是涉及船舶设计、动力组成、状态感知、信息处理、通信控制、风险辨识、人工智能等多学科交叉的研究领域，其发展旨在使水路运输更安全、更环保、更经济。

  首先，分析货运船舶自主控制与决策的特点与难点，阐述国内外智能货运船舶的研究现状；然后，从智能航行、智能机舱和远程驾驶等技术方面，展望未来智能货运船舶的发展趋势；最后，提出发展智能货运船舶的几点思考。

  水路运输具有运量大、成本低、污染小及单位能耗低的特点，在货物运输方面具有较大优势[1]。水路货运量在全球贸易货运量中占据绝大部分，是综合运输体系的重要组成部分。

  近年来，基于航运企业对减员增效、节能减排、提高航行安全的多重需求[2]，智能货运船舶的发展受到极大的关注。

  然而，在船舶密度较大的繁忙水域、船舶驾驶难度较大的复杂航道以及船舶进出港时，船舶自动航行尚有许多技术难点有待攻克。

  随着传感技术、信息处理技术、通信技术、控制技术和人工智能等学科的发展，新一代智能货运船舶有望实现在大多数航行环境下的智能驾驶[5-6]，并最终实现复杂水域、进出港由远程驾驶操纵或船舶自主航行，最终达到减少船舶配员、节能减排、提高船舶安全性的目的。因此，发展智能货运船舶对推动全球航运业转型升级和实现智能、绿色航运具备极其重大意义。

  目前已投入实用的“无人艇”，即具备一定自主航行智能的小型水面艇，在测绘、侦查、搜救、水文勘察等领域有较好的研究与应用基础[7]，其实现方法与无人机、无人车类似，具备“小、快、灵”的特点。

  然而，无人艇的自主航行智能无法直接向货运船舶移植。其根本原因在于，货运船舶具有吨位大、速度慢、操纵性弱、惯性大等特点，是典型的欠驱动体。因此，货运船舶的自主航行需要适应巨大的惯性与规则约束，其智能航行的难度远高于小型无人艇，大多数表现在以下 2 个方面。

  当前，货运船舶普遍采用柴油机动力系统，这一动力系统的构成复杂、传动响应慢；用倒车代替制动手段，无法直接刹车。航行过程中的风、浪、流等外因会对船舶的运动产生干扰[8-9]，导致简单的“避让”、“最短”原则规划出的航行路径往往无法实用。

  因此，尽管已经有了“自动舵”这样的产品能帮助船舶驾驶员锁定航向，但船舶驾驶员还是需要通过多年的实践，才能理解和掌握货运船舶的“操控特性”。

  除避碰需求外，货运船舶还需关注较大范围内临近船舶的动态，通过甚高频语音等方式的沟通，了解其他船舶的航行意图与变化，为会遇做准备。此外，“路径规划”的选择还要受到航行规则、操作难度、经济性的约束[10]。例如，货运船舶倾向于匀速直线行驶，大幅度转弯和变速均会影响航行的经济性，显著增加油耗。

  船舶的航行规则与惯例，也会偶尔自相矛盾，例如“小船让大船”、“空载船让重载船”这 2 条惯例有时候就会产生冲突。因此，货运船舶的“路径规划”决策更多时候是“利害”的风险权衡问题。船舶驾驶员需经过多年的实践，才能在安全性、合理性、经济性中做出正确选择。

  早在 20 世纪 60 年代，IBS 就被发明出来了，该系统作为船舶的重要设备之一，被沿用并不断得到发展[11]。IBS[12] 能够在一定程度上帮助船上及岸上人员监控、操纵船舶，处理和分析船舶各个设备传来的信息，对船舶具备极其重大意义，可以认为IBS就是智能航行系统的雏形。

  2005 年，英国交通部首次提出了“电子航海”（e-Navigation）这一名词；2006 年 5 月，在国际海事组织（IMO）海上安全委员会第 81 次会议上，通过了日本等 7 国提出的有关 e-Navigation 的新项目 。e-Navigation 的构想是：通过整合船岸信息，提高船舶航行安全和效率[13]。从设计理念上看，船舶本身的智能化程度并没有正真获得显著提高，但其构建的船-岸航运系统能为货运船舶的航行提供更多的服务支撑。

  2010~2013 年，韩国现代重工分别制定了“智能船 1.0”和“智能船 2.0”计划[16]。其设计理念是：借助信息通信技术 ，实现船端与岸端的信息融合，以提高船舶安全性、环保性、经济性，同时衍生船舶附加服务[17]。

  日 本 于 2014 启 动 了 “智 能 船 舶 应 用 平 台”（smart ship application platform, SSAP）项目 ，该项目由 27 家单位共同参与，旨在建立船舶设备数据的标准化方法 ，逐步的提升船舶的安全性和环保性。基于该项目，日本提出了《船载海上工况数据服务器》和《船载机械和设备标准数据》这 2 项国际标准，并获得了通过[18-19]（图 1）。

