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央视纪录片《探索交通》:向海图强—“珠海云”智能型无人系统科考母船
来源:探索交通
2023.12.29
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前言




2023年11月18日,南方海洋实验室与中船704所共同发起的“珠海云”沿海自主航行演示及科考综合航次圆满完成。央视网《探索交通》栏目组随航拍摄,对航行过程进行了详细记录,并制成“《探索交通》向海图强—「珠海云」智能型无人系统科考母船”专题纪录片。




以下为正片内容解析。(来源:探索交通)



坐标:中国·珠海三一海工码头

2023年10月30日,全球首艘具有远程遥控和开阔水域自主航行功能的海洋级科考船“珠海云”即将从码头出发,开启一场为期约20天的自主航行长航程科考航次,从珠海出发至大连,经上海后最终返回珠海。中午12点18分,一切准备就绪,汽笛响起,“珠海云”正式起航。

全球首艘智能型无人系统科考母船



“珠海云”隶属于南方海洋实验室,船长88.5米,型宽14.0米,型深6.1米,设计吃水3.7米,设计排水量约2100吨,最大航速18节,经济航速为13节,作为全新的“智能型”无人系统支持母船,“珠海云”在设计时就采用全新的表达,将智能型科考船的独特性外化,仿佛海豚跃出水面的动感瞬间,充分体现人与海洋和谐共生的全新生态伦理关系,是一种具有未来感、科幻世界中的“海洋新物种”。





船舶宽敞的甲板可搭载数十台配置不同观测仪器的空、海、潜无人系统装备,能在目标海区批量化布放,实现智能敏捷的海洋立体动态观测,这一特点使得“珠海云”成为全球首艘智能型无人系统科考母船



中国第一艘满足中国船级社《智能船舶规范》(2020)远程遥控和自主航行技术要求的远洋船舶且配备的重要设备均为我国自主研制。



中国船级社科研试验中心主任 蔡玉良


中国船级社是国际船级社协会的会员之一,所以中国船级社签发的证书整个行业是认可的,中国船级社作为规范标准的提供者,早在2015年就发布了全球首部的《智能船舶规范》,包括(智能)集成平台、智能航行、智能机舱、智能能效等若干个功能,从15年到现在,不断的在更新完善扩充技术条款,明确了功能要求和技术层面的要求。



中国船级社上海规范研究所智能研究部主任 孙武


中国船级社的规范比较早,我们确定的目标是让船舶更加安全、更加环保、更加经济、更加高效,那我们在定义智能船舶的时候,我们也是用的这个概念,就是叫“智能化”的概念,就是说我们有这些智能技术在船上应用,首先是预测,再给出决策建议,最后再操作,执行控制,那么这些智能特点它并不一定都有,它可能有一部分功能,所以智能船舶它发展方式和方向是很多的,它是一个复杂的系统。

尽管船舶智能化已经进入持续探索发展阶段,但相关技术方案尚未成熟、工程实践尚欠广泛应用,关于智能船舶的定义、术语、分级分类、技术架构尚未统一。中国船级社(CCS)发布的《智能船舶规范》将智能船舶定义为:利用传感器、通信、物联网、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、自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、更加经济和更加高效。IMO将其称为海上自主水面船舶(Maritime Autonomous Surface Ships,MASS),系指在不同程度上可以独立于人员干预运行的船舶。




2015年,中国船级社发布了全球首部智能船舶规范,该规范构建了“一个平台+N个智能应用”的智能船舶技术架构。英国劳氏船级社(LR)、日本船级社(NK)、挪威船级社(DNV)等船级社陆续发布了智能船舶相关的规范或指南。这些文件规范和支撑了智能船舶的发展。




“珠海云”拥有最多的智能船级符号“i-ship(No,R1,M,I)”,特别是开阔水域自主航行的附加标志属于开创性的,而开展这一次的复杂水域长航程试验,则是在实船运行方面积累宝贵经验,10月30日下午,“珠海云”驶离狭窄水域,进入具备测试自主航行技术条件的开阔水域,船舶航行控制权切换至自主航行系统,正式吹响全球范围内首次在技术产品经船级社认证后进入实船应用的号角



