智能船舶是利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段，自动感知和获取船舶本身、航行环境、物流、港口等信息和数据的技术系统。基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理分析技术，可实现船舶航行、管理、维修、货物运输等方面的自动决策、操作和自主安全航行。智能船舶作为数字化和智能化技术时代的新领域，已经成为全球航运业的趋势发展方向，关系到整个航运业的升级和创新。目前，日本、韩国和欧洲许多国家都将智能船舶作为重点发展领域，相继出台了多项指导性战略文件，在智能船舶系统、智能导航、岸基远程驾驶控制、舰艇编队导航等领域启动了一系列关键技术研究项目。，旨在抢占未来智能船舶技术的制高点，获得未来“无人船”时代的发展先机。
关注日本的基础技术开发、基础设施建设和技术标准化。
为了更好地推动整个海事产业链的智能化转型，应对人口老龄化带来的劳动力短缺，日本近年来不断加大在智能船舶领域的RD投入。国内造船业各有关方面积极致力于物联网、人工智能等先进技术的研究，大力推进智能船舶基础技术发展和基础设施建设。与此同时，日本相继开展了一系列重点研究项目，并注重智能船舶的标准化，以全面提升其智能船舶技术的国际核心竞争力。
在技术层面，日本从数据通信的基础标准开始，遵循自下而上的发展理念。2015年，日本邮政率先启动了“船舶信息管理系统”项目，旨在通过收集、监控和共享船岸间的详细数据，进一步提高船舶的信息管理水平。2018年，日本国土交通省设立了船舶远程驾驶示范项目，旨在建设岸基驾驶控制中心，实现远程操作。此外，日本船级社成立“海洋业务大数据中心”，与IBM联合开发相关软件，对机舱采集的实时数据进行处理和分析，为设备维护和优化提供合理化建议。目前，日本已经完成了自主船技术框架的遥控航行和AIP认证的测试，并进行了多次自主航行测试。其中，无人船项目“MEGURI 2040”框架下的集装箱船“204 TEU朱雀”号和大型客渡船“向日葵知礼子”号已于2022年上半年完成自主航行试验，极大地推动了日本智能船舶的技术进步。同时，日本注重在智能船舶国际标准化领域抢占先机。据统计，从2013年到2015年，日本主导并发布的国际标准有15项，日本主导正在研究的标准有10项。具有代表性的是依托“智能船舶应用平台”项目成果，率先制定了《船载设备及系统通信网络布局指南》、《用于现场数据共享的船舶数据服务器》和《船载机械设备标准数据》三项国际标准，获得了较强的国际影响力。
在政策文件层面，日本密集出台了多项关于智能船舶技术发展的政策文件，旨在全方位指导智能船舶的发展。2017年，日本船级社发布了《自动操纵船舶概念设计指南》，涵盖了智能船舶的安全设计要素、风险评估、独立等级分组、远程控制等多个方面。2018年，日本政府发布《海洋基本计划》，强调要加强对“i-Shipping”等智能船舶项目的支持，进一步提升日本智能船舶的技术水平。2020年，日本船级社发布了《数字化智能船舶指南》，为“数字化智能船舶”的入级符号制定了相应的标准，以便更好地应对未来行业和技术进步的需求。
日本的集装箱船“朱雀”号
以韩国三大造船厂为主导，形成了以生产建设为中心，以应用为动力的RD发展格局。
韩国作为世界上最早开始智能船舶研究的国家，依托大宇造船、现代重工、三星重工，率先开展了智能船舶的研发，先后启动了“智能船舶1.0”、“智能船舶2.0”等重大战略项目，取得了诸多成果。目前韩国三大船公司基本代表了韩国造船业的实力和发展方向。几乎都承担了韩国智能船舶的研发，逐步形成了以生产建设为中心，以应用为研发动力的发展格局。
在技术层面，韩国以信息技术产业优势为牵引，充分结合并发挥其信息和数字产业在智能船舶发展中的优势。在韩国开展的一系列相关项目中，通信机构和企业深度参与，许多新兴技术系统应用于造船。2019年，韩国提出“独立水面舰艇”项目，以航运业和造船业为重点，研究智能船舶的商业模式。2020年，现代重工将在25万载重吨散货船上成功安装韩国科学技术院共同开发的“现代智能导航辅助系统”。同年，三星重工完成了韩国造船业首次远距离自主导航船上海试，并计划在未来进一步结合人工智能技术和超高速移动通信技术，开发更先进的导航辅助系统。2021年，大宇造船与韩国实时图像处理平台公司N3N合作，旨在共同开发更高水平的智能船舶平台。2022年，三星重工集团与美国海运局签署共同开发协议，双方将共同开发新型“船体应力监测系统”，进一步提高船舶的安全性。目前，三星重工的“智能船舶解决方案”和现代重工的“综合智能船舶解决方案”的智能船舶技术平台系统处于世界前沿，广泛应用于多艘商船。此外，大宇造船在2018年启动了“智能船舶4.0服务架构”计划，希望构建基于云计算、物联网等技术的架构体系，实时收集数据，基于数据分析管理船舶。该计划使其有望成为全球智能船舶物联网基础设施服务市场的领导者。
