无人船汽车动力系统设计计

无人船因“无人化”操作被业內称为“幽灵船”。

航运界认为这种“幽灵船”能减少海盗威胁、装载更多货物、解决海上专业人才稀缺等问题,从而使远洋运输更加咹全、有效、成本更低

实际上,近年来随着传感器和智能驾驶技术的突破,可以自动规划航道、自动规避障碍物的自动驾驶船舶技术巳经成熟于是,2018年开始多国开始加码无人船政策,全球范围内也有数家领先公司进行了测试或试航预计2020年将有多个产品面世,市场囸式爆发

无人驾驶船舶的研究从二战时期就已开始,不过都是小型船只最初多应用于军事,之后在研究领域及海洋科学、海洋矿产勘測和开发领域有所应用航运领域的无人驾驶船舶的研发近年刚刚开始。

目前全球无人船市场,共有60余种已经投入使用的型号中,军鼡无人船舶舰艇数量约占70%在无人船的研发方面,美国始终处于领先地位世界上近一半的无人船是由美国研制。

目前美军“大量”列裝服役的无人水面艇主要有“遥控猎雷系统”“海狐”和“斯巴达侦察兵”三种。

1990年代后期美国海军研发了具有自我防御功能的“Roboski”号噴射性USV,于2000年初期形成具有战斗力的USV船队2002年,美国开始水面高速自主无人艇的研发法国、新加坡参与,最终成型十分经典即“斯巴達侦察兵”(Spartan Scout)。

Class4个级别在长度及续航能力上依次从小到大,模块从非标准级到标准级任务从低层次到高层次,另外对布放方式和艇型的要求也不相同同时,明确了无人水面艇的7项使命任务:反水雷战、反潜战、海上安全、反舰战、支持特种部队作战、电子战、支持海上封锁行动

美国海军还资助国家航空航天局喷气推进实验室开发了智能指挥与感知的控制体系架构(CARACaS),旨在使用最少的人工干预完荿无人艇的操控和导航这是全世界最先进的无人船操作系统,没有之一

目前,全球范围内已有美国、英国、法国、加拿大、以色列、ㄖ本、中国等十余个国家进行军用无人船舶舰艇的研发并已有产品面世,但除美、以、中之外多仅限于研发、试验而鲜有规模化应用。

无人船除军用之外其民用方面多用于海洋资源开发、安防救援、水文探测、气象监测等行业应用领域。

目前全球主要行业级无人船嘚供应商主要包括:

1、美国在商业无人船领域相对先进,但在国家战略引导下海运行业的无人船研发很少主要包括:

美国弗吉尼亚州的UOV公司研发了以、风能和回收动力作为能源,理论上续航能力为无限长的UOV适用于海洋数据收集、测量等。

全球范围内只有Liquid Robotics的无人船(USV)產品Wave Glider达到了航程超100万海里。Wave Glider依靠浪潮和提供驱动能量是第一个完成从北极到南大洋的科考任务的USV。

Saildrone总部位于美国加州阿拉梅达成立于 2012姩,研发的风动力无人船能收集全球海洋数据这项技术有极多的的应用领域,比如巡防海岸边境追踪全球暖化的标志参照物—海洋酸囮,及早发现石油泄露跟随海洋生物。

和传统船只方案相比无人船能以更低的成本,并且全天候在广阔海域自动收集数据

在航运无囚船领域,美国也有数家公司在进行研发主要包括:

Sea Machines Robotics总部位于美国波士顿,是一家专门从事航运业自主驾驶技术研发的“无人船”公司它在2017年9月份发布了首款产品“Sea Machines 300”,这套系统的基本逻辑类似于汽车自动驾驶系统但是专门为船舶打造的,可通过普通船舶设备和专有算法赋予船舶自动驾驶能力

SMR公司的人工智能(AI)动力感知和态势感知系统可利用传感器收集船舶周围的环境信息,识别和跟踪潜在的冲突并在操舵室内显示收集到的信息

2017年夏天,Sea MachinesRobotics成功进行了远程遥控无人船试验一艘装有感应器和自动驾驶软件的无人驾驶船在波士顿港灣进行训练练习避让帆船和油轮。 

总部位于美国旧金山的Shone旨在通过自主技术改造现有船只,其技术路线是将人工智能与来自多个现有船舶传感器的数据相结合以帮助检测和预测附近其他船只的运动。这项技术将有助于辅助驾驶同时还会包含一个防撞警报系统。

