一、船舶智能引航技術(shù)概述

1. 智能引航技術(shù)的定義和特點(diǎn)

智能領(lǐng)港技術(shù)是現(xiàn)代物流領(lǐng)域一項(xiàng)重大革新,具有其獨(dú)特的內(nèi)涵與特征。智能引航是以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ),以提高船舶航行安全與效率為目標(biāo)而建立的一種輔助導(dǎo)航系統(tǒng)。智能導(dǎo)航系統(tǒng)集成了GPS、雷達(dá)和AIS等技術(shù),可實(shí)時獲取船舶位置、航道狀況及其他船舶信息,實(shí)現(xiàn)對船舶的精確導(dǎo)航。該技術(shù)不僅能輔助船舶避障,優(yōu)化航路,而且能對潛在的安全隱患進(jìn)行預(yù)警,提高船舶安全水平。傳統(tǒng)的引航方式依賴于駕駛員的經(jīng)驗(yàn)與判斷,智能領(lǐng)航技術(shù)能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的算法與規(guī)則,實(shí)現(xiàn)船舶的自主導(dǎo)航與自動控制。船舶可根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)與建議進(jìn)行自主導(dǎo)航?jīng)Q策,降低了對人工操作的依賴程度,提高了導(dǎo)航的精度與效率。同時,通過智能導(dǎo)航技術(shù),實(shí)現(xiàn)船舶間的信息共享與協(xié)作,提高船舶的總體航行效率,降低碰撞擁堵等風(fēng)險。隨著環(huán)保意識的提高,智能引航技術(shù)能夠優(yōu)化航路規(guī)劃,節(jié)能減排,實(shí)現(xiàn)綠色航行。同時,智能領(lǐng)航技術(shù)也能夠與物流、運(yùn)輸管理系統(tǒng)、港口自動化系統(tǒng)等進(jìn)行互聯(lián),實(shí)現(xiàn)對整個過程進(jìn)行智能管理與監(jiān)控,提高整體的運(yùn)輸效率與服務(wù)水平。

 

2. 船舶智能引航技術(shù)的分類及原理

船舶智能引航技術(shù)是現(xiàn)代物流領(lǐng)域中一項(xiàng)重要內(nèi)容。按照實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的方法和原則,可將船舶智能化導(dǎo)航技術(shù)分類。其中,以GPS為基礎(chǔ)的智能導(dǎo)航技術(shù)是一種常用的分類方法。在船舶上安裝GPS設(shè)備后,可實(shí)時獲取自己的位置信息,結(jié)合地圖數(shù)據(jù)及導(dǎo)航軟件進(jìn)行精確導(dǎo)航。該技術(shù)以衛(wèi)星信號為基礎(chǔ),具有高精度、高覆蓋度等特點(diǎn),可輔助船舶自主導(dǎo)航與路徑規(guī)劃。船舶智能化引航技術(shù)又可按其適用范圍及功能特征加以分類。例如,船舶自動避碰系統(tǒng)是一種常用的智能領(lǐng)航技術(shù),它通過搭載雷達(dá)、攝像頭等傳感設(shè)備,對周邊水域及其他船舶進(jìn)行監(jiān)控與識別,以避免碰撞事故。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)船舶自主導(dǎo)航與智能決策,提高船舶安全與效率。船舶智能化導(dǎo)航技術(shù)也可按其與其他系統(tǒng)的集成性來劃分。例如,智能導(dǎo)航系統(tǒng)可與船舶管理信息系統(tǒng)（MIS）、船舶電子系統(tǒng)（ECDIS）、船舶通訊系統(tǒng)（ECDIS）等互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)信息共享與協(xié)作。該系統(tǒng)能夠?yàn)榇疤峁└油晟频膶?dǎo)航服務(wù),實(shí)現(xiàn)船舶的智能化管理與監(jiān)控。

 

3. 船舶智能引航技術(shù)的發(fā)展歷程

以上海港引航站為例,上海港是全球最大的港口,其引航作業(yè)對保障船舶航行的安全與高效具有重要意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,船舶對船舶的要求越來越高,上海港的引航站逐漸引進(jìn)了先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng),帶動了船舶行業(yè)的快速發(fā)展。上海港引航站智能化領(lǐng)航技術(shù)的發(fā)展,可以將其從最早的一套自動導(dǎo)航系統(tǒng)引入港口。上海港引航站通過引進(jìn)自主導(dǎo)航設(shè)備、雷達(dá)、GPS等先進(jìn)設(shè)備,可以有效地對船舶進(jìn)行精確的導(dǎo)航與監(jiān)測,提高航行安全與效率。在人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的推動下,上海港引航站已逐漸向智能化領(lǐng)航的方向發(fā)展。本項(xiàng)目擬采用人工智能算法,對船舶航跡進(jìn)行分析,優(yōu)化航路規(guī)劃,預(yù)測船舶動態(tài),從而實(shí)現(xiàn)對船舶的精確導(dǎo)航,減少事故發(fā)生的概率,提升船舶的航行效率。同時,上海港引航站也在以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),對智能領(lǐng)航系統(tǒng)進(jìn)行了有益的探索。通過將傳感裝置裝載到上海港港口,實(shí)現(xiàn)船舶與碼頭之間的實(shí)時信息交換,實(shí)現(xiàn)對港口碼頭的遠(yuǎn)程監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度與預(yù)警,提升引航服務(wù)的智能程度和快速反應(yīng)能力。