在政策文件层面，韩国政府与企业紧密合作，制定了多项智能船舶发展的指导性文件。2018年，韩国政府在明确的100项国家工程中提出，未来要挖掘和培育高附加值的新兴产业，与海运和造船业合作，共同建设海洋强国。2019年，韩国政府发布《智能自航船舶及航运港口应用服务开发》，其中包含一系列重要的RD项目计划，表明韩国希望依靠高科技推动高附加值智能船舶的RD，抢占国际造船市场新的制高点。2022年，韩国现代重工集团发布《2030愿景》，提出到2030年建成“智能自主导航造船厂”，成为未来智能船舶领域的领军企业的发展愿景。
韩国的“智能船舶4.0服务架构”
欧洲很多国家以高科技企业为主导，主推小型船舶的自主化、无人化项目。
相比日韩，欧洲国家受地理环境、市场规模和产业模式的影响，在智能船舶领域有着相对独特的发展模式。近年来，许多欧洲国家一直将技术要素作为智能船舶产业发展的核心竞争力，并长期以高科技企业为主导，旨在保持技术上的领先优势。同时，欧洲点对点的短途航运市场广阔，因此欧洲造船业更倾向于开展小型船舶的自主无人驾驶项目。此外，欧洲的人工成本相对较高，因此各国更注重推广无人化和少人化的作业实践。
在技术层面，许多欧洲国家长期致力于保持智能船舶技术的先进性、稳定性和可靠性，同时注重促进新兴技术与市场需求的结合。2012年，德国MarineSoft公司主导了“智能和网络支持的海上无人驾驶导航系统”项目，旨在建立无人驾驶船舶的技术框架，评估其技术、经济、法律和监管的可行性。2017年，英国劳斯莱斯公司设立了首个智能船舶体验室空，可以向客户、供应商和合作伙伴展示最新的数字化解决方案如何改变造船业。2019年，欧盟推出了自己的船舶项目“AUTO SHIP”，旨在改善欧洲贸易和货物运输环境，进一步完善欧洲航运市场机制。此外，由欧洲各大船公司联合建造的全球首艘零排放“无人驾驶”集装箱船Yara Birkeland于2022年5月正式投入运营，这标志着欧洲多国在智能船舶技术研发方面取得了重要进展，也进一步验证了欧洲在智能船舶领域的高技术水平。
在政策文件层面，欧洲各海洋大国都将智能船技术提升到国家战略层面。2015年，劳氏船级社、Quinatics集团和南安普顿大学联合发布了《2030年全球海洋技术趋势》报告，将智能船舶列为18项关键海洋技术之一。2016年，英国罗尔斯·罗伊斯公司发布白皮书《高级无人船应用发展计划》，对智能船舶未来发展阶段做了整体规划。2017年，劳氏船级社发布了《无人驾驶海事系统规则》，从适用范围、用途、功能目标、性能要求等方面对智能船舶进行了探讨。2018年，DNV发布了《自主船与遥控船》，全方位多角度分析了智能船技术，提出了虚拟测试的概念，以提高实船测试的效率，降低成本。2019年，法国发布了《独立航运》(Independent Shipping)，为未来实现智能航运的目标提供了总体指南，包括总则、风险和技术评估、自动化系统的功能性、自动化系统的可靠性等诸多内容。
欧洲集装箱船Yara Birkeland号
二、智能船舶发展的瓶颈
目前，世界主要海洋强国的智能船舶技术发展迅速，在技术标准化、信息化和数字化、自主导航等方面取得了一系列重要突破。，但离真正的“无人船”时代还有一定距离。按照国际主流标准，智能船舶的发展可分为四个阶段，即互联、系统集成、远程控制和自主运行。其中，第一、二阶段的技术目前比较成熟，但应用程度不同。第三级遥控和第四级独立运行所对船舶执行系统的可靠性和稳定性要求很高。虽然以欧洲“雅拉·伯克兰”为代表的先进智能船已经开始进入作战状态，但目前还未能真正实现完全自主作战。总的来说，智能船舶技术的发展还有很多瓶颈。一是全球定位系统、惯性导航系统、光学和红外系统、雷达系统等各种海洋核心传感器的性能有待进一步提高。在现代工业系统中，传感器作为获取信息和数据的主要方式和手段，已经深入到海洋探测、环境保护、资源调查、医疗诊断、生物工程等诸多领域。目前智能船舶领域的各种核心传感器在精度、适应性、鲁棒性等方面的性能还不足以支撑智能船舶向更高层次发展。智能船舶在复杂的海洋环境中运行时，需要处理海量数据。如果各种核心传感器不能正确产生、处理或融合数据，就会导致舰船无法进行高精度的态势感知，从而影响自主系统的决策和行动。因此，更多型号、更高性能的船用核心传感器是智能船舶技术向更高层次迈进的必要支撑。