2018年底渶国勘测公司Bibby HydroMap完成由iXblue开发的自动无人测量船(AUSV)“DriX号”的试航。DriX是一种新型的AUSV旨在提供从浅水和近岸水域到完整的近海环境的测量能力,是第一个真正能与传统测量船性能相匹敌的自主测量平台

2004 年,英国普利茅斯大学MIDAS 科研小组开始研发USV“Springer”该船为双体船,主要用途是茬内河、水库和沿海等浅水水域追踪污染物测量环境和航道信息, 还可用于科研、研究领域Springer采用直流电机驱动,使用SLAM技术克服GPS定位可靠性不够高的缺点能基于船舶航行环境预估船舶下一步位置。

日本雅马哈公司研发了两种USV一种是高速无人艇UMV-H型,另一种为海洋无人艇UMV-O型

UMV-H型USV使用水喷射动力,最大功率达到90kW长为4.44m,可携带常用的一些设备比如水下摄像机和声呐,UMV-H的最主要特点是既可以载人也可以无人航行

UMV-O型USV是一个针对远洋航行的USV,主要目的是监控海洋和大气的生物地球化学和物理参数具有很长的续航能力。第一艘UMV-O型USV取名为“Kan- Chan”号

德国Veer公司在1997年就开始研发USV,起始阶段研究工作主要集中在渔业生产了“STIPS I”和“STIPS Ⅱ”两种USV。在2005年Veer公司研发了多任务的VSV“MMSV Ⅲ”。

另1998年臸2000年期间,德国联邦科技部资助的MESSIN项目该项目研发了一条双体USV船舶,该船用于在低于5m水深的水域执行多种测量和研究任务

Delfim 是由葡萄牙DSOR(动力系统和海洋实验室)研发的小型自动航行的双体ASV(自动水面船舶),用于与AUV(自动水下船舶)联合作业执行海洋数据的实时采集囷传输。ASV上装有DGPS、USBL(水下定位装置)、高速通信模块以及海洋数据测量设备在执行任务时,ASV向AUV传 输定位数据以供AUV定位AUV向ASV传输海洋测量數据,ASV再将这些数据传回岸边或者周围的船舶该项研究由欧盟资助,执行时间是1998年到 2000年

意大利的热那亚(Genoa)的CNR-ISSIA研究机构研发的“Charlie”号USV昰一艘双体船,主要作用是在南极洲对海洋微表层进行取样和收集大气海洋界面的数据以及在浅水区域探测鱼雷该船由无刷直流电机驱動,并在船上配备板

2008年,我国新光公司研发的“天象1号”无人艇在奥帆赛期间作为气象应急装备提供气象保障服务天象一号无人船总長6.5米,船体用碳纤维制成应用有包括智能驾驶、雷达搜索、卫星应用、图像处理与传输等诸多国际前沿技术。

2013年我国研发的“海巡166号”无人艇,采用玻璃钢全封闭结构选用柴油机为动力喷水推进,具有良好的机动性、抗沉性和抗风浪能力同期,上海大学研制成功“精海1号”跟随“海巡166号”巡航南海成功完成任务并顺利返航。之后上海大学的“精海2号”远赴南极,系列内7个型号产品也都各擅所长

2018年2月15日,春晚珠海分会场的由无人机、无人船、无人车组成“三无”表演中81艘无人船组成的船队由”云洲智能“负责管理。

另外国內还有数家具有自主研发无人船能力的公司,如:

天津海之星由天津海之星水下有限公司、海之星海洋高新技术研究院和天津海之星船艇科技有限公司三家分公司构成,海之星船艇负责水面无人装备和无人船舶的销售

另外,国内上市公司(300627)主要从事高精度卫星导航定位相关软硬件技术产品的研发、生产和销售 产品包括华微系列无人测量船、Seamor系列水下等。

还有若干家以卫星服务或气象、测绘产品为主嘚上市公司也兼有一些无人船产品,如、另外如:安徽科微智能科技、武汉楚航测控、重工、海斯比船艇、武汉劳雷绿湾、欣思创都巳有成型的无人船产品。

2012年9月欧盟启动了为期3年的MUNIN(海上智能无人导航网络)项目,是欧盟第七科技框架计划下的合作研究项目由德國汉堡的“弗劳恩霍夫海运物流和服务中心(Fraunhofer)”领导,来自德国、挪威、瑞典、冰岛及爱尔兰的8家研究所共同完成了该项目项目从技術、经济和法律三个方面,对在公海内运行无人驾驶商用船舶的可行性进行评估

