摘要：随着航运技术发展，船舶信息化程度逐渐增强，对船员的能力要求也越来越高。目前，对船舶运行状态的判断还是以船员的经验和理论知识为主，如果决策失误，势必对船舶造成损失。针对这一情况，提出基于智能信息处理的智能船舶。智能船舶利用信息化技术，实现智能化感知、分析、判断、决策和控制，最终达到降低人为因素导致的事故，保证船舶安全航行的目的。本文概述智能船舶的由来和演进，综述国内外智能船舶的发展现状及智能船厂的发展现状，总结智能船舶相关配套技术，展望智能船舶的发展趋势。
关键词：智能船舶；船舶智能化；大数据；e航海
随着航运技术的发展，船舶信息化程度逐渐增强，船舶的操作越来越复杂，对船员的能力要求也越来越高。目前，对船舶运行状态的判断还是以船员的经验和理论知识为主，如果决策失误，势必对船舶造成损失。面对这一情况，提出了基于智能信息处理的智能船舶。
智能船舶就是利用信息化技术，比如传感器、数字建模、数据监测、数据采集等技术，实现智能化感知、分析、判断、决策和控制，最终达到降低人为因素导致的事故，保证船舶安全航行的目的 。智能船舶的关键技术就是能够在大量的信息中，将数据进行融合，然后通过数据分析系统进行评估，进而做出最优决策，实现对船舶的智能控制。智能船舶的关键技术包括趋势预测和故障诊断等。趋势预测技术能够对系统运行的可能趋势进行预报，根据变化趋势控制船舶系统，保证稳定安全运行。
智能船舶的概念
2006年，国际海事组织（IMO）提出e-Navigation（e航海，或称“电子航海”）概念，即通过电子信息手段，在船上和岸上收集、综合和显示海事信息，实现船-船、船-岸和岸-岸之间信息的相互沟通，以达到船舶安全、经济航行和环境保护的最终目标。这可以算是智能船舶的概念的起源。
国外对于智能船舶，有“Intelligent Ship”“Connected Ship”，“Smart Ship”，“Smart Connected Ship”幾种表述，主要是指利用现代化的信息技术手段实现船舶智能化运行的船舶，另外还有“AutonomousShip”，“Robotic Ship”，“Unmanned Ship”等表述，是指可实现自主航行的自动化船舶或无人船舶。
限于当前国际法规的限制，完全无人化船舶的服役在短期内还无法实现，但欧洲对于无人自主船舶技术的研究和概念设计仍在持续进行。
中国船级社于2015年发布，2016年3月生效的《智能船舶规范》对智能船舶的定义为：智能船舶是指利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段，自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理分析技术，在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶，以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠。
智能船舶可分为四个发展阶段：第一阶段的智能船舶仅限于船用设备状态远程监控和数据分析；第二阶段的智能船舶利用云计算、物联网和大数据分析等技术，通过连接岸上中心为船舶定时提供安全、环保和能效优化建议，实现半自动化航行；第三阶段的智能船舶在船舶数据分析的基础上，加入港口物流信息，实现船岸信息间的无缝连接，实时动态地完成航行、船期和港口操作等的优化；第四阶段的智能船舶将实现全自主化无人驾驶和港口自动化装卸与物流。当前的智能船舶正处于由第一阶段向第二阶段的过渡阶段。
智能船舶功能
目前，物联网和大数据分析等技术已不同程度地应用于船舶节能航行、船体管理、机舱设备监控、能效管理、货物管理等方面[3]，为船舶提供安全、环保和能效优化建议。智能船舶正在朝船岸信息无缝对接方向发展，实现以自主航行、自动避碰、自动靠泊为特征的无人驾驶和港口自动化装卸与物流。船舶配备航行状态能效监控、船体应力监测等智能化设备，需要安装大量配套的传感器，相关的设备系统也要进行升级改造。系统、人机交互、软件、网络与通信、数据安全、网络安全六个方面的风险，给智能船舶的设计带来挑战。
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。
MARORKA、FURUNO 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。
2.智能船体
智能船体包括两方面，一是在设计、建造和营运阶段建立船体数据库，在船体结构安全和进坞修理维护等方面提供更加合理的建议； 二是航行中收集监测船体相关的数据，提出船舶操纵中的辅助决策。全生命周期管理的船体数据库包括船体结构模型、结构强度分析模型、船体性能计算模型。数据库的建立是将船体设计、建造和营运各阶段的数据以标准化的电子数据形式存储和传输，并及时维护与更新。
智能船舶研发
南通中远海运川崎船舶工程有限公司在智能船舶领域开展了探索工作。在经过市场调研、船东意见征询后，自主开发了智能船舶能效管理系统，并于2017年9月安装在13000标准箱集装箱船上。该系统具备纵倾优化、燃油管理、报告管理、远程监控、性能分析、污底分析等功能。系统利用物联网技术通过卫星传输网络，将船舶运行状态等数据传输到岸端数据中心，并对数据进行分析。系统装船后，将为大型集装箱船的节约燃油和操作维护提供支持，推动船舶更高效、更安全、更可靠的运营管理。系统经过半年的运行，取得了预期的效果。
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