 

二、船舶智能引航技術(shù)在物流運(yùn)輸中的應(yīng)用

1. 提升航道安全性

提高航道安全水平是船舶智能化技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。船舶在航行過程中,面臨著復(fù)雜多變的海洋環(huán)境,如淺灘、暗礁、冰山、航道堵塞等,給船舶帶來了極大的威脅。而智能引航技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測船舶位置、環(huán)境和其他船舶的動態(tài)信息,從而提高航道安全水平。智能導(dǎo)航技術(shù)能夠幫助船舶避開暗礁、暗礁等危險水域,降低擱淺與碰撞事故。采用高精度全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）及多傳感器融合技術(shù),可實(shí)時監(jiān)測船舶位置并進(jìn)行精確導(dǎo)航,及時預(yù)警、引導(dǎo),保障船舶在復(fù)雜航道環(huán)境下安全航行。智能引航技術(shù)還能對船舶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與預(yù)警,以應(yīng)對惡劣天氣、能見度差等突發(fā)事件,降低船舶在惡劣天氣下的風(fēng)險。該系統(tǒng)能夠基于海洋環(huán)境、氣象等信息,對船舶進(jìn)行實(shí)時風(fēng)險評估,提出預(yù)警建議,協(xié)助船舶采取相應(yīng)措施,保障船舶在惡劣天氣條件下的安全航行[1]。

 

2. 優(yōu)化航線規(guī)劃和船舶調(diào)度

船舶導(dǎo)航系統(tǒng)智能化的另一個重要發(fā)展方向是航線規(guī)劃與調(diào)度。傳統(tǒng)的船舶排程方法多依靠人工經(jīng)驗(yàn)或粗略規(guī)劃,已不能適應(yīng)現(xiàn)代物流對效率、速度、安全的要求。智能引航是一種智能導(dǎo)航技術(shù),它能夠?qū)崟r監(jiān)測船舶位置、海洋環(huán)境等關(guān)鍵參數(shù),并結(jié)合復(fù)雜算法模型與優(yōu)化決策系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對船舶航路規(guī)劃與調(diào)度的智能化管理。其中,上海港引航站就是將智能引航技術(shù)運(yùn)用到實(shí)踐中的一個實(shí)例。上海港引航站是中國第一大港,年吞吐量過萬艘船舶,其中不乏超大型集裝箱船。這類船舶進(jìn)港不僅要遵循一定的航線和時間安排,還要考慮各種因素,如交通擁擠、天氣變化等。在這種復(fù)雜環(huán)境中,如果僅僅依賴傳統(tǒng)的人工調(diào)度與路徑規(guī)劃,將面臨極大的挑戰(zhàn)。為解決這一難題,上海港引航站引入智能領(lǐng)航技術(shù),在入港前實(shí)時監(jiān)測船舶位置、速度等信息,并結(jié)合海洋環(huán)境信息及交通流預(yù)測模型,實(shí)現(xiàn)航線規(guī)劃與調(diào)度智能化管理。該系統(tǒng)能夠自動計算出最優(yōu)航路及最優(yōu)航速,從而實(shí)現(xiàn)對船舶的智能化引導(dǎo)與調(diào)度,以保障港口航運(yùn)的高效、安全與可持續(xù)發(fā)展。

 

3. 實(shí)現(xiàn)自動化作業(yè)和信息共享

實(shí)現(xiàn)船舶自動化操作與信息共享是船舶智能化引航技術(shù)的另一重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)的引航方式主要依靠人工引導(dǎo),存在人為干擾大、作業(yè)風(fēng)險大等問題。智能引航是一種將現(xiàn)代導(dǎo)航、通訊及數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合的新型導(dǎo)航技術(shù),能有效地實(shí)現(xiàn)引航自動化,提高引航效率與安全。就自動化操作而言,采用智能導(dǎo)航技術(shù),可實(shí)現(xiàn)無人值守的船舶自主導(dǎo)航[2]。以船舶為研究對象,采用高精度GNSS定位、慣性導(dǎo)航、視覺識別等技術(shù),實(shí)現(xiàn)船舶在航行過程中的轉(zhuǎn)向、加速、減速等作業(yè)。這種自動操作方式,既可降低人為誤差,又可提高操作精度與效率,減少事故發(fā)生率。在信息共享方面,通過建立船舶與引航站間的實(shí)時信息傳遞與共享機(jī)制,實(shí)現(xiàn)信息的及時傳遞與共享。船舶通過與引航站之間的無線通訊系統(tǒng)連接,能夠?qū)崟r地向引航站傳遞自己的位置、速度及航行意圖等重要信息,并據(jù)此對引航站實(shí)施實(shí)時監(jiān)控與指揮。同時,導(dǎo)航站還能向船舶提供海洋環(huán)境、交通流等信息,使其能夠更好地進(jìn)行決策。通過這種信息共享,提高了引航工作的協(xié)同性、靈活性,提高了船舶的安全與效率。