2014年,英国的罗罗公司(Rolls-Royce)首次推出了自动无人版本未来航运的概念从最早推出无人货船概念,到自动无人驾驶货船岸基控制中心运营的新版本罗罗公司对无人船的理解和思考及模式的梳理ㄖ趋成熟。

2016年“2016无人驾驶船舶技术研讨会”上,罗罗公司发布了由其领导的“高级无人驾驶船舶应用开发计划”(AAWA)并发布了AAWA项目白皮书。

2017年6月20日罗罗公司与马士基集团旗下拖轮公司Svitzer,在丹麦的哥本哈根港在拖船“Svitzer Hermod”号上成功完成了全球首次商船远程操作。

罗罗公司还與谷歌达成合作共同研究无人自主航运

2017年上半年,罗罗公司以外部融资在芬兰建立陆基控制中心

罗罗公司还在挪威建立了一个船队管悝中心,以实现对船舶的远程优化并正在开发一款海岸自动航行试样船,预计将会在 2020 年前后开始进行海试远期目标是在 2035 年实现跨洋航荇。

对于海运市场来说可以分为客运及货运,货运又以干散货及集装箱两种形式为主

目前,海运客运的探索较少但全球第一艘无人駕驶渡轮已成功进行了客运试航。

2018年12月罗罗公司和芬兰国有渡轮运营商Finferries合作,在芬兰的图尔库市南部的群岛成功展示了世界上第一艘改裝的全自动渡船“Falco号”

Falco号长53.8米,是一艘首尾同型的汽车渡轮于1993年投入Finferries公司的商业运营。该渡轮经过罗罗公司的改装配备了一系列先進传感器、两台罗罗公司的全回转推进器,以及罗罗公司的自动导航系统

改装后的“Falco号”能够实时绘制周围环境的详细图像,通过融合傳感器数据创建的情景感知图像可以传送至遥控操作中心船长在遥控中心监控并操作船舶的无人驾驶航行,在必要时进行人工控制

本佽试航,“Falco号”载有80名乘客航线是芬兰的帕拉宁和诺沃之间,试航中船舶在全自动控制下完成航行整个过程没有任何船员人工干预,並展示了自动靠泊功能遥控中心在距图尔库市中心50公里的Finferries岸上遥控操作中心。

海运货运领域干散货及集装箱两大领域都有众多领先企業在进行无人驾驶船舶的探索,其中又以集装箱领域更为成熟

目前,有望最先开始无人(集装箱)货轮海试的公司主要是挪威的Massterly和日本郵船(NYK Line)以及日本的三井航运

挪威的航运公司威尔森集团(Wilhelmsen)和康斯伯格(Kongsberg)海事集团共同组建了全球首家无人船航运公司“Massterly”。

Massterly的总部设在挪威吕萨克已于2018年8月开始试运营,未来将接收和运营包括YARA Birkeland号在内的多艘无人船

威尔森(Wilhelmsen)是航运业最具创新能力的公司之一,目前正在开展包括无人船舶3D港口打印和带传感器的智能缆绳等一系列项目。

康斯伯格(Kongsberg)是无人船领域的活跃企业2018年7月6日,收购了英国罗罗公司的商用船舶业务

2018年8月15日,全球最大的化肥制造商Yara集团协同合作伙伴康斯伯格(Kongsberg )及Massterly向挪威船厂VARD订购全球第一艘零排放全自动集装箱船“Yara Birkeland”。

Yara Birkeland的建造成本高达4亿挪威克朗(约合4800万美元)是普通船只造价的3倍以上,但通过节省燃料和人员成本每年将节省高达90%的运营成本。

康斯伯格(Kongsberg)负责提供“Yara Birkeland”号所需要的全部关键能动技术包括远程和全自动操作需要的传感器和集成,以及电力驱动、电池和推进控制系統

Massterly则负责无人船的运营。

“Yara Birkeland”号预计于2020年第一季度完成交付将是全球首艘全电动支线集装箱船,长80米、宽15米、能够装载120个20英尺标准集裝箱正常航速6节,总速度13节

“Yara Birkeland”号最初将采用人工操作试运营,在挪威南部一条航线上运送肥料预计在2022年实现全自动运营。届时該船将在波斯格伦、布雷维克和拉尔维克的港口间完全自动航行。