中国船舶集团第七O四研究所系统总体部副主任 殷非


其实自主航行是分为开阔水域自主航行和狭窄水域自主航行,我们目前也是按照中国船级社的规范的规划,在码头区域或者是在航道区域的话,其实是属于这个狭窄水域自主航行的范畴,那么在我们驶出近海的航道,进入到大洋上进行航行的时候,我们可以把它定义为开阔水域自主航行。

船舶自主航行一词来源于国际海事组织(IMO)在2017年召开的第98届海上安全委员会(MSC 98),目前已经发布了《海上自主水面船舶试验临时导则》。世界主要航运国家海事主管当局也在法律法规方面进行了积极的探索。欧洲部分国家和地区对区域性法规的制定进行了尝试。我国交通运输部海事局起草了《船舶自主航行试验技术与检验暂行规则》并对外征求意见,旨在明确船舶开展自主航行相关试验的技术和检验要求。自主航行系统的作用相当于船舶“大脑”,借助先进的感知设备耳听六路,眼观八方,获取各种航行环境信息,将这些处理后形成决策动作,与发挥“四肢”作用的动力系统共同配合,让船舶安全平稳的行驶在海洋中。




值得注意的是,“珠海云”所搭载的这一整套核心设备几乎都来自于中国本土



自主航行系统与远程遥控系统由中国船舶第704研究所开发,取得了全球首张CCS型式认可证书



动力系统所采用的吊舱推进器打破国外公司长达几十年的垄断,实现了自主创新2MW以上吊舱推进器的首次实船应用

“珠海云”的这一次选择,是国产设备从研发走向实际场景的一次破冰,更说明了决定者的魄力。



南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)首席工程师 周宁


总归要给国产化设备提供实际的应用场景的,作为船东来说,我们既然拥有了这么一个好的船,我们希望它的优点长处能够得到充分的发挥,那么国产这一块,比如像吊舱,他们研发了13年,没有人敢用,那么我当时敢用的基于两点,调研的过程当中,听到他们做台架实验做了2000多个小时,我认为他们的实验已经做得充分了;再一个就是我两台推进器不可能同时出问题,即便是在海上它一台出问题,我还有一台不至于船舶完全失去动力。




在前面3天的时间里,船舶先后遇到超五级海况风浪、夜间航行、多船会遇等复杂情形,在国产化设备的支撑下,“珠海云”平安渡过。11月3日中午,外面阳光明媚,看似平静的气氛下,“珠海云”却即将面对一个更为复杂的挑战——处于狭窄水域和开阔水域交界地带的中国第一大群岛舟山群岛,发达的沿海经济促使沿海水域格外忙碌,各种商船、渔船、渔网以及海面漂浮物等,对于自主航行系统来说是一场极大的考验。





中国船舶集团第七O四研究所系统总体部工程师 张程






现在的话是我们自主航行过程当中所遇到的一个经典避碰场面,黑色代表的是本船位置,绿色代表的是周围的那些船舶,现在的话我本船要按照我设定的好的航线自主航行,那么就因为有两条船在我就是航线上附近,会对我造成一个紧迫局面,所以我为了能够一方面能按照航线航行,另一方面避开这两条船,所以我现在在进行一个紧急的追越。


图1


图2


通过系统的界面(如图1)我们在周围6海里范围内能看到几十艘船舶,然而因为距离过远,肉眼可见的船寥寥无几(如图2),这是海洋航行与道路交通的不同之处,受航行环境与航行工具特点限制,船舶航行时需要在遵守相关规则标准之外,更要尽可能避免频繁做出动作,以免造成不必要的燃油消耗,因此需要系统像拥有丰富实践经验的船长一样能够灵活应对复杂的航行环境,驾驶室里,工程师们就实际场景与船长沟通交流,为后续的技术迭代积累经验。


