第6期 严新平，等：智能航运系统的发展现状与趋势 ·813 tios)项目，旨在为实现新一代智能船舶提供前期设 该项目提出的自主导航流程和结构分别如图8a)和 计方案以及开展关键技术研究。AAWA项目共分 8b)所示。该项目是从经济、社会、法律、管理、技术 为3个阶段：第1阶段(2015年)为概念设计阶段： 等多个方面来探讨智能船舶的可行性方案，对下一 第2阶段(2016一2017年)为关键解决方案和关键 代智能船舶的实现提供了重要参考和支持。 技术研究阶段；第3阶段(2018年)为验证阶段41。 态势感知SA) 电子导航图 目前公开的资料显示，该项目涉及的研究包括：1) +长距离 摄像机+ 船载雷达 远程操控技术；2)离港解缆和机动操控技术；3)开 短距离雷达 、传感器 船舶定位和 导航和反应 阔水域操控技术：4)自主航行技术：5)态势感知技 数据处理 激光雷达 状态估计 式避碰 术：6)远程通信技术：7)远程和自主航行合法性：8) (+摄像机 GPS、惯性 +天气 雷达) 导航传感器 自主航行的安全性保障：9)对航运业格局的影响。 (a)自主导航流程 态势感知系统 态势感知传感器 路径规侧模块 传感器融合 推进 动态 态势感知模块 数据 远程操控 控制系统 定位系统 通信 避碰模块 船舶状态 定义模块 (b)自主导航结构 图8自主导航系统原理 Fig.8 The autonomous navigation system (ANS)principle 入智能时代。在技术层面，除了船联网、大数据、云 5智能航运系统的技术展望 计算外，信息物理系统(cyber-physical systems, 经过对智能航运系统涉及的关键技术和发展现 CPS)、无人化技术在智能航运系统中将起到至关重 状的分析可知，当前航运正处于自动化、信息化时代 要的作用。 向智能化时代过渡的阶段。随着船联网的建设不断 5.1 CPS 完善以及云计算、大数据在航运领域的逐步应用，构 CPS是一种计算进程与物理进程的集成和相互 建智能化的航运系统已经成为了未来几年、十几年 影响的复杂系统，即通过嵌入式计算机和网络实现 内可能实现的目标。从谷歌围棋机器人AlphaGo能 对物理进程的检测和控制，并通过反馈循环实现物 够战胜最顶尖围棋棋手的结果来看，在某些方面目 理进程对计算进程影响的系统[2】。CPS不同于传 前机器智能水平已经能够达到甚至超过人类。对于 统的有关计算系统和物理系统的观念，其将信息世 航运系统也是如此，随着计算机、通信、传感技术的 界(cyber space)与物理世界(physical world)通过自 飞速发展，人工智能算法尤其是人工神经网络算法 主适应、反馈闭环控制方式紧密地结合起来，具有实 的逐步完善，以及大数据分析、云计算平台的成功应 时、安全、可靠、高性能等特点。CPS是当今最前沿 用，使得未来的航运系统对人的依赖越来越少，船舶 的交叉研究领域之一，被认为是计算机信息处理技 交通管理的效率越来越高。 术史上的下一次信息浪潮，将会改变人与显示物理 从2011年提出“工业4.0”以来，智能制造迅速 世界之间的交互方式[]。目前CPS在交通领域尤 成为了工业界未来重要的发展方向，我国也于2015 其是船舶交通领域的研究还多处于探索阶段。借鉴 年发布了《中国制造2025》，旨在加快中国向制造强 文献[44]对道路交通信息物理系统(T-CPS)设计的 国迈进。作为航运大国，中国航运工业也应尽快进 架构，提出水路交通信息物理系统架构，如图9。ｔｉｏｎｓ）项目，旨在为实现新一代智能船舶提供前期设 计方案以及开展关键技术研究。 ＡＡＷＡ 项目共分 为 ３ 个阶段：第 １ 阶段（２０１５ 年）为概念设计阶段； 第 ２ 阶段（２０１６—２０１７ 年）为关键解决方案和关键 技术研究阶段；第 ３ 阶段（２０１８ 年）为验证阶段［ ４１ ］ 。 目前公开的资料显示，该项目涉及的研究包括：１） 远程操控技术；２）离港解缆和机动操控技术；３） 开 阔水域操控技术；４）自主航行技术；５） 态势感知技 术；６）远程通信技术；７）远程和自主航行合法性；８） 自主航行的安全性保障；９）对航运业格局的影响。 该项目提出的自主导航流程和结构分别如图 ８ａ）和 ８ｂ）所示。 该项目是从经济、社会、法律、管理、技术 等多个方面来探讨智能船舶的可行性方案，对下一 代智能船舶的实现提供了重要参考和支持。 （ａ） 自主导航流程 （ｂ）自主导航结构 图 ８ 自主导航系统原理 Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ （ＡＮＳ） ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ５ 智能航运系统的技术展望 经过对智能航运系统涉及的关键技术和发展现 状的分析可知，当前航运正处于自动化、信息化时代 向智能化时代过渡的阶段。 随着船联网的建设不断 完善以及云计算、大数据在航运领域的逐步应用，构 建智能化的航运系统已经成为了未来几年、十几年 内可能实现的目标。 从谷歌围棋机器人 ＡｌｐｈａＧｏ 能 够战胜最顶尖围棋棋手的结果来看，在某些方面目 前机器智能水平已经能够达到甚至超过人类。 对于 航运系统也是如此，随着计算机、通信、传感技术的 飞速发展，人工智能算法尤其是人工神经网络算法 的逐步完善，以及大数据分析、云计算平台的成功应 用，使得未来的航运系统对人的依赖越来越少，船舶 交通管理的效率越来越高。 从 ２０１１ 年提出“工业 ４．０”以来，智能制造迅速 成为了工业界未来重要的发展方向，我国也于 ２０１５ 年发布了《中国制造 ２０２５》，旨在加快中国向制造强 国迈进。 作为航运大国，中国航运工业也应尽快进 入智能时代。 在技术层面，除了船联网、大数据、云 计算 外， 信 息 物 理 系 统 （ ｃｙｂｅｒ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ， ＣＰＳ）、无人化技术在智能航运系统中将起到至关重 要的作用。 ５．１ ＣＰＳ ＣＰＳ 是一种计算进程与物理进程的集成和相互 影响的复杂系统，即通过嵌入式计算机和网络实现 对物理进程的检测和控制，并通过反馈循环实现物 理进程对计算进程影响的系统［４２ ］ 。 ＣＰＳ 不同于传 统的有关计算系统和物理系统的观念，其将信息世 界（ｃｙｂｅｒ ｓｐａｃｅ）与物理世界（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｗｏｒｌｄ）通过自 主适应、反馈闭环控制方式紧密地结合起来，具有实 时、安全、可靠、高性能等特点。 ＣＰＳ 是当今最前沿 的交叉研究领域之一，被认为是计算机信息处理技 术史上的下一次信息浪潮，将会改变人与显示物理 世界之间的交互方式［４３ ］ 。 目前 ＣＰＳ 在交通领域尤 其是船舶交通领域的研究还多处于探索阶段。 借鉴 文献［４４］对道路交通信息物理系统（Ｔ⁃ＣＰＳ）设计的 架构，提出水路交通信息物理系统架构，如图 ９。 第 ６ 期 严新平，等： 智能航运系统的发展现状与趋势 ·８１３·