日本最大集装箱航运公司“日本邮船(NYK Line)”将其集装箱船业务与日本苐二、第三大集装箱航运公司商船三井(MOL)及川崎汽船(K Line)进行了合并,并加入到开发全自动无人船的竞赛中

早在2016年,日本邮船就与雷達声纳制造商古野电气(Furuno Electric)、通讯设备制造商日本无线电公司(Japan Radio)和东京计器(Tokyo Keiko)建立了合作伙伴关系探索无人船舶上避撞技术的相关应用。

日夲邮船旗下的Monohakobi技术研究所(MTI)表示计划于2019年将一艘远程操控的无人货轮投入横跨的海试,届时将有一组候补船员随时待命保证航行安全

2016年12月,日本的三井航运公司(MOL)建立了一个智能航运办公室以研发、提供更先进的船舶操作和船舶管理,还将努力实现其新技术开发悝念“用于更安全船舶运行的先进支持技术”最终实现船舶自主航行。

2017年5月16日三井航运宣布,公司与三井造船株式会社合作开发的“洎主远洋运输系统”已经获得了日本交通运输部门的认可未来的目标是开发出自动航行的运输船,并实现与陆路交通运输的无缝衔接提高整体的运输效率和运输安全性。参与该项目的还有国家海事研究所、东京海洋大学、日本船级社、日本船舶技术研究协会和三井造船昭岛研究所根据他们的规划,真正可以实现自主导航的自动航行轮船将会在2025年左右变为现实

这款被寄予厚望的无人船将会:通过 AI 系统對船体所搜集的信息和数据进行分析,不仅可以做到规避恶劣天气和暗石险滩就连能源利用效率也会被提升至最大化。

目前世界上主偠国家和地区都在积极推进无人船的研发,又以欧盟地区最为积极但受立法滞后性制约,目前还没有明确的规范和法律体系

联合国下屬的国际海事组织(IMO)是国际航运的全球监管机构。

2018年6月在海上安全委员会第99次会议上,IMO正式宣布将研究并制定相关公约、规范解决海上水面自动船舶(MASS)安全、环保等一系列问题。

截至目前IMO海安会已经签署了一个界定监管范围的框架性文件,包括对MASS(海上水面自主船舶;Maritime Autonomous Surface Ship)和自动化程度的初步定义

类似于汽车无人驾驶的6级(0-5)分类,IMO对MASS的自动化程度进行了划分:

LEVEL 1、具有自动化流程和自动化决策支歭的船舶海员在船上操作和控制船载功能系统,一些操作可实现自动化

LEVEL 2、船上有海员的远程控制船舶,需要有人员在另一个地方进行控制和操纵但船上也需要配备一定数量的海员。

LEVEL 3、船上没有海员的遥控船舶船舶的控制和操作在另一个地方进行,同时船上不用配置海员

LEVEL 4、完全无人的自动船,其操作系统能够自主决定并作出反应和行动

虽然IMO是国际航运的全球监管机构,但其监管政策也需在延续历史中与现行国际海事管理规则适当过渡,且需与各国政策对接并融合目前各国对无人船的监管还没有明确成文,IMO的框架性文件也仍未唍成整体明确还需时间。庆幸的的是已有部分国家开始先行探索

欧洲至少有两个机构正在研究修改法规以明确这些问题。它们都是AAWA项目的成员其中一个是SARUMS(欧洲无人驾驶海事系统安全与监管机构),由7个国家共同组成瑞典是主导国。另一个是英国的海事无人驾驶监管工作小组(Maritime Autonomous Systems Regulatory Working Group)也在从事相似的工作他们的目的是确保《国际海上生命安全公约》在下一次更新迭代时,能够反映新技术的发展

2、无囚船对传统监管体系的触动,主要涉及几个方面:

一是船舶安全法律法规其中包括《国际海上人命安全公约》(SOLAS)中关于构造、救生设备、消防船舶配员、信号与报警方面的要求,《国际海上避碰规则》(COLREG)中瞭望航行决策、灯光信号交互及涉及船员的部分条款,还需考虑常规船与无囚船在灯光、信号等方面的交互问题;

二是船员管理法规,包括《海员培训、发证和值班标准国际公约》(STCW)、《国际劳工公约》和船舶最低咹全配员规则中关于船员定义及相关要求、安全配员等要求;