  2017 年 3 月，罗尔斯·罗伊斯公司与瑞典 Stena Line 渡船公司签署协议[23]，合作研发用于渡船的船舶智能感知系统，目的是实现传感器信息融合与分析，提高环境感知度，以使船舶的操作运行更便捷、安全、高效。

  2018 年 12 月 3 日，罗尔斯·罗伊斯公司联合芬兰 Finferries 公司成功完成了 Falco 号汽渡船的自动航行试验[24]。该渡船按设定的路线）从Parainen 出发，途经 WP1~WP9，航行到 Nauvo，并通过远程驾驶返航。该试验主要展示了罗尔斯·罗伊斯公司在远程驾驶、自动避碰、自动靠泊等方面的研究成果。

  2015 年 9 月，该研究院与招商局能源运输股份有限公司签订了开展“船舶智能化、航运智能化”的战略合作协议，拟在新造船舶上开展智能化技术的试点应用，探索大数据时代航运信息化之路。2015 年 12 月 1 日，原中国船舶工业集团公司发布了

  2017 年 6 月，武汉理工大学智能交通系统研究中心启动了船舶安全辅助驾驶系统项目

  2018 年 2 月 10 日 ，珠海市政府 、中国船级社、武汉理工大学和云洲智能科技有限公司共同启动了珠海万山无人船海上测试场建设项目

  2018 年 4 月，武汉理工大学联合船舶设计与制造、航运、新能源等研究机构和企业和事业单位，成立了“智能新能源船舶技术创新产业联盟

  2018 年 12 月，工信部、交通运输部和国防科工局联合发布了《智能船舶发展行动计划（2019~2021 年）》，该行动计划对加快产业布局，加强跨界融合，增添发展新动能，促进我国船舶工业高水平质量的发展具备极其重大意义。2019 年 5 月，交通运输部等七部门联合发布了

  智能货运船舶技术展望一致认为，智能货运船舶的发展必将经历增强驾驶、远程驾驶、自主驾驶

  船舶自主航行技术并非一蹴而就。要实现自主航行，第一步是要感知船舶外在环境和船舶运动信息，建立类人理解模型，解释航行要素，分析风险级别；其次，需要规划航线，制定航行策略；最后，设计航行控制器以实现对船舶的航行控制。

  ：0 级 ，常规驾驶 ，无任何智能功能 ；1 级 ，增强驾驶，利用传感器融合技术，提高感知信息获取能力及效率；2 级，辅助驾驶，可提供驾驶决策供参考；3 级，船端人船协同，船上人员协同自主驾驶的智能船舶；4 级，岸端人船协同，岸端人员协同自主驾驶的智能船舶；5 级：自主驾驶，由智能船舶自主驾驶。

  当前货运船舶大多采用柴油机作为原动力，经过齿轮箱、轴系等装置，带动螺旋桨转动，从而驱动船舶前进，部分船舶的柴油机还担负全船发电的任务。然而，基于柴油机、齿轮箱、轴系的动力系统结构较为复杂，实现自动控制的难度大，监控系统复杂。

  2) 机舱监控。船舶机舱监控的内涵与船舶机舱设备类型紧密关联，当前船舶机舱监控对象包括：主机、辅机、轴系以及其他机舱设备。电力推进的机舱监控的主要任务是监控驱动电机、电池/电容、船舶电网系统的状态，并在此基础上评估、预测系统可靠性，实现智能运维。

  PLC技术主要被国外企业掌握。智能船舶作为全球争相发展的前沿技术，研发具有自主知识产权的机舱监控系统意义重大。嵌入式技术具有可靠、廉价、易编程等特点，将有可能成为智能机舱监控系统的另一个选择。3.3

  。远程驾驶监管的核心是环境再现，包括船舶自身状态和航行态势可视化。环境再现服务于岸基驾控和监管，能借助虚拟现实（virtual reality, VR）技术实现。而智能货运船舶的信息感知与认知技术是环境再现的关键。另外，由于远程驾驶不同于传统船舶驾驶，其运行机制、培训方法和职业资格认定等均有待研究。

  智能货运船舶的发展不仅涉及技术层面的问题，而且还涉及市场接受度、社会适应性以及法律和法规等问题。基于多方面的因素，对智能货运船舶的发展提出以下几点思考：1)

  3)大力开展智能货运船舶的市场接受度、社会适应性以及法律和法规等研究，十分重要

  5)货运船舶的智能航行是涉及船舶设计、动力组成、状态感知、信息处理、通信控制、风险辨识、人工智能等多学科交叉的研究领域，需要多学科的技术攻关

  引用本文: 严新平, 王树武, 马枫. 智能货运船舶研究现状与发展思考[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(1): 1–6.

  平台声明：该文观点仅代表作者本人，搜狐号系信息发布平台，搜狐仅提供信息存储空间服务。