一、船舶智能引航技術概述

1. 智能引航技術的定義和特點

智能領港技術是現代物流領域一項重大革新,具有其獨特的內涵與特征。智能引航是以現代信息技術為基礎,以提高船舶航行安全與效率為目標而建立的一種輔助導航系統。智能導航系統集成了GPS、雷達和AIS等技術,可實時獲取船舶位置、航道狀況及其他船舶信息,實現對船舶的精確導航。該技術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行預警,提高船舶安全水平。傳統的引航方式依賴于駕駛員的經驗與判斷,智能領航技術能夠根據預先設定的算法與規(guī)則,實現船舶的自主導航與自動控制。船舶可根據所提供的數據與建議進行自主導航決策,降低了對人工操作的依賴程度,提高了導航的精度與效率。同時,通過智能導航技術,實現船舶間的信息共享與協作,提高船舶的總體航行效率,降低碰撞擁堵等風險。隨著環(huán)保意識的提高,智能引航技術能夠優(yōu)化航路規(guī)劃,節(jié)能減排,實現綠色航行。同時,智能領航技術也能夠與物流、運輸管理系統、港口自動化系統等進行互聯,實現對整個過程進行智能管理與監(jiān)控,提高整體的運輸效率與服務水平。

 

2. 船舶智能引航技術的分類及原理

船舶智能引航技術是現代物流領域中一項重要內容。按照實現導航功能的方法和原則,可將船舶智能化導航技術分類。其中,以GPS為基礎的智能導航技術是一種常用的分類方法。在船舶上安裝GPS設備后,可實時獲取自己的位置信息,結合地圖數據及導航軟件進行精確導航。該技術以衛(wèi)星信號為基礎,具有高精度、高覆蓋度等特點,可輔助船舶自主導航與路徑規(guī)劃。船舶智能化引航技術又可按其適用范圍及功能特征加以分類。例如,船舶自動避碰系統是一種常用的智能領航技術,它通過搭載雷達、攝像頭等傳感設備,對周邊水域及其他船舶進行監(jiān)控與識別,以避免碰撞事故。該技術能夠實現船舶自主導航與智能決策,提高船舶安全與效率。船舶智能化導航技術也可按其與其他系統的集成性來劃分。例如,智能導航系統可與船舶管理信息系統（MIS）、船舶電子系統（ECDIS）、船舶通訊系統（ECDIS）等互聯互通,實現信息共享與協作。該系統能夠為船舶提供更加完善的導航服務,實現船舶的智能化管理與監(jiān)控。

 

3. 船舶智能引航技術的發(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。隨著科學技術的發(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了先進的導航系統,帶動了船舶行業(yè)的快速發(fā)展。上海港引航站智能化領航技術的發(fā)展,可以將其從最早的一套自動導航系統引入港口。上海港引航站通過引進自主導航設備、雷達、GPS等先進設備,可以有效地對船舶進行精確的導航與監(jiān)測,提高航行安全與效率。在人工智能、大數據等先進技術的推動下,上海港引航站已逐漸向智能化領航的方向發(fā)展。本項目擬采用人工智能算法,對船舶航跡進行分析,優(yōu)化航路規(guī)劃,預測船舶動態(tài),從而實現對船舶的精確導航,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網為基礎,對智能領航系統進行了有益的探索。通過將傳感裝置裝載到上海港港口,實現船舶與碼頭之間的實時信息交換,實現對港口碼頭的遠程監(jiān)控,實現智能調度與預警,提升引航服務的智能程度和快速反應能力。

 

二、船舶智能引航技術在物流運輸中的應用

1. 提升航道安全性

提高航道安全水平是船舶智能化技術發(fā)展的一個重要方向。船舶在航行過程中,面臨著復雜多變的海洋環(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。而智能引航技術能夠實時監(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。智能導航技術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（GNSS）及多傳感器融合技術,可實時監(jiān)測船舶位置并進行精確導航,及時預警、引導,保障船舶在復雜航道環(huán)境下安全航行。智能引航技術還能對船舶進行數據分析與預警,以應對惡劣天氣、能見度差等突發(fā)事件,降低船舶在惡劣天氣下的風險。該系統能夠基于海洋環(huán)境、氣象等信息,對船舶進行實時風險評估,提出預警建議,協助船舶采取相應措施,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)劃和船舶調度

