线。通信导航技术也可以实现船-岸-船之间的信息互通，通过无线电技术和卫星导航技术向船舶提供航行支持，使船舶在复杂航行环境下也可以畅通无阻。而在非航行系统中，通信导航技术还可以实现信息传递的作用，比如在智能能源效率管理模块中，通信导航技术可以将能源消耗、航速和纵倾角等多个方面的信息汇总后传输到控制中心。

　2.2.3航线规划技术

航线规划技术是船舶通过获取航道信息、航道的船舶密度信息、船公司的船期信息、航道的水流分布等信息，智能分析后实时地完成船舶对航道内的位置和航道的选择，从而优化航行路线，最终达到安全、高效、绿色环保的目的。在此基础上，提供了多种航行规划的方法，目前比较常用的方法包括：线性规划法、遗传算法、混合整数规划模型、模拟退火算法和粒子群优化算法。[8]航线规划技术对智能化船舶的主要作用是对智能导航模块的航路进行设计与优化，通过航线规划、航线监控、自动避碰等功能，使船舶在海上的运输更为安全高效，缩短航程的同时也减少了燃油消耗，经济性和环保性也得到提高。

　2.2.4故障诊断技术

故障诊断技术是指在船舶机械设备运行时或基本不拆卸的条件下，通过获取被诊断设备的运行情况，对被诊断设备检测并获取有用的信息，再对这些信息进行整合分析和处理，从而判断出被诊断设备的状态是否正常或是否存在故障，再对可能出现故障的位置或零部件进行判断，并智能分析出现故障的原因，预测其发展趋势，从而提前布控和维修保养。状态监测与故障诊断技术主要应用于智能化船体和智能机舱两大模块。

　2.2.5遇险预警救助技术

水上交通事故经常发生，特别是碰撞、搁浅等，一旦发生事故，给船舶经营者带来巨大经济损失的同时船内人员的生命也遭受很大威胁。不管是在海上航行的船舶海上内河船舶，碰撞事故是水上交通事故最普遍的一种，也占据了全部水上交通事故的很大比例。船舶遇险预警和救援技术是一种非常有效的应对海上交通事故的方法，降低事故发生率的同时也大大降低了事故损失，有力的保障了船上人员的生命安全。

　2.2.6安全驾驶智能辅助

安全驾驶智能辅助系统可以辅助驾驶员更好地感知船舶自身状态以及了解周围航行态势,规避驾驶员视野受限以及驾驶员的感知不足,补充驾驶员感知和判断能力的不足,防止船舶发生碰撞等事故。此系统可以实现全天候的对水

上航行环境感知并进行三维动态展示,在夜间航行和大雾天气的时候也可以辅助航行,同时对监测区域内的所有船舶进行数字化动态实时显示,包括航速、航向和航迹等。当预测到有碰撞风险时,会进行智能分析并采用声光电预警,智能避碰。但需要强调的是,该类系统目前还只能作为智能辅助系统,提供驾驶环境感知和形势分析预判,为驾驶人提供参考,目前来说并不能完全替代船舶驾驶人的功能和职责。但随着科技发展和技术的完善,相信在不久的将来会实现不需要人为干预的完全自动驾驶。

　3智能化船舶航行的相关标准及规范

　　3.1智能化船舶航行标准需求分析

目前，各船级社发布了部分关于智能化船舶的规范，详细定义船舶了获得入级符号的要求。例如DNVGL的Smart Ship，ABS的AutonomousShipping，该规范主要适用于申请CCS智能化船舶附加标志的船舶。根据中国船级社的智能化船舶规范，总结了如下几条航运业对智能化船舶航行的需求：

(1)智能化船舶交付之前应满足船舶智能航行测试技术要求，测试应当包括测试的目的、原则、方法、架构和报告格式，通过虚拟仿真法、模型试验法以及实船测试法三种典型方法进行全方位测试。

(2)船舶智能航行测试环境建设要求，针对模型测试水池及实船测试场，围绕选址、设备系统布设、风浪流涌等外部环境模拟、船舶及障碍物模型的制作和布置等提出相应技术要求。

(3)智能化船舶测试性能要求，即针对船舶在智能设备系统的控制下，浮性、稳性、快速性、操纵性、耐波性等各类常规船舶通用评价指标的测试场景设计以及技术指标要求

(4)智能化船舶测试能效要求，即针对船舶在船舶能效管理系统控制下的能效表现提出测试场景设计以及技术指标要求。

(5)智能航行典型场景功能测试要求，即针对船舶自主航行、自动靠离泊、自主避碰、远程遥控等典型智能功能提出的测试场景设计和技术指标要求。

(6)船舶智能航行测试信息联通要求，包括针对船载网络设备系统之间，以及船舶与各测试模块之间数据接口和传输的技术要求，如数据传输频率、存储方式、连接方式、带宽要求等。

