摘 要

二十一世纪是海洋世纪, 海洋的全球的战略地位日益重要，目前，海洋科学已在世界的科技发展的中独树一帜，独占一方。如何紧跟世界的潮流，抓住这次机会，利用海洋革命进行崛起的机会，成为各个国家科学家进行科学研究的重要任务。到目前为止，关于海洋探索的研究还集中在智能船舶和无人驾驶上，虽然其技术还不够成熟，并且无人驾驶与智能船舶的发展还存在许多技术、社会、法律障碍以及其他的不确定性，但未来船舶的发展目标和方向应该是无人驾驶与智能船舶，因为人类未来要将自己本身从航海中无处不在的危险和沉重繁多的劳动中解脱出来。探究智能船舶与无人驾驶的现状以及未来的发展趋势,不仅是对海洋科学的负责,也是对海上人命安全的负责。因此本毕业论文选题“解析智能船舶与无人驾驶”，具有实用价值和现实意义。为了进一步探索智能船舶与无人驾驶未来的发展状况以及应用前景，本文首先阐明了智能船舶与无人驾驶的基本概念，并通过查阅大量的国内外对应的文献资料，进一步分析简要介绍了智能船舶与无人驾驶的现状，分别的关键技术，同时还针对这些技术在不同领域的运用，用具体实例说明了它们在船舶、航空、汽车、军事等领域的应用与前景，也分析了现存的一些弊端及技术缺陷，阐述了关于无人智能发展的几点思考。

关键词：智能船舶；无人驾驶；海洋安全；自动化

Abstract

The twenty-first century belongs to the ocean. There is no doubt that the global strategic position of the ocean has become increasingly important. At present, marine science plays a significant role in the development of science and technology. Therefore, how to keep up with the trend of the world and how to seize the opportunity that given by the ocean to make a nation more prosperous and powerful, have become the number one task for world's scientists. So far, researches on ocean exploration still focus on smart ships and unmanned driving.Although the technology is not mature enough, and there are still many technological, social and legal barriers and other uncertainties, which exist in in the development of unmanned and intelligent ships, the goals and directions of the future ship are supposed to be it. Because in the future, human beings are going to release themselves from ubiquitous danger and heavy labor during their voyage. Exploring the current situation and future trends of unmanned and intelligent ships is not only responsible for marine science, but also for the sailorssafety on the ocean. Consequently, the thesis“Analysis of unmanned and intelligent ships”has its practical use and great meaning both in theory and reality.

 To further explore the future development and application prospects of the intelligent ship and unmanned driving, this article first clarifies the basic concept of intelligent ship and unmanned driving,and its further analysis briefly describes their present situation and key technologies respectively.Meanwhile,for the use of these technologies in different areas,this article illustrates their application and prospects by specific examples in ship,aviation, automotive,military and other fields,analyzes some of the existing shortcomings and technical defects, and elaborates some thoughts on the development of unmanned intelligence.

Key words:Intelligent Ships; Unmanned Vessel; Marine Safety; Automation

第一章 绪论

人类社会的高速发展带动着交通运输业的不断革新,航运作为一种重要的贸易运输方式,其作用在全球化的今天显得尤为重要。在当今时代，许多新的科学技术的发展推动了信息传播的效率，进而也带动了船舶行业革命性的发展。

1.1 研究背景及意义

近年来,世界范围内船员的数量都在锐减，并且雇佣船员的花费也在逐年递增,船员的薪酬已景成为船舶在航运过程中的第二大开销预算，仅次于燃料费。在当今的航运大环境下，海运事故的发生屡见不鲜，其中大多数事故是由于人员操作失误造成海运事故。并且，在极端海况下在设计和建造船舶时不得不考虑到船员的人身安全问题。另外，国际海运交易量的日益增加对海上交通运输的效率也提出了更高的要求，在这样的大背景下，研究人员开始更多地进行智能船舶和无人驾驶的开发和研究。

