新一代智能化舰艇发展初步设想

朱世勇

(海军装备部驻上海地区第一军事代表室，上海 201913)

0 引 言

未来海战是“信息主导、体系支撑”下的联合作战[1]，新一代水面舰艇作为体系支撑的重要节点，需要将舰艇打造成海战场网络信息系统中的智能化节点，全时在网，实时互联，既可自主行动、也可与编队协同行动[2]。

1 国外智能化舰艇发展现状

在国外智能化舰艇发展方面，美国通过人机系统集成项目正在测试封闭式舰桥减少瞭望团队，作战指挥室中心具备平台集中监控能力；2010年起，美国开始研发“海上猎人”号无人水面艇（USV,Ummanned Surface Vessel)，该无人艇采用光电传感器、远程/近程雷达，以及光探测/测距设备，利用人工智能与艇载传感器进行导航，具有探测、跟踪、告警、规避功能；2018年美国发布了1艘自动驾驶军舰，能够一次在世界海洋上巡逻长达3个月（无需船员），也无需远程控制；欧洲EREMM多用途护卫舰通过舰桥与平台控制集成、与导航系统集成与互操作，实现驾驶室1人操船；英国“伊丽莎白”号（CVF），在最低战备状态下，能够让至少2个人操纵综合平台管理系统，而在最高战备状态下，多达65个人操纵该系统；荷兰海军推出无人巡航舰艇控制中心的研发项目，著名的综合船桥系统L 3，Sperry，Raytheon，Anschutz，SAM和Kongsberg等公司的综合舰桥系统在技术性能及应用方面处于领先地位，均支持1人航行舰桥。

目前国外民用船舶方面，美国ABS船级社综合桥楼驾驶系统（NIBS）能够实现一人桥楼操纵船舶；康斯伯格、ABB、瓦锡兰世界主流船舶自动化产品包括KongsbergMaritime推出的Fullpicture集成船舶控制系统，包括航行、通信和机械推进系统的自动化，以及用于监测和提供精确详细决策支援建议的先进船舶性能系统；ABBAbility™集成船舶自动化系统800xA实现了船舶从航行到动力电力系统的完全集成控制；瓦锡兰的驾机一体NA COS系统集成导航与机舱自动化控制系统，实现了高度整合，将机械自动化，紧急关机和集成桥楼系统，同时通过船岸一体实现在岸上的远

程维护、状态监视、办公管理等功能，船舶上搭载上述系统均已实现无人值守机舱，集控1人值班甚至航行时驾驶室1人操船。民船智能化发展方面，英国罗·罗公司向业界提出了无人驾驶船舶设计概念，并发起智能船舶应用项目，其理念是通过装设在船舶四周的全景摄像机和传感器，把船舶所处的环境通过网络和海事卫星实时传到陆地的遥控中心，由富有经验的船员通过遥控中心的虚拟环境来操纵船舶，从而达到无人驾驶的目的。

2 智能化舰艇发展特点

结合国外现状进行分析可知，国外先进的军船目前已实现了高度自动化，正在进行智能化转型，船员主要精力用于高级决策，各国海军主要舰艇基本实现了无人值守机舱，也正在发展无人巡航集控室、全自动化损管、一人值班船桥、紧急指挥控制中心等；民船方面，岸上驾驶员监管多条无人驾驶船是其智能化发展特征。总体来说，新一代智能化舰艇的主要技术特点如下：

1）采用创新的设计方法与技术手段实现“软件定义舰艇”。采用全新智能技术架构，实现舰艇信息基础设施、数据服务、智能应用的一体化集成设计；将信息基础设施等资源进行虚拟化，通过可编程的方式实现灵活可定制的资源管理，并凝练和承载舰艇作战使用和平台管理业务领域的共性，支持舰艇功能软件的自适应动态加载、插接式集成和动态部署，实现舰艇平台设计、建造和作战能力建设的相对分离。

2）赋予舰艇智慧以实现减员增效和作战能力的持续提升。丰富的传感器数据、数据处理、集成控制是舰艇智能化的核心，在实现感知-判断-决策-打击环高度自主化、智能化的同时，达到舰艇整体运转的自主化、少人化等目的。

3 新一代智能化舰艇初步架构

基于网络信息系统的新一代智能化舰艇的组成可划分为智能化传感器[10-13]、智能化控制中心[14-16]、智能化武器[17-22]、信息基础设施和智能化平台，初步架构如图1所示。