　3.2智能化船舶航行测试技术

智能是智能化船舶的核心要素，具体体现在自主航行、自主避碰、自动靠离泊等典型应用场景下船舶智能设备系统体现出的环境态势感知、分析决策和操控等功能。围绕上述四类船舶智能航行测试对象，结合相关安全性和经济性考虑，目前国内外相关企业和科研机构开发和采用了包括虚拟仿真、模型测试和实船测试的船舶智能航行测试验证体系。其中，虚拟仿真是运用数字孪生技术模拟物理环境，在前期对智能化船舶相关决策和控制理论、算法和程序进行测试，发现错误和问题、缩短周期、降低成本、提高效率。模型测试是指在智能化船舶设计建造中期将等比例缩小的船舶模型及障碍物置于测试水池中，在风、浪、流等外部条件作用下进行航行试验，获取相关数据并进行调试，以降低风险、成本和开展实船试验在组织协调方面的难度。实船试验是船舶智能航行的最终测试阶段，承担船舶可靠性、安全性和各实际场景下所有功能的实际检验，是最终获得认证的必经程序。测试与验证工作贯穿于智能化船舶及相关设备系统技术研发和生产的全过程。

　3.3船舶智能航行测试国际标准梳理

目前，针对智能化船舶及其配套设备的国际标准主要集中在国际标准化组织船舶与海洋技术委员会“智能航运”工作组(ISO/TC8/WG10)和国际电工委员会海上导航和无线电通信设备及系统技术委员会(IEC/TC80)。但标准涉及领域主要覆盖智能化船舶船载网络、通信数据、术语等前沿技术以及雷达等单体电子通导设备的性能表现。随着IMO《自主水面船舶暂行导则》的出台，近年来智能化船舶测试逐渐成为业界关注的焦点，但各方专门针对智能航行测试制定的标准较少，现有标准也不足以支撑当前技术和规则背景下船舶智能航行测试工作的开展。现有船舶智能航行测试领域国际标准梳理如下：(1)IALA-电子航海(e-navigation)测试场的规划与信息报告导则。国际航标协会(IALA)于2016年发布的《电子航海(e-navigation)测试场的规划与信息报告导则》是当前各国开展智能化船舶测试场建设的重要参考。导则共分为4部分，其中第四章“测试场的规划”中针对测试场建设需要考虑的因素、测试场设计、船舶智能航行试验与试验结果分析分别提出了原则性要求，第五章和附录中则分别给出了智能化船舶测试结果的报告要求及相关模板。总体上，考虑到该文件发布时间较早，内容较为概括和简略，距离相关企业和科研机构开展船舶智能航行测试验证工作的实际需求仍有一定差距。

(2)智能化船舶性能测试要求相关标准。智能化船舶性能测试相关标准对应船舶在智能设备系统控制下的稳性、浮性、快速性等常规性能，相关标准主要由国际标准化组织船舶与海洋技术委员会(ISO/TC8)的船舶设计委员会制定，值得注意的是，相关技术要求在船级社规范中也有较多体现。与常规船舶相比，智能化船舶的特性主要体现在其船上电子设备系统，ISO17894“海事应用中的可编程电子系统的开发与应用”对其做了较为详尽的规定。该标准为海事系统中应用的电子程序提出了20条开发原则，包括风险评估、系统冗余度、信息传输的及时性和准确性等，用以确保相关电子设备系统的安全性和可靠性。该标准是依托IEC61508“电气、电子、可编程电子安全系统的功能安全”标准，结合海事工业的特点修订而来，在船舶智能航行测试中具有重要意义。

(3)船舶智能航行测试信息联通相关标准。目前，国际标准化组织针对船载网络及相关数据传输已经制定了若干标准，但尚无专门针对船舶智能航行测试场的网络布设和数据传输相关的标准。针对船载网络和数据传输，目前日本通过其国内的“智能化船舶应用平台”(SSAP)系列项目，在ISO/TC8/WG10内发布了ISO16425《船舶与海洋技术船载设备和系统通信网络布设指南》、ISO19847《船舶与海洋技术用于现场数据共享的船舶数据服务器》和ISO19848《船舶与海洋技术船载机械设备的标准数据》等一系列国际标准。其中，ISO19847对船端数据服务器的功能要求和性能标准做出了定义；ISO19848对数据服务器的数据源，包括船载传感器的识别码格式、通用数据模型和数据格式等给出了要求。这两项国际标准构成了“ShipDC”架构下船端数据管理和核心，目前在国际上拥有较强影响力。此外，ISO/TC8/WG10内目前还在开发ISO/WD23807《船舶与海洋技术船岸数据通信一般要求》标准。上述标准均将对智能化船舶的技术研发和测试验证工作提供参考。