 

4. 節(jié)約能源和降低碳排放

傳統(tǒng)的引航方式存在著船舶轉(zhuǎn)向頻繁、航速調(diào)整不合理等能源浪費(fèi)與碳排放高等問題。而智能領(lǐng)航技術(shù)通過對航路規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化,對船舶在航行過程中的作業(yè)進(jìn)行智能化控制,從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。智能引航技術(shù)能有效地控制船舶能耗,優(yōu)化航路規(guī)劃,減少船舶的阻力。采用大數(shù)據(jù)分析與仿真模擬技術(shù)相結(jié)合的方法,結(jié)合船舶自身性能參數(shù)與海洋環(huán)境信息,智能引航系統(tǒng)能夠計算出船舶避流逆流區(qū),減少航行里程,減少船舶航行時的阻力與能源消耗。智能領(lǐng)航技術(shù)還能根據(jù)實(shí)時海情、交通狀況實(shí)時調(diào)整航速、航向,使船舶始終處于最優(yōu)狀態(tài),進(jìn)一步降低能耗,提高能源利用率。智能引航技術(shù)能使船舶的動力系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),降低不必要的能耗。智能引航系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測船舶運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境參數(shù),對推進(jìn)器、舵角等操縱裝置進(jìn)行自動調(diào)節(jié),以保證船舶在航行過程中保持最優(yōu)航行狀態(tài),減少動力系統(tǒng)負(fù)載,降低能源消耗。智能引航技術(shù)也可與LNG、風(fēng)電等清潔能源技術(shù)相結(jié)合,進(jìn)一步降低船舶碳排放,實(shí)現(xiàn)綠色低碳航運(yùn)。

 

5. 提高物流運(yùn)輸效率和服務(wù)水平

上海港引航站是提升上海港物流效率與服務(wù)水平的關(guān)鍵,也是上海港引航站的核心。引航站提供專業(yè)的引航服務(wù),為船舶的進(jìn)出港提供了保障。在大型港口,由于復(fù)雜的航道和潮汐等因素,船舶的航行存在一定的危險性。引航站的設(shè)立,可派遣有經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)港員,為船舶提供導(dǎo)航指引,以保障船舶進(jìn)出港之安全。這樣既能有效地降低事故的發(fā)生,又能提高港口船舶吞吐量,加速物流運(yùn)輸[3]。引航站采用先進(jìn)的科技手段提高了港口物流的效率。引航站通常配備先進(jìn)的導(dǎo)航設(shè)備和通訊設(shè)備,可以實(shí)時獲得航道、氣象等信息,為船舶提供精確的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。通過這些技術(shù)手段,可使船舶避開障礙物,選擇最短、最安全的航線,提前進(jìn)行交通調(diào)度,減少船舶的擁擠與延誤。本研究提出了一種基于導(dǎo)航信息的自動導(dǎo)航系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)智能交通管理,提高物流運(yùn)輸效率,縮短物流時間。引航站具有協(xié)調(diào)、溝通、提高物流服務(wù)水平的作用。引航站是連接港和船的橋梁,起著信息傳遞和組織協(xié)調(diào)的作用。該系統(tǒng)能及時與港務(wù)局、船方、貨主等各方溝通、協(xié)商,保證運(yùn)輸方案的順利實(shí)施。同時,該引航站還能為船舶提供停靠、加油和補(bǔ)給等必要的服務(wù),以滿足船舶的需要。通過協(xié)調(diào)各方面的利益,使引航站能夠?yàn)榭蛻籼峁└尤婧头奖愕姆?wù),從而提高整個物流運(yùn)輸水平。

 

三、結(jié)論

智能引航在提高航運(yùn)安全、優(yōu)化航路規(guī)劃與調(diào)度、實(shí)現(xiàn)作業(yè)自動化與信息共享、節(jié)能減排、提升物流運(yùn)輸效率與服務(wù)水平等方面具有重要意義。這不僅可以提高運(yùn)輸效率,縮短運(yùn)輸時間,而且可以大大降低事故風(fēng)險,對物流產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。隨著科技水平的不斷提高,以及智能引航技術(shù)的廣泛應(yīng)用,船舶運(yùn)輸將朝著安全、高效、環(huán)保的方向發(fā)展。