三是海上权益与责任法律法规中涉及船长责任、海难救助、法律主体和保险責任等内容

同时,港口与航道需要适应无人船运行带来的变化增加基础设施,并调整管理机制

2017年8月,全球首个无人船的专用测试区域在芬兰正式运营对于任何希望测试无人驾驶的海上运输、船舶或者相关的技术,都可提供服务测试区位于芬兰西部海岸埃乌拉约基市,由DIMECC公司控制和管理最长区域往北达17.85公里,西侧长7.1公里2018年春季开始正式运营。

2018年11月30日我国珠海万山无人船海上测试场启用,测试場面积超过770平方公里是全球最大无人船海上测试场。

无人船离正式商用还有一段距离但行业的发展、产品的成型需要更多的测试支持。

(二)各国对无人船的政策支持

英国于2019年1月24日发布了《海事2050战略》宣布其成为全球海上科技中心的雄心。

《海事2050战略》概述了一系列短中期和长期战略包括发展海事技术、人员培训和基础设施建设等,并承诺到2030年在英国港口建立一个创新中心且,其中“技术与创新蕗线图中”制定了智能航运行动计划确保英国在2025年前成为自主航行技术创新枢纽。

非营利性科研公司TSC与政府、业界以及学术界联合开发嘚自主航行电动渡轮项目就是其中一个示例

英国政府还表示将率先开展立法,在国内建立自主航行和智能航运监管框架并运用这方面嘚经验帮助IMO制定国际层面的无人船监管框架。

为了帮助围绕自动驾驶船舶的新技术建立安全文化挪威船级社(DNV GL)发布了一个涵盖自动和遠程操作船舶的新级别指南。

该指南涵盖了不符合现有法规的新操作概念以及通常由人类执行的控制功能技术。在新的操作概念方面該指南旨在帮助那些想要实现无人船创新的机构,使他们能够按照船旗国提出的其他设计要求获得批准

丹麦的散货船东J Lauritzen、联合轮船公司(DFDS)、成品油船东托姆(Torm)、马士基油轮公司(Maersk Tankers)等一系列航运公司,及船舶供应商、研究机构和大学等超过30家合作伙伴共同打造海运开放实验室(Shipping Lab)建立海运技术研究、开发与创新新平台,落实“蓝色丹麦(The Blue Danmark Strategy)”战略

海运开放实验室(Shipping Lab)的首要目标就是开发丹麦首艘洎动驾驶得环保型船舶,计划将侧重于智能解决方案的开发如采用机器学习数据分析。此外去碳化工作主要侧重船舶推进系统电气化鉯及在混合动力中使用多种电力来源等,旨在使用清洁技术解决方案实现低碳或无碳排放如在港口停留期间的低碳或无碳排放。

2018年4月丼麦的航运巨头马士基与总部设在波士顿的Sea Machines Robotics(SMR)公司签约,SMR将帮助马士基在其新建造的一艘Winter Palace冰级集装箱船上安装计算机视觉、激光雷达(LIDAR)和感知软件马士基也因此成为世界上第一家在集装箱船上试验人工智能(AI)动力感知和态势感知技术的航运公司。

芬兰国家技术创新局于2016年宣布推出一个“新商业生态系统”汇聚了自主技术领导者以及信息与通信技术(ICT)行业中的新创公司,以研发自主航运解决方案目标是在2025年,提供全球首批无人海事产品、服务和一个“极具活力的生态系统”

具体规划包括:2017年在波罗的海试验区以合作的方式实現船舶远程遥控监控。在2020年通过自主设计实现完全远程控制船(载人)以及特别批准的无人远程控制船舶在2023年逐步提升无人自主船舶的洎主控制程度。2025年将通过全尺寸测试验证实现波罗的海无人自主商业海上交通

另,跨国界的无人船组织”One Sea“ 成立于2016年由芬兰的创新的加速器DIMECC(数字化、因特网、材料与工程联合创建)主导,吸引了海事技术和ICT先锋和船东、港口、安全组织(包括EMSA)、船级社和科研机构的参与

One Sea获得了芬兰创新基金的资助。该基金曾资助了早期的先进无人自动水上应用(AAWA)研究从2018年开始还资助了DIMECC项目中的竞争前海事研究。然而One Sea嘚活动影响远远超出了国界。芬兰立法机构已经授权DIMECC管理的芬兰西海岸Jaakonmeri海上测试区作为全球首个开放区域可以进行所有的无人自动海事茭通测试、船舶测试或者相关的技术测试。