智能化船舶在许多领域明显优于传统船舶。其中最重要的优势是智能化船舶可以从基础领域减少人为因素对船舶航行安全的损害。目前，由于研究人员不断优化现代船舶性能,由船员自身问题而引发的操作失误已成为船舶航行中引发事故概率最高的因素。今后，智能船舶会从设计环节开始坚持通过岸上决策系统与远程遥控系统对船舶进行操纵的设计理念^[1]。这样的理念一方面可以减少船员的需求量,并且其也将减少船舶的维护保养费用。同时，由于船员的素质参差不齐，所以“无人驾驶”技术是未来的重要发展方向，它可以替代人力操作、管理船舶，既可以减少人力损耗，又可以降低船舶意外事故。

1.2国内外发展历程

1.2.1 国内外智能船舶的发展历程

当今世界范围内的智能船舶发展正处在一个飞速发展的时期，越来越多的先进科学技术正源源不断地注入该领域的发展之中。当前的船舶航行已经发展至半自动化阶段，在很大程度上提高了船舶海运的运输效率。

1961 年，日本的“金华山丸”号散货船被建造，这也是世界上第一艘自动化船舶。 1970 年，日本“星光丸”号油轮，在“金华山丸”号机舱集中控制和驾驶室遥控主机的基础上，实现了通过各子程序和接口对全船的控制和管理。1985 年，中国沪东造船厂建成“柏林快航”号集装箱船，配置了自动操舵系统（Ship Opera Tion Center，SOC）、自动导航系统（Automaic Radar Plotter Apparatus，ARPA）、 船 舶 管 理 中 心（Ship Management Center，SMC），通过计算机系统对全船实现综合管理。2011 年 3 月，日本现代重工推出智能型船 1.0 型 4 500 标准箱集装箱船，采用了现代重工及韩国电子通讯研究院（ETRI）共同开发、并被选为 IEC国际标准（IEC 61162-450）“有线 / 无线船舶综合管理网通讯技术”（SAN ： Ship Area Network）船舶智能技术。世界第一艘能化船舶正式诞生。2015年5月我国发布了《中国制造2025》，在其中对船舶智能制造这一方面做了重点说明。同年，中国船级社发布了《智能船舶规范》。这一规范使得智能化船舶在航行、船体、机舱、能效管理等多个领域有了需要遵循的具体要求和准则。

1.2.2 国内无人驾驶的发展历程

我国无人驾驶领域发展极为迅速，作为船舶智能化重要的发展方向之一的无人驾驶技术在船舶方面研究的起点已经名列世界船舶行业前茅。中国无人驾驶技术在国内外技术的双重影响下取得了日新月异的发展，在“中国制造2025”这一制造强国行动纲领指导下，对无人驾驶船舶的研制事业正在日益发展壮大^[2]。例如，为了在“十二五”计划施行的近几年里，为了填补国内无人驾驶多功能海事船这一研究领域的空白，我国开启了自主无人驾驶巡航搜救平台的开发。该平台可以通过智能技术实现全天候海域监管、巡航及搜救等功能，从而提升海上救援的效率，并且运输成本低。

此外，自从开展船舶无人驾驶技术的研究工作以来，我国在该领域还取得了许多其他方面的研究成果:

2008年，我国开始第一艘无人驾驶海上探测船“天象一号”的研发和制造项目。“天象一号”在多项科学技术层面都处于世界领先水平，并且对世界无人驾驶船舶技术进行了前所未有的创新。这一课题使我国在应对海域突发事件和对海洋环境的监控探测以及自然灾害预警等方面取得了巨大的进步。2012年，我国开发创造了ES30应急采样监测船。该艘无人船舶应用了许多无人驾驶先进技术，其具有航行、避障、管理等多方面的自主性。研究人员将ES30无人探测船与现行水质采样监测技术相结合，提出了一套完整的水质监测解决方案，使得我国在该项技术领域取得领先水平。2015年，集美大学研究发表的的多船在复杂环境条件下的自动避碰理论已经取得阶段性成果，运用这一理论建成的船舶自动避碰仿真平台已经用于实际的测试。此后，中国船级社发布了《智能船舶规范》，集美大学的这一研究成果成为中国无人驾驶船舶研究的新标杆。2016年，中国船级社与西门子工业软件公司联合开发的船舶工程计算软件极大地促进了我国无人驾驶船舶制造技术的发展。2017年，在无人驾驶船舶建设构造这一方面，中国船舶工业集团公司将在年内建造完成3.88万载重吨大型智能船舶示范船。