热烈的讨论每天都在进行,自海上自主航行科考的那一天开始,持续而又繁琐的研究与讨论工作便是常态,早在本次试验前,自主航行产品就已经进行了数十种仿真测试和实船测试



此场景会遇态势为右舷交叉相遇,目标船距离本船8.2海里,最近会遇距离为0.06海里,会遇时间为20分钟。




由于安全性、经济性的原因,实际海试难以模拟全部避碰场景。通过海量的、复杂的包括危险的船舶避碰场景构建和仿真测试,可以有效判定避碰算法、控制指令是否合理、有效。“珠海云”的仿真验证全部在中国船级社进行,基于《国际海上避碰规则》构建了会遇、追越等典型测试场景库,重点对系统的合规性和安全性进行了验证,帮助系统改进提升,保障了自主航行的安全性。作为船舶行业的独立第三方机构,船级社也参与和见证了此次长距离自主航行的航次,为这个航次实践增添了权威色彩。



中国科考船迭代



11月4日上午,经过6天的航行,船舶抵达了大连,“珠海云”去程的表现完美诠释了作为第五代科考船所具备的智能化特质



中国科学院院士 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)主任 陈大可


第一代的科考船其实不是真正的科考船;第二代就是真正为科考来打造的专业的船了,专业化的程度就比较高;第三代在我们看来自动化的程度就比较高了;第四代,如果用一个词来说应该就是信息化;第五代就是智能化,不仅仅是科考船,所有的其他船舶应该都是朝这个方向走。

海洋是生命的起源,在海洋的探索和开发中,船舶载着人类的智慧出发,带回了事关社会进步的巨大能量,也带回了更多未知的难题,想要进一步了解海洋,船舶技术的发展是研究者们走向蔚蓝的武器,11月18日下午,历经20天航行,“珠海云”返回码头,创造了中国自主航行长航程航次的新纪录。

船长黄继明:现在我宣布,“珠海云”本次自主航行长航程试验圆满结束



中国船舶集团第七O四研究所系统总体部副主任 殷非


本次自主航行试验不仅是我们国家第一次开展千海里以上的长航程试验,在国际上也是经过船级社认证后的产品第一次投入实船的使用,充分验证了我们国家自主航行产品的技术水平和产品的能力,在我们国家自主航行发展的历程上具有里程碑的意义。



中国船舶集团第七O四研究所智能系统科副科长 刘彬


本次3000海里长航程试验,我们从珠海出发,整个航行过程都非常的复杂,也都非常的典型,例如舟山群岛和黄渤海是典型的船多、渔网也特别多,珠江口和长江口是典型的船特别多,在面对如此复杂的航行场景,我们的自主航行系统在历时200个小时的过程中,完成了100多次的自动避碰,记录了所有的航行场景,为我们产品的迭代升级和我国自主航行技术进步积累了丰富的实践经验。

海洋强国战略高度


纵观历史,任何大国的崛起必然伴随海洋化进程,中国在推进现代化的历程中,需要不断调整自己的海洋战略,智能船舶的发展将成为加速建设海洋强国的神兵利器。



中国科学院院士 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)主任 陈大可


可以从几个层面来考虑,第一个是经济的层面,我们国家也是个航运大国,船舶和水运行业的智能化是必须要做的一个事情;第二从科技科学发展的层面上来考虑,像智能船它是完全可以改变我们现有的海洋观测的一个模式,极大的提高效率,大家都想跃跃欲试,想要用这个船来做一些以前敢想不敢做的事情,所以从这两个方面来说,我们肯定要走这样一条路。




中国的船舶正在迎来新的时代,竞争促使人们不断提升技术,开发新的产品,在很多尖端领域,中国已切入全速奔跑模式,面对前所未有的机遇,中国人拥有足够的自信应对前方未知的挑战,描绘出海洋事业一番新的局面,未来的日子里,“珠海云”也将发挥引领带动作用,带着中国海洋人向海图强的希冀和梦想,一路劈波斩浪,纵横深蓝万里。




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