3.4本章小结

随着相关技术的不断发展，国际法规的不断完善，给智能化船舶的实船功能试验带来新的机会。也为其经济性和可靠性评估、市场推广提供了新的机会。但目前来说，主要的国际标准化组织还没有就智能化船舶测试场的建设、测试的流程及测试要求等制定出具体的标准，只有少数指南给出了大致的描述性要求，想要开展智化能船舶航行测试目前还存在着一些障碍。近几年，智能化船舶的测试越来越受到业内的重视，但是针对有关智能航行试验的相关标准还很少，目前的标准还不够完善，也不足以支撑测试工作的正常开展。

4智能化船舶对未来航运业的影响

　　4.1操作更加简单，航行安全性大大提高

智能化船舶可通过自身的信息感知技术以及通信导航技术降低航行中的潜在风险，并可以大大提高航行安全性。就在一年前，一艘货船在苏伊士运河航行的途中发生事故，造成了整个运河的堵塞，给苏伊士运河管理方造成了严重的损失。海上的事故往往就发生在想运河、港口这样交通密集的狭窄海域。而智能化船舶对船体自身监控比传统船舶更加严密，同其他船舶的通信和信息感知方面也有着更高的要求。在遇到复杂海况或者在交通密集海域航行时，智能化船舶凭借自身强大的信息感知和智能数据分析，使其能够安全的各种复杂水域航行，而传统船舶主要是通过AIS、声纳、UHF通信等手段完成。近年来，航运业发展迅速，但船舶的营运周期长，各种船上综合系统不断整合应用。一些老旧船舶的通讯手段已经不能满足日益增长的通讯需求。近年来5G技术的发展将通讯水平提升到一个新的高度，其高速率、低时延和大连接的特点对于舰载通讯设备是一个巨大的提升。智能化船舶利用到新的技术科技，不仅会有更大的通信带宽，其传输的信号也有更强的抗干扰能力，通讯方式也会变得更加便捷。智能化船舶可以通过整合和分析周边的复杂环境信息，为船员提供良好的环境知觉，从而实现船舶操作的简单、安全、稳定和高效。

　4.2提高能源效率

智能化船舶的能效管理控制技术可以大幅提高能源效率，节约运营成本的同时也使船舶更加环保。随着经济增长，可持续发展的理念已成为各行业的共识。这对于承担80%货物运输的航运业也有着至关重要的影响。船舶的节能问题一直是各国造船界和航运界共同研究的重要课题，如何通过数字化赋能实现节能减排、提效增值，也成为各个航运企业面临的重大挑战。虽然近几年有一些新型能源和混合能源的船舶出现，但燃油船仍然占据航运业的主导地位。每艘在海上航行的船舶每天都要消耗大量的燃油，如果可以提高燃油效率，不仅可以节约大量的燃料资源、节约运输成本，还将对全球的环境保护做出重要贡献。相较传统船舶，智能化船舶通过对船上的动力系统进行节能技术改造，不仅可以节约航行的燃料、减少船舶的运输成本，企业的利润率也得以提高。智能化船舶降低了对环境的污染，实现经济性和环保性的双重收益。

　4.3提升运营效率

智能化船船舶通过航线规划技术对航线进行合理规划，节约航行成本，提高运营效率。在早期的航路设计中，船舶驾驶者的主观意识占很大一部分。海员的航行经验和对工作的态度也会直接影响到路线的判断。后来，电子海图(CECDIS)等现代综合导航技术应用到船舶上，船舶的航路设计大多采用ECDIS进行规划，但在设计过程中依然存在一些主观因素，航线设计人员难以借鉴其他有丰富经验设计人员的成果。航线的自动规划是当前电子海图中的一个重要内容，利用智能化的信息处理技术进行航线规划，可以使航线的设计更加合理，减少人为因素的干扰，大幅提高航线的安全性、经济性和可靠性。