目前，我国的小型无人驾驶船舶已经用于气象观测、水文测绘、航道清洁等多领域各个方面。将来我国的无人驾驶船舶在货运、科考、探查、渔业、气象、海警、海防等领域应用将更加普遍。

1.2.3 国外无人驾驶的发展历程

自从进入20世纪以来，航海领域面临的挑战愈发激烈，在恶劣的海洋环境、高昂的船员薪资和巨大的运输需求的多重威胁以及计算机领域高速发展的作用下，人们开始探索无人驾驶领域^[3]。由于近年来市场对于无人驾驶船舶的需求量不断上涨，船舶领域已经成为无人驾驶发展的新兴热门行业，因为只有在科技领域取得长足发展的国家才能被列入世界无人驾驶船舶技术研究的领先行列。

其实在上世纪80年代，船舶上就发明了无人机舱值班，该技术的核心就是在航行当中的船舶上，如果机器出现故障系统就能自动报警，并且可以指出故障发生的部位，从而极大提升了排除故障效率；紧接着，科技研究人员发明了自动避碰雷达，这一技术的产生可以避开人的肉眼无法判别的障碍物，并通过对舵机的连接，使船舶绕道、避碰前方障碍物。以上两项技术的出现，为当今世界无人驾驶船舶技术的研究奠定了基础，使无人驾驶船舶的生产成为可能。在当今世界上无人驾驶船舶行业中仍然有许多技术层面的困难有待改进和解决，目前该领域与真正意义上的无人驾驶船舶仍有较大距离，但这并不意味着无人驾驶船舶投入市场使用遥不可及，近年来世界范围内无人驾驶船舶技术已经得到了快速发展。从20世纪进入21世纪，国外无人驾驶船舶这一技术高速发展的实例十分丰富。20世纪80年代，日本就已经开展过智能船舶项目，其目的是提出能够取代船员工作的无人驾驶船舶。2011年，韩国海洋开发研究院同韩国当政政府共同研究制造了一艘无人船舶，并且以将这艘船应用于海洋研究和海上巡逻等领域为最终目标。2012年，欧盟启动了“MUNIN”海洋无人航海系统项目，为的是要找出成功操控自动化货船所需的各种重要因素，进而研究选择出从有人驾驶向无人驾驶运输的最好转换途径。2013年，当前世界上无人驾驶船舶领域顶尖企业之一的英国动力系统提供商罗尔斯罗伊斯公司(后文简称“罗罗”公司)公开宣布了一个名为“高级无人驾驶船舶初级应用开发研究”的项目，其主要内容是用遥控无人驾驶货船取代传统货船，意在初步探讨和设计新一代的无人驾驶船舶的规格和基本设计方案，为新一代无人驾驶船舶的开发奠定前期道路。2017年，罗罗公司和瑞典渡船公司Stena Line AB签署了协议，将合作研发首套船舶智能感知系统。同年，罗罗公司宣布将会继续推动和业内企业以及学院机构的合作，该公司与芬兰Tampere技术大学共同宣布结成战略合作伙伴关系，将共同研发和测试技术，继续发展和深入研究第一代无人自动航行船所需的各种系统。

从目前世界船舶领域的研究情况来看，无人驾驶船舶技术在世界范围内将会得到更加长足的发展。

1.3本文的主要研究工作

航运业作为重要的运输载体是全球化经济快速发展的关键。但面对传统船舶存在航线远,航行时间长、人力成本高等诸多缺点及其所触发的人员、环境安全问题,船舶智能化和无人驾驶将会是未来船运行业的重要发展趋势。