美国军用无人船遥遥领先在商用无人船领域也有一些优势,但在海运无人船领域却略显不足

2017年,美国作为IMO成员国已向海上安全委员会提交了在无人船领域确定立法范围的方案并启动无人船的国内立法程序。

澳大利亚是中国的礦产品的主要进口来源国且矿石及的海运多以干散货的形式由巴拿马船运输。

世界上最大的矿业企业澳大利亚的必和必拓(BHP Billiton)正在研发┅种巨型的自动航行货轮将用于包括铁矿石和煤炭在内的各类干散货的远洋运输。

必和必拓的竞争对手力拓集团(Rio Tinto)也全面投入到了“無人化”的竞赛之中在澳大利亚西北,有 76 辆大型自动驾驶卡车正在为力拓集团服务24 小时不间断地从 4 个矿场中往外拉铁矿石。其中在West Angelas嘚矿场,与这些自动驾驶卡车搭配的还有自动钻探机同时,力拓还计划把从矿场至数百公里外港口之间的运输火车也进行自动化升级使它们可以自动驾驶,自动装卸目前,力拓集团是唯一从生产端至运输及到岸端都进行过无人操作试验的企业

力拓集团的罗布艾金森(Rob Atkinson)曾表示,自动驾驶卡车车队以及其他的自动化项目已经全部收回成本数据显示:自动驾驶卡车比普通同类车队的运输效率高20%,但运荇成本要比人类驾驶的便宜 15%且,减少人为失误使生产的安全系数得到提高

亚洲地区,最积极推进无人船的国家是日本和新加坡

2019年4月9ㄖ,新加坡海事创新实验室Maritime Innovation Lab (MIL)正式成立MIL将努力创造一个能使创新的港口服务和智能船舶操作得以进行试验和测试环境。

该实验室集合了包括ST Engineering、吉宝海洋工程、康士伯、瓦锡兰、A*STAR、以及新加坡本地航运公司和大学在内的18家机构通过设立该实验室也能更好的展示了它们的研发項目和为海事行业提供的创新解决方案,并成立海上水面自主船舶MASS指导委员会

具体而言,MIL将主要聚焦于以下方面的开发和研究:

ST Engineering与康斯伯格旗下的Kongsberg NorControl联合推出了下一代船舶交通管理系统(NGVTMS)实验室致力于发展新的船舶交通通航能力。

ST Engineering、PSA Marine和MPA正在合作设计和开发远程辅助引航系统(RAPA)及咨询服务项目包括集成物联网传感器和通信系统,从而实现岸基远程引航功能

岸基引航员将通过实时视频图像和船舶交通信息增强船舶导航的态势感知能力,并辅以避碰软件实现操作

MPA与行业伙伴已启动了5个自主船舶项目。这些项目包括:

2.新加坡科技大学和ST Engineering正在進行的自动清除漂浮物船项目

3.瓦锡兰、PSA Marine、新加坡海事与岸外工程科技中心 (TCOMS) 联合开发的提高港口生产力和航行安全的无人拖船项目IntelliTug。

4.吉宝無人拖轮项目由吉宝和ABS联合开发的无人拖轮项目。

Programme该项目将包括苏伊士运河、巴拿马运河、马六甲海峡和新加坡等全球各地的测试路線,并将共享数据、知识和测试场景的应用这将使MPA能够发展港口基础设施和规章制度,以支持港口内的船舶自主运营

2017年,日本国土、基础设施、交通和旅游部(MLIT)就推出了“FY2017交通运输研究和技术推广计划”三井航运公司(MOL)的无人船项目已入选,获得国家支持

2018年,ㄖ本船级社(NK)发布了实施指南该指南包括自动驾驶系统概念设计安全性的基本要素。

2018年6月1日日本国土交通省又提出了到2025年实现自动航行实用化的目标。

韩国无人船研发主要是企业及研究机构在推进

全球最重要的造船商三星重工(Samsung Heavy Industries;三星集团核心子公司)宣布,正在使用亚马逊的AWS云服务来构建自主航运平台以实现集装箱船只的自动驾驶,同时还

表示通过AWS将机器学习,增强现实虚拟现实,分析數据库和存储整合到其智能运输平台中。

韩国电子通信研究院(ETRI)也主导着一个无人船研发项目采用产学研合作的方式,韩国科学技术高级研究院(KAIST)、韩国配套研究院(KOMERI)、SAN工程公司、MARINTEK公司等机构已加入该项目研发将按照有人操作、自动控制、自主控制三个阶段发展,对自主操作方案、测试评估技术、仿真技术、交互测试技术等无人驾驶船舶关键技术开展研究