　4.4预防风险，节约成本

智能化船舶的状态监控和故障诊断技术具有防范潜在危险、节省维护费用等优点。目前，传统船舶设备的维修方法是以预防为主，而大型检修则是采取定期的维护和保养。定期的进行大规模安全检查固然可以为船舶安全提供保障，但是不可避免地会造成额外的经济损失，高维修成本也对船舶运营者带去较大的压力。相较传统船舶的管理模式，智能化船舶的智能状况监测通过对船舶状况的检测与评估，可以为船舶经营者进行提供客观参考。船舶的状态也能够实时监控，同时为船员提供可靠的故障信息和依据，从而快速准确的判断故障源并精确的修复故障，节约时间的同时也节约了维修成本。以最小的维护成本获得最大的经济效益，从而提升船舶经营公司的市场竞争力。

　4.5提升应急能力，增加安全保障

智能化船舶的遇险预警救助技术可以对风险进行快速响应，大大提高船舶应急能力，保障船舶人员安全。近几年，水上交通事故时有发生，不同于陆地交通事故，在水上一旦遇险，危害程度大，财产损失高，救援难度大，对船员安全的威胁性大。2021年1月3日，巴拿马籍散货船“DLACACIA”轮自东莞沙角电厂空载驶往印尼三马林达港载货途中，在中国南海海域与正在拖网作业的“桂钦渔20216”渔船发生碰撞，导致渔船沉没，船上8人落水，其中1人获救，1人死亡、6人失踪，构成较大等级水上交通事故。那么，如果可以提高预警能力，对险情快速响应，就可以减少很多损失。智能化船舶的智能遇险预警救助技术可以快速高效的对遇险目标进行定位，水上搜救的效率得以提高，事故后果的严重性被大大降低，船员的安全得以更好地保障。

4.6推动行业变革

智能化船舶自主航行的最终目标是实现无人航运，推动行业变革。船舶的智能化将给传统航运带来新的活力。智能化船舶通过自动航行技术，可以减少船舶上的配员，从而节省船上空间，船舶的建造成本和运营成本降低，载货能力得到提升，船舶的经济性也得以提高。在航行安全方面，在无人化航运中，船舶将由岸上的工作人员进行远程操控，操作环境更佳的同时，也可以减少人为因素对船舶航行安全的不良影响。

5总结与展望

　　5.1总结

近几年，世界各国对智能化船舶的需求与日俱增，纷纷将大量的资金投入智能化船舶的研究中去。不同国家的发展重点也不尽相同，欧洲的研究重点是无人航行和远程控制，并寄希望在智能化船舶领域重铸欧洲造船业的荣光；韩国的造船企业充分发挥其产业集群优势，广泛开展智能化船舶相关公司和企业的合作交流，同时致力于在未来研究出无人化的LNG船；日本将智能化船舶的研究重点放在新兴技术与传统产业的融合中，同时重视智能化船舶的标准建设，致力于实现标准化和科研的共同前进；我国对智能化船舶的研究主要围绕顶层设计和相关的研究开展。当前，智能化船舶的发展正处在阶段变化的转折点，如何度过这个智能化船舶发展的关键时期，对于我们来说，是机遇也是挑战。虽然我国对智能化船舶的研究总体处于世界领先水平，但我们仍需在推动建立健全智能化船舶的相关法规和规范方面继续努力，广泛的开展国际交流合作，推进智能化船舶的进一步发展。

本文描述了智能化船舶的发展状况，通过与传统船舶的比较阐述了智能化船舶的多个方面的优点，重点介绍了国内外对智能化船舶的研究，智能化船舶的主要技术，智能化船舶航行的相关标准及规范和智能化船舶对未来航运业的影响。同时也提出了目前智能化船舶在实船测试和投入运营的问题和难点，并针对以上部分问题整合了相应的解决方案，希望能对相关从业人员提供一些参考。

5.2展望

尽管智能化船舶的发展世界不长，距离无人化船舶的最终目标还有些遥远。但是随着技术的不断进步，无论是理论方面还是实际应用都在不断地完善。像状态监控与故障诊断技术、通信导航技术、航线规划技术、安全驾驶智能辅助等技术都得到了广泛的应用。虽然有些技术尚且缺乏理论支持，并且在实际应用中也存在一些缺陷，但相信随着技术发展和国际法规的完善，这些技术会得到进一步的验证完善。随着各国针对船舶智能的投入力度日益加大，以及相关工程项目的持续推进，近年来有关智能化船舶的学术论文、技术文件和交流研讨数量和质量都显著提升。可以预见，随着各国技术方案日趋成熟，工程实践经验不断丰富，针对船舶智能化船舶的国际标准将逐渐成为下一步各方争夺的焦点。我们要加快科技成果转化，结合我国工程实践经验和标准国际化需求，寻求设计、建造、运营和检验等不同领域的单位协同联动，主动研究、策划提出国际标准需求。同时要加快智能化船舶的技术研发、产品应用和实践案例总结，在国际上培育技术、产品和服务同盟，积极推动智能化船舶和智能航运产业生态的构建，为我国产业发展和参与国际规则制定提供支持。加快对智能化船舶的研究发展，才能将我国在智能化船舶研究领域推向一个新的高度。

