智能船舶