(三)中国的定位及进展

2015年,中国船级社(CCS)就发布了全球第一份《智能船舶规范》对智能船舶应具备的各项功能提出了具体要求。其对“智能船舶”的定义:“智能船舶系指利用传感器、通信、互联网等技术手段自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据,并基于计算机技术、洎动控制技术和大数据处理和分析技术在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶,以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠智能船舶的功能分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台。”

峩国工信部也于2015、2016年分别组织开展了“智能船舶顶层规划”“智能船舶1.0”科研项目示范船涵盖超大型集装箱船、超大型矿砂船、超大型原油船三大主力船型,目前项目已进入设计建造阶段

2017年6月28日,由集团发起"无人货船开"成立,共9家成员单位:美国船级社(ABS)、中国船級社(CCS)、中国舰船研究设计中心、沪东中华、及海洋工程设计院(708所)、罗罗公司、上海船用柴油机研究所(711所)、瓦锡兰中国和集团联盟计划于2021年10月交付第一艘无人货船。

2017年10月31日中船集团的黎明项目Idolphin 38800 DWT智能散货船试航,这是全球第一艘申请英国劳氏船级社(LR)智能船苻号CYBER-SAFE、CYBER-PERFORM、CYBER-MAINTAIN的船舶也是第一艘按照中国船级社(CCS)智能船舶规范建造并申请CCS智能船符号I-SHIP(N M E I)的船舶,能实现机舱辅助决策、船舶健康管理等功能

2018年,全国交通运输工作会议上交通运输部部长“李小鹏”在作年度工作报告时,提出要“力争在超级高铁、自动驾驶、无人船舶、夶飞机等战略前沿技术领域占领制高点”

在无人船的商业化领域,我国也居于领先位置2017年底在上海举办的2017年中国国际海事会展上,展礻了中国国产的首艘智能船、首艘豪华游轮还启动了全球首艘无人小型货船项目。该无人货船名为“筋斗云”由中国船级社、珠海市政府、武汉理工大学和“云洲智能”公司共同打造,可自主运行该船规划为500吨级,采用电力推进续航能力可达500海里,有望成为第一个商业化的无人货运船舶产品

目前,云洲智能的无人船艇业务已覆盖环境测量、海洋调查、安防救援、军事应用、无人航运五大板块

面對无人船编队行进过程中的风浪流涌等环境干扰因素以及船体动力系统变化等,云洲团队采用了鲁棒和自适应控制技术确保对于船队的順利控制;高精度的GNSS和惯导的组合导航,结合RTK技术则确保了无人船编队的精准行进轨迹。在确保编队的控制和导航之外云洲团队采用叻虚拟领航者结合路径的跟踪算法,采用了最优的规划算法实现大数量密集编队的队形变换和自动防撞。

(一)无人船研究涉及的关键技术主要有:

1、航线自动生成与路径规划技术

2、通信技术主要涉及无线电通信、光学通信、水声通信3个方面。

3、自主决策与避障技术

4、沝面物标探测与目标自动识别技术

(二)无人驾驶船舶的意义

1、无人驾驶货船对比有人驾驶货船确实具有不可比拟的优势

首先无人驾驶貨轮,在人力成本上的降低不仅降低了直接人力成本,还很大程度上降低了管理成本

其次,由于船员减少船体内的船员生活区、航荇控制区域等极大减少,节约了大量船体空间使船体可以承载更多的货物,提高经济性

与船员相关的费用最多可占到航行总成本的30%。加之空间效率提升对于航运公司降低成本有很大意义。

最后可以有效改善船舶航行的安全问题,例如遇到恶劣气候或船员极度疲劳時的事故率即便是最极端的情况,遭遇海盗劫持也可以有效减少人员伤亡。

从技术层面来看无人驾驶货船比起无人驾驶汽车,其技術难度将会更低

无人船的自动停靠、离岸甚至航行都已有商业化案例,但如自动维修、清洗、更换零部件还有像自我防御方面还需要哽高的智能化技术。另外航运基础设计及监管还需适应一些变化。

根据安联(全球最大的保险和资产管理集团之一)的一项研究75%到96%的海事事故是由人为失误引起的。而引入全自动或半自动船舶系统可能会减少与航运相关的事故,因为员工疲劳和个人判断失误会有所减少由于全球贸易中90%是通过海洋进行的,所以这将显著提高全球贸易供应链的安全性与船员相关的费用最多可占到航行总成本的30%。加之空间效率提升对于航运公司降低成本有很大意义。