3.1 智能化传感器

分为外部传感器和内部传感器，外部传感器在传统单节点的射频/声频/光频传感器基础上，利用信息网络和多传感器协同探测技术，实现一定范围内的外部传感器协同探测、阵源共用；内部传感器实时监测采集本平台各设备状态，为本平台运行提供基础数据支持。

3.2 智能化控制中心

图1 新一代智能化舰艇初步架构示意图Fig.1 A new generation of intelligent ships

智能化控制中心作为本舰的大脑和编队中的智能节点，对全舰进行综合管理。有人时，辅助舰员实现对舰艇的智能控制；无人时，按预定方案自主控制舰艇行动；作为编队智能节点，可以实时共享全局态势和参与编队作战。

3.3 智能化武器

基于信息网络，实现本平台中远程、近程、末端防御和打击武器的智能控制，实现编队内武器的智能管控和分布式打击。

3.4 信息基础设施

信息基础设施包含通信、导航、信息安全防护等设备，实现舰艇导航定位、对外信息交互和信息安全防护等功能。

3.5 智能化平台

在现有平台管理系统设备基础上应用数据分析、CPS（Cyber-Physical System：网络-实体系统技术）平行智能[23-26]、智能学习等技术，建立平台管理系统面向指挥决策的综合认知管控、面向航行操纵的智能航行、面向装备用管维一体的智能运维、面向数据与应用灵活集成升级的智能信息平台，实现基于任务的平台智能认知决策、高效控制与精准保障能力，提高平台状态感知、实时分析、科学决策与精准执行的效率，减少平台管理相关人员的决策、运维与管控压力。

4 新一代智能化舰艇的主要技术特点

1）采用创新的设计方法与技术手段实现“软件定义舰艇”。采用全新智能技术架构，实现舰艇信息基础设施、数据服务、智能应用的一体化集成设计；将信息基础设施等资源进行虚拟化，通过可编程的方式实现灵活可定制的资源管理，并凝练和承载舰艇作战使用和平台管理业务领域的共性，支持舰艇功能软件的自适应动态加载、插接式集成和动态部署，实现舰艇平台设计、建造和作战能力建设的相对分离。

2）赋予舰艇智慧以实现减员增效和作战能力的持续提升。数据、计算能力、算法是舰艇人工智能集成应用的3个核心，各类渠道收集的数据通过共用存储、按需共享满足算法使用需求；计算能力依托舰艇公共计算环境，通过计算资源虚拟化集群满足算法的需求；算法充分发挥人工智能技术能够持续学习提升的优势，在实现感知-判断-决策-打击环高度自主化、智能化的同时，达到舰艇整体运转的自主化、少人化等目的。

图2 基于网信体系的智能舰艇编组示意图Fig.2 A schematic diagram of a smart ship based on the web letter system

3）赋予舰艇编队具有可重构可快速响应的攻防作战能力。智能化舰艇将是硬件和软件的融合，是编队数据云和无线互联中的智能化节点。舰艇编队将与无人作战平台相辅相成，形成数字化、网络化、信息化、智能化的多域或跨域一体的作战群，单个平台的先进隐身、机动、装载以及远程打击等能力都将变为编队能力的核心和外延的重要组成。舰艇编队真正实现从“平台为中心”向“以网络为中心”的转变。

5 对我国智能舰艇发展建议

我国海军智能化舰艇的研究工作刚刚起步，与美军相比，无论是技术基础还是设计理念上均有较大差距，在平台指挥管理方面，实现了对平台动力、电力、损管等设备的综合监测、管理与初步辅助决策，但在智能化方面仍有一定差距，需进一步推动新一代智能化舰艇体系能力的逐步形成。开展现代舰艇智能化改进研究，突破自主安全操控、舰艇智能化集成控制等关键技术，通过智能机舱系统实现机舱无人值守，智能平台管控系统实现轮机室一人值班，智能航行系统实现开阔水域驾驶室一人操船，岸基综合管控系统实现装备保障管理、航行管控及模拟训练，为高效指挥、快速机动，平时减员增效、军事演训提供支撑。

6 结 语

智能舰艇是未来舰艇的发展趋势，本文提出的新一代智能化舰艇由智能化传感器、智能化控制中心、智能化武器、信息基础设施和智能化平台组成，具备软件定义、减员增效、以网络为中心的舰艇编队作战等技术特点，对实现我国海洋强国战略具有重要意义。