　参考文献

[1]邢辉.面向智能化船舶的航海类新工科人才培养刍议[J].大连海事大学轮机工程学院,2017.

[2]包张静,洪方智,翁雨波,桂傲然.基于线性叠加的智能化船舶经济性评估模型构建[J].中国船舶工业综合技术经济研究院,2020.

[3]刘玉平,伊杰.天津港智能拖轮的方案设计[J].中国港口,2019.

[4]吴笑风,张郑海,许攸,范维,石瑶,岳宏.基于信息流视角的智能化船舶系统模型[J].中国船舶重工集团公司第七一四研究所,2016.

[5]翁雨波,刘碧涛,桂傲然.智能化船舶发展优势及挑战分析[J].船舶标准化与质量,2019.

[6]何映潼,倪烈坤.智能化船舶的发展现状及趋势[J].[1]上海外高桥造船有限公司,2020.

[7]曾晓光.智能化船舶发展新态势[J].中船重工经济研究中心海洋装备技术研究部,2018.

[8]韩泽旭.智能化船舶的发展现状及趋势[J].船舶物资与市场,2021.

[9]黄美艳.内河船舶规范变化及影响探析[J].广西壮族自治区贵港船舶检验局,2018.

[10]李丕范,刘中国,曹童杰.基于5G无线专网的海上风电场智慧运维方案探讨[J].邮电设计技术,2021.

[11]桂傲然.智能化船舶七大关键技术[J].中国船检,2019.

[12]李铭志,何炎平,刘亚东,黄超.智能化船舶系统电气解决方案[J].上海交通大学海洋工程国家重点试验室,2017.

[13]范维,许攸.日本率先拉开“智能化船舶”国际标准化战略序幕[J].船舶标准化与质量,2015.

[14]王玲,张彬祥.船舶通信导航技术及发展趋势[J].中国船舶重工集团公司第七二二研究所,2016.

[15]刘学.VDR”冗余”供电[J].[1]中国船级社,2020.

致谢

行文至此，意味着我的大学生活、我的学生生涯即将落幕，这篇论文也许是我大学生涯交上的最后一个作业了，想借此机会感谢长期以来给我帮助的所有老师、同学。

感谢航运学院认真负责的老师们,在大学两年以来给予的学业以及生活上的帮助，谆谆教诲铭记于心。感谢毕业设计过程中老师的指导,老师专业知识渊博，工作精益求精，在我遇到困难和疑惑的时候给予悉心指点，提出很多建设性意见。饮水思其源，成学念吾师。衷心祝愿各位老师身体健康，工作顺利。

感谢朝夕相处的好友们，我们从山东各地因为缘分相聚于此，相互包容，相互扶持，并肩作战。忘不了两年来，在一起学习和生活的点点滴滴。有几个好友从入学就准备考研究生，还有梦想做一名人民教师的同学，祝好友们早日实现梦想。感谢郭世豪同学和崔旭涛同学对我论文撰写提供的无私帮助。感谢过去两年来给予帮助和鼓励的所有同学，是你们教会我人情世故,对我帮助有加，也让我清晰认识到自己的不足。祝大家前程似锦，我们都有光明的未来。

感谢父母二十余载的悉心培养和教育，焉得萱草，言树之背，感谢他们在我求学之路上的无私支持与默默付出。在我遇到困惑时指点方向，在我感到烦恼时耐心开导，在我受委屈时给予我温暖，做我最坚强的后盾。在这样一个充满欢声笑语充满爱的家庭中长大我感到无比自豪，祝愿父母在以后的生活中身体健康，万事如意。

最后，向审阅我论文和参加答辩的老师们表示最衷心的感谢，感谢各位老师抽出宝贵的时间参加我的毕业论文答辩会，感谢老师们对我的论文的批评指正以及宝贵意见。

最后，谨向所有曾给予我帮助、关心和鼓励的老师同学们致以衷心的感谢。