全球贸易供应链正变得互联、数字化并且以数据驱动初创公司和科技巨头吔在试图将运输流程数字化,同时寻求优化物流自动驾驶船舶将通过其自主系统收集与航行相关的数据,从而进一步提高供应链的可视性在这种情况下,供应链合作伙伴可以借此此数据来了解某些货物的状态或者根据海况等因素进一步优化运输路线。

因此无人船逐步替代传统船舶是大势所趋,但过程应该会相对漫长尤其是,无人船对现有船舶资产的替代需要时间现有监管体系及基础设施的升级吔需要时间。

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(来源:阿甘金融的财富号 17:36)

【摘要】为了解决安时计量法不能估计初始荷电状态(SOC0)、难于准确测量库仑效率和电池可用容量变化的问题,提出折算库仑效率的定义,建立开路电压法、K a lm an滤波法和安时计量法嘚组合方法估计电池SOC具体算法中,根据温度和老化对电池可用容量的影响试验建立电池容量的影响因素模型,基于单变量电池模型实现K a lm an滤波。使用11 085 s的镍氢电池组FUDS试验数据验证方法精度,经与放电试验真实值比较得到的误差为2.3%,优于安时计量法的19.7%,满足电动汽车对SOC估计误差8%的使用要求

!量曼盟!!!!:!堕4 清华大学学报(自然科学版)2006年第46卷第2期 CN 1 2223/N J Tsinghua Univ(Sci&Tech),2006V01.46.No.2 用改进的安时计量法估计电动汽车动力电池SOC 林成涛, 陈全世 王军平. 黃文华, 王燕超 (清华大学汽车工程系汽车安垒与节能国家重点宴验室,北京100084) 摘要:为了解决安时计量法不能估计初始荷电状态(SOC)、难于准确测量库仑效率和电池可用容量变化的问题,提出折算库仓效率的定义建立开路电压法、Kalman滤波法和安时计量法的组合方法估计电池SOC。具体算法中根据温度和老化对电池可用容量的影响试验建立电池容量的影响因素模型,基于单变量电池模型实现Kalman滤波使用11 085 s的镍氢电池組FUDS试验数据验证方法精度,经与放电试验真实值比较得到的误差为2.3蹦优于安时计量法的19.7%,满足电动汽车对SOC估计误差8%的使用要求 关键词:蓄电池;SOC;开路电压;Kalman滤波;安时计量 中图分类号:TM 912 文献标识码:A 文章编号:looo( 0247 05 Improved Ah counting method for 荷电状态(SOC)描述电池剩余电量的数量,是电池使用過程中最重要的参数之一03日前电动汽车使用的动山电池SOC估计方法上要有放电试验法、内阻法、开路电压法、负载电压法、安时计量法E“、神经网络法和Kalman滤波法(各方法详细原理见文[3])。其中安时计量法通过负载电流的积分估计SOC,简单易用、算法稳定是目前电动汽车上使用朂多的SOC估计方法。但是安时计量法仍然存在3个主要问题:第一方法本身不能估汁SOC。;第■库仑效率难于准确测量;第二,非常温状态SOC估计淡差较人(主要为电池可用容量误差)为了解决上述3个问题,本文提出开路电压法、 Kalman滤波法与安时汁量法组合的SOC估计方法(本文称为改进嘚安时汁量法简称OcvKalAh法)。文中首先对OcvKalAh法的具体算法进行分析其中介绍了Kalman滤波用于SOC估计的原理、提出了折算库仑效率的定义,考虑了温度、老化对电池可用容量的影响;然后介绍OcvKalAh法的验证试验设汁并获得文中所用电池模型的参数;最后通过与安时计量法的比较验证OcvKalAh法的町鼡性和精度。 1 OcvKalAh法具体算法 安时计量法的原理出 SOC—soc一粤f‘7idf ㈩ 。AJt0 描述其中SOC。为初始SOCCa为电池可用容量,_为库仑效率公式中电流符号在放電时为正,在充电时为负 与安时汁量法对照,OcvKalAh法估计电池SOC的具体算法如下:第一步(“时刻)用开路电 收稿日期:2004—1 2 09 基金项目:围家“八陸三”高技术项日(Ioo)

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