船舶導航系統智能化的另一個重要發(fā)展方向是航線規(guī)劃與調度。傳統的船舶排程方法多依靠人工經驗或粗略規(guī)劃,已不能適應現代物流對效率、速度、安全的要求。智能引航是一種智能導航技術,它能夠實時監(jiān)測船舶位置、海洋環(huán)境等關鍵參數,并結合復雜算法模型與優(yōu)化決策系統,實現對船舶航路規(guī)劃與調度的智能化管理。其中,上海港引航站就是將智能引航技術運用到實踐中的一個實例。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。在這種復雜環(huán)境中,如果僅僅依賴傳統的人工調度與路徑規(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航技術,在入港前實時監(jiān)測船舶位置、速度等信息,并結合海洋環(huán)境信息及交通流預測模型,實現航線規(guī)劃與調度智能化管理。該系統能夠自動計算出最優(yōu)航路及最優(yōu)航速,從而實現對船舶的智能化引導與調度,以保障港口航運的高效、安全與可持續(xù)發(fā)展。

 

3. 實現自動化作業(yè)和信息共享

實現船舶自動化操作與信息共享是船舶智能化引航技術的另一重要發(fā)展方向。傳統的引航方式主要依靠人工引導,存在人為干擾大、作業(yè)風險大等問題。智能引航是一種將現代導航、通訊及數據處理技術相結合的新型導航技術,能有效地實現引航自動化,提高引航效率與安全。就自動化操作而言,采用智能導航技術,可實現無人值守的船舶自主導航[2]。以船舶為研究對象,采用高精度GNSS定位、慣性導航、視覺識別等技術,實現船舶在航行過程中的轉向、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時信息傳遞與共享機制,實現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連接,能夠實時地向引航站傳遞自己的位置、速度及航行意圖等重要信息,并據此對引航站實施實時監(jiān)控與指揮。同時,導航站還能向船舶提供海洋環(huán)境、交通流等信息,使其能夠更好地進行決策。通過這種信息共享,提高了引航工作的協同性、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

傳統的引航方式存在著船舶轉向頻繁、航速調整不合理等能源浪費與碳排放高等問題。而智能領航技術通過對航路規(guī)劃進行優(yōu)化,對船舶在航行過程中的作業(yè)進行智能化控制,從而達到節(jié)能減排的目的。智能引航技術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。采用大數據分析與仿真模擬技術相結合的方法,結合船舶自身性能參數與海洋環(huán)境信息,智能引航系統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。智能領航技術還能根據實時海情、交通狀況實時調整航速、航向,使船舶始終處于最優(yōu)狀態(tài),進一步降低能耗,提高能源利用率。智能引航技術能使船舶的動力系統達到最優(yōu)狀態(tài),降低不必要的能耗。智能引航系統能夠實時監(jiān)測船舶運行狀態(tài)及環(huán)境參數,對推進器、舵角等操縱裝置進行自動調節(jié),以保證船舶在航行過程中保持最優(yōu)航行狀態(tài),減少動力系統負載,降低能源消耗。智能引航技術也可與LNG、風電等清潔能源技術相結合,進一步降低船舶碳排放,實現綠色低碳航運。

 

5. 提高物流運輸效率和服務水平

上海港引航站是提升上海港物流效率與服務水平的關鍵,也是上海港引航站的核心。引航站提供專業(yè)的引航服務,為船舶的進出港提供了保障。在大型港口,由于復雜的航道和潮汐等因素,船舶的航行存在一定的危險性。引航站的設立,可派遣有經驗的領港員,為船舶提供導航指引,以保障船舶進出港之安全。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,加速物流運輸[3]。引航站采用先進的科技手段提高了港口物流的效率。引航站通常配備先進的導航設備和通訊設備,可以實時獲得航道、氣象等信息,為船舶提供精確的導航數據。通過這些技術手段,可使船舶避開障礙物,選擇最短、最安全的航線,提前進行交通調度,減少船舶的擁擠與延誤。本研究提出了一種基于導航信息的自動導航系統,以實現智能交通管理,提高物流運輸效率,縮短物流時間。引航站具有協調、溝通、提高物流服務水平的作用。引航站是連接港和船的橋梁,起著信息傳遞和組織協調的作用。該系統能及時與港務局、船方、貨主等各方溝通、協商,保證運輸方案的順利實施。同時,該引航站還能為船舶提供?？俊⒓佑秃脱a給等必要的服務,以滿足船舶的需要。通過協調各方面的利益,使引航站能夠為客戶提供更加全面和方便的服務,從而提高整個物流運輸水平。

 

三、結論

智能引航在提高航運安全、優(yōu)化航路規(guī)劃與調度、實現作業(yè)自動化與信息共享、節(jié)能減排、提升物流運輸效率與服務水平等方面具有重要意義。這不僅可以提高運輸效率,縮短運輸時間,而且可以大大降低事故風險,對物流產業(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,以及智能引航技術的廣泛應用,船舶運輸將朝著安全、高效、環(huán)保的方向發(fā)展。