第二，现有的海上通信技术能力还没有完全满足智能船舶对高连通性和高安全性的要求。与传统船舶相比，智能船舶对定位、导航、授时系统的稳定性要求更高，对高清视频、实时雷达等业务的数据吞吐量要求更高。为了实现更加稳定的互联，智能船需要构建各种不同层次的网络和通道，增强智能船与岸之间以及智能船之间的连通性，从而增强智能船运行的稳定性。此外，智能船舶领域还面临着网络攻击的威胁，更高安全级别的通信信道是保证智能船舶正常运行的重要前提。目前，5G通信技术、大功率卫星通信技术和可见光或光学保真技术可以在连接性和安全性方面帮助智能船舶的发展。但这些技术融入智能船舶技术开发体系还需要一段时间，还需要相关的辅助技术和配套软件。短时间内很难形成完整的技术体系，未来还需要进一步发展。
第三，智能船在动力选择、能源供应、能源优化管理等方面还存在不足。目前，船舶节能减排已经成为主流，全球航运业已经成为国际社会的共识。具有成本控制和节能减排的船舶能源管理系统已成为航运业发展的重要课题之一。相关分析表明，纯电力推进是智能船舶发展的最佳动力选择。一方面，电力推进可以有效满足节能减排的需求。另一方面，电力推进可以帮助智能船舶更好地实现自补给、自充电、自维护等功能，有助于进一步降低其船舶运行能效指数。但目前锂硫、锂空气体、铝离子等电池技术尚未完全商业化，超级电容器等新兴技术仍处于发展初期，无法为智能船舶提供连贯、结构化的能源架构和管理体系，从而在一定程度上限制了智能船舶在动力和能源层面的技术进步。
三、智能船舶的发展趋势
尽管智能船舶技术仍面临诸多发展瓶颈，但随着信息技术、传感技术、大数据技术等先进技术的深入发展和广泛应用，智能船舶的发展进程将进一步加快。同时，日本、韩国等世界主要海洋强国将进一步加大对智能船舶的研发投入，全方位推动智能船舶技术的发展。在全球脱碳和产业智能化的背景下，智能船舶在国际航运中的重要性将进一步提升，相关国际标准制定的竞争将越来越激烈。未来，智能船舶的未来发展将呈现以下三个主要趋势。一是智能船舶一批关键核心技术将取得重要突破，船舶自主智能化程度进一步提高。在智能船舶开发过程中，涉及到很多核心技术，除了前面提到的传感器技术、通信技术、能量优化管理技术之外，还包括航线规划技术、状态监测与故障诊断技术、遇险预警与救助技术。虽然有些技术还存在一些问题，如理论支撑弱、发展阶段早、应用程度不够等。目前，随着海洋大国投入力度的加大，以及类似技术在其他工业领域的深入发展，智能船舶关键核心技术的发展速度将进一步加快，一系列重要的技术突破也将随之而来。未来，随着信息时代的不断发展和相关技术的不断进步，智能船舶的发展将进一步加快，其自主化和智能化程度将进一步提高。
二是相关国际标准制定领域的竞争将更加激烈，世界航运将继续聚焦智能船舶标准化。目前智能船舶发展方兴未艾，整体仍处于技术开发和市场培育阶段。对于发展的关键环节，如智能船舶的定义和分类、船舶的智能感知、决策优化等技术，目前尚未形成统一的国际标准，国际规则将对未来行业发展的塑造起到重要作用。自2017年6月ISO/TC8/WG10智能航运工作组第一次会议以来，各主要海洋大国对智能航运标准化的关注和参与持续升温。除了继续专注于标准制定的日本，韩国、挪威、丹麦等国也加大了对智能船舶国际标准制定领域的关注，陆续提交各领域的标准化提案，加快在国际标准化领域的文章布局。未来智能船舶国际标准化的博弈将越来越激烈，它将成为各国技术发展体系之外的又一个主流战场。
第三，智能船舶的商业应用模式将更加清晰，有望开辟独特的市场运作机制。从目前的发展情况来看，智能船还没有形成明确的商业应用模式。大部分智能船项目还处于早期测试阶段，在安全监管、适航审批、船员配备、保险购买、责任认定等方面都处于空白色期。距离实现商业化运营还有一定距离。但近年来，智能船舶产业逐渐从技术导向、政策导向向市场导向转变。以欧洲的集装箱船Yara Birkeland和中国的集装箱船志飞为代表的智能船项目已经开始在商业应用方面进行前沿探索，未来有望开辟出一条独特的智能船市场运营机制。
四。结论。
智能船舶是未来船舶发展的必然趋势，也是引领未来航运时代发展的主流。虽然现有技术水准还未能实现自主航行与商业化运营，但随着数字化、智能化技术不断进步，加之物联网、信息技术、人工智能、5G通信技术的快速发展，智能船舶的发展前景一片大好。我国尽管在智能船舶领域取得了一定成就，但在试验标准体系构建、技术成果贡献、投资资源利用等方面还存在短板，未来还需要多领域、多行业、多部门共同研发、共同创新，以在智能船舶领域夺得头筹，真正实现制造强国、海洋强国的宏伟目标。
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作者简介
宗山雨itei研究室4，三级分析师研究方向:海洋和核领域的态势跟踪，关键核心技术和前沿技术研究。
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编辑郑石
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