智能船舶主要机电应用技术分析

（四川交通职业技术学院，四川 成都 610000）

随着船舶自动化程度的提高，人们越来越追求船舶智能化，期望自动感知、主观分析、智慧操作的船舶。因此，必须要把握智能船舶的相关技术，了解其主要机电的应用技术，最终推动船舶行业的快速发展。

1 智能船舶涵义界定

智能船舶运用的是传感、通信、物联网等技术手段，并通过计算机技术、自动控制技术、大数据技术、智能技术等对船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据进行自动感知和获取，推动船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面的智能化运行，保证船舶运行更加安全、环保、可靠。智能船舶具有感知的能力，可以对船舶自身和周围环境信息进行感知。而且具有记忆和思维能力，对于其自身感知的信息及管理知识进行存储，通过已有的知识来分析、计算、比较、判断、联想、决策信息。智能船舶还可以进行学习和自适应，其依赖的是专家知识、与环境的相互作用，通过学习积累知识对环境变化适应。智能船舶可以对自身状况和外部环境做出反应，在形成决策后，为船岸人员提供指导，进行船舶控制，所以具有行为决策能力。

2 智能船舶主要机电的应用技术

（1）智能船舶技术研发策略。在智能船舶的技术研发中，需要进行能效控制，对船舶能效进行管理控制，所以要汇总分析能效指标，改善航线设计、航速、船舶浮态、动力设备等船舶能效因素，有效减少排放、提高能效。智能能效管理模块由能效控制技术服务，船舶能效管理的辅助决策建议需要结合过信息感知技术采集和通信导航技术传递的船舶航行状态、耗能状况等信息进行，综合考虑航线特点、燃料消耗、经济效益等评估结果，在不同目标下提供航速的优化方案。根据航行水域交通流控制信息、前方航道船舶密度情况、公司船期信息、航道水流分布信息、航道航行难易信息，航线规划技术可以智能实时为船舶选择航道内的位置和航道，通过优化航线来实现安全高效、绿色环保。线性规划方法、混合整数规划模型、遗传算法、模拟退火、粒子群优化算法等都属于目前常用的航线规划方法。在智能航行模块中航路设计和优化依赖的就是航线规划技术，船舶海上运输的安全高效要充分发挥航线计划、航线监控、自动避碰等功能，有效缩短运输航程，降低燃料消耗。在智能船舶的状态监测与故障诊断技术中，判断设备的稳定状态或恶化情况要结合监测设备振动发展趋势等技术手段进行。在船舶机械设备运行中或基本不拆卸设备时，故障诊断技术可以对被诊断对象的状态是的异常状态或故障状态进行判断，发现其劣化状态下发生的部位或零部件，就故障产生原因进行判断，对状态劣化的发展趋势进行预测等等。目前智能船体和智能机舱两大模块中开始应用状态监测与故障诊断技术，其运用了采集数据结果，可以监控全生命周期对船体、主机等关键配套，对使用情况进行定量评估，根据辅助决策系统来保证船体和设备的安全性。如果船舶遇险，遇险预警救助技术就可以及时预警及求救，实时监测预警船舶的航行姿态，保证在船舶发生倾覆等突发情况时向监控中心或周围船舶自动发出求救信号，为搜救人员和船舶前往遇难遇险船舶开展救助提供指引。

（2）大数据挖掘处理技术。智能船舶中要对实船进行数据采集，采集航速、航向、风速、风向、主机转速和扭矩等交船试航测试的数据。在特定环境条件下，智能船舶就可以提供营运船舶长期监测的最全面数据。目前智能船舶的航行数据可以定时报送，每4h或6h由船上报送岸上。在营运监测中，可以就航速、航向、吃水、风浪流、水深水温等海况环境、主辅机工作参数、转速与扭矩、船舶驾驶、船舶位置、船舶运动等全部信息获取。智能船舶可以进行数据岸端有线传输，在船舶靠岸或靠码头时通过有线加密方式将数据发送到指定的岸端网络信息平台，也可以在移动存储介质的船舶每个航次返回特定港口时交到岸上指定机构。收集到数据后要进行数据的预处理，并清洗船舶监测中缺失和失真的数据。修改失真的船舶监测数据时，要判断失真数据，比如，结合船舶吃水的区间和范围、数据的量级、数据变化趋势等等监测数据的特性进行。在发现其失真后，要运用一定的数值方法对修补失真的值。而且海上航行船舶的信号会受到各种各样的干扰，噪声和震动也会影响到监测数据的滤波。处理滤波时，可以运用卡尔曼滤波、高斯滤波、中值滤波、均值滤波等多种方法，在船舶监测数据中主要运用的还是卡尔曼滤波。

（3）船机信息感知技术。智能船舶可以对船机信息进行感知，包括航道设施及水位状态、船舶交通量、船舶密度等等。在感知包括航道设施及水位状态时，可以在航道沿岸每隔两公里左右设立监控铁塔，建立覆盖整个航道的有线光纤基干网络。以此为中心组成无线自组织网络，这一网络由Zigbee技术构成，使得整个航道临岸区域都可以覆盖无线传感网。在航道两岸的各种传感设备中都可以部署，通过无线传感网络采集到的数据向最近的监控铁塔传输运用的是无线方式，再由有线光纤基干网络传回指挥中心。这样就可以实现无线传感网覆盖和传感器热插拔，也可以实时响频联动航道两岸的标志标牌的倾倒、移动及被盗等情况。在感知船舶交通量时，需要系统分析计算模块的支持，内河航道船舶流量的有效监控和计量依赖全天候激光传感船舶交通量观测系统进行，这样内河航道交通的数据才更加准确。这一系统采集的全天候船舶交通流量数据可以提供给航道的整体分析和规划依据。感知船舶密度，必须要通过系统来智能识别视频图像，并进行计算机的统计和推演，得到船舶密度的渐近演变，对每一航段的船舶动态密度进行自动分析。如果船舶密度增大到一定量，就必须要启动应急预警管理系统，通过航道拥堵预警信号来防止航道堵塞的干预监管措施。对于发生突发事故的航道，及时提醒和告知船主可以通过船舶交通导流告示板进行。

（4）无人船技术。智能船舶的控制系统直接影响着无人船航行的操纵性、经济性和安全性，所以测量中可以自动控制无人船的航速与航向，保证无人船可以克服各种干扰，实现无人船的自动稳定地运行，这是智能船舶中无人船自动作业和自动回归的核心技术。在智能船舶中，无人船依据智能控制技术、螺旋桨的推力和舵机对航速和航向进行实时调节，可以自动按照预先设定的航线进行精准的走线、换线及回归等功能。而且无人船的关键技术还可以进行多传感器集成与数据融合，实现远距离无线局域网的数据通讯，进行实时多模控制技术。比如，进行多传感器集成中，无人船设计的可兼容多传感器的船载控制系统，结合不同的用户需求都可以进行灵活搭载GNSS接收机、测深仪、ADCP（声学多普勒流速剖面仪）、电子罗盘、水质采样等多种传感器设备。

3 结语

随着大数据、信息物理系统、物联网等技术的快速发展，继船舶自动化、信息化后，船舶行业又开始实现了智能化。这都离不开电子技术、信息技术和网络技术的发展，所以越来越多的信息技术产品用于船舶设计，推动了船舶由传统的机电控制向网络化、数字化和自动化的转变。智能船舶是一种新型的船舶，其集多种自动化系统为一体，具有多功能的综合系统，使得船舶航行的安全性、经济性和管理效率大大提高。