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专访 |海兰信: 浅谈智能航行技术的研究与发展

坚信梦想,深海蓝天,海兰信上市十周年之际,特邀公司研发中心负责人浅谈对智能航运发展趋势的几点思考,阐述海兰信智能航行系统的核心优势和市场价值。

习主席指出,当前世界正处于新科技革命及产业革命的交汇点上,我们正处于人类迄今所知的规模最大的科技革命之中,这一革命对各行各业的影响会比早期工业革命更深刻、更迅速,也将深刻改变传统的航运业。

智能航运,已成为行业发展的必然趋势,国家六部委在2019年联合发布了《智能航运发展指导意见》,力图加快现代信息、人工智能等高新技术与航运要素的深度融合,培育和发展智能航运的新业态。智能航行,即通俗所说的实现无人航行,是智能航运最典型的特征,也是最为关键的技术难点之一。

(图片来自网络)

为什么实现智能航运必须要实现智能航行呢?

这是因为智能航行能够为航运业带来诸多益处。对于船东而言,其能够显著降低成本以及提升航行安全性。通过智能航行系统,可以实现减员最终到无人,船舶建造时可以不再考虑生活支持系统,降低建造成本及风阻,另外运营过程中的船员成本也将节省,成本大幅度降低。其次,当前远洋航行主要采用历史经验航线及气导公司推荐的航线,并未能充分综合地考虑气象、船舶实际响应(包括实际的阻力、主机状态等)、航速、船舶姿态、航次任务等因素,模型还比较简单,航线设计仍有较大提升空间,智能航行系统可以通过机器学习等技术,规划出更合理的航线和航速,并在兼顾安全的同时降低油耗。

智能航行系统可以自动感知船舶周边态势,识别碰撞风险,并综合考虑船舶机动性、对方可能意图、避碰规则等因素制定出合理的避碰策略,自主避碰,避免类似桑吉轮的惨剧,提升航行安全。

不积跬步无以至千里,智能航行的发展也并非一蹴而就,需要逐步实现。

当前业界对智能航行的发展阶段的认知基本一致,即主要分为:辅助决策、半自主航行(船上仍有人监管)、自主航行(船上无人、岸上仍有人监管)三大发展阶段。

在沿海或特定区域航行船舶上,部分企业正开展一些实验项目,尝试越过第一、第二阶段,直接实现自主航行的目标;但在远洋船上,直接实现自主航行的难度和风险还是非常高的,当前仍然处于第一发展阶段,即装备可以为船员提出航线规划及避碰等航行建议,但其合理性有效性仍需评估验证,完全达到目标还需要数年的努力。

智能航行系统是通过船岸的紧密配合实现的,其主要技术难点主要有如下几点:

第一点是实现对船舶周边态势的有效感知,对于远洋船舶而言,考虑到距离及全天候等要求,导航雷达仍是最主要最有效感知周边态势的装备,而激光雷达、光学探测手段及AIS等,只能作为辅助配合手段。对导航雷达而言,实现自适应滤波,自动提取跟踪周边目标,降低虚警率(如误将海浪杂波识别为目标)和漏检率(如小目标等),是实现智能航行的前提条件。如果企业本身不是专业研究生产雷达的,或者没有专业的雷达厂商大力配合,想解决上述问题是非常困难的。

第二点是自动避碰技术,要实现自动避碰,一方面要考虑避碰规则约束,其次要考虑船舶的机动性及操控响应,第三也是最难的,要有效预测对方可能的行为,最后要考虑到经济性要求,难度同样很大,需要相应的算法具备进化能力,并经过较长时间的实船检验、验证。

第三点是航线和航速的综合优化技术,需要充分综合地考虑气象、船舶实际响应(包括实际的阻力、主机状态等)、航速、船舶姿态、航次任务等因素,设计出合理的模型,并需要根据实际运营验证数据不断修订相关模型。最后就是需要有可控的船岸通讯进行支撑,并具备良好的船舶控制技术作为前提。

海兰信作为智能航运的重要参与者,对智能航行的发展也非常关注,早在2017年就启动了智能航行系统的专项研发。由于海兰信本身就是专业的导航雷达、电子海图及自动舵的生产厂商,在雷达的自适应滤波、小目标探测、船舶自动控制领域具有深厚的技术积累,具备发展智能航行系统的坚实基础。

近年来,在原有基础上,研发团队已经基本完成航线航速综合优化、船舶辅助避碰两大关键技术的研发,并利用招商轮船实际船舶运行的数据进行了充分的模拟验证,验证了相关算法模型的有效性,下一步将在实际运营船舶上进行实际检验。相信在招商船东的大力支持及配合下,海兰信会很快完成智能辅助航行系统的研发阶段,并迈向智能航行研发的下一阶段,为国家智能航运的发展,智能航行愿景的实现,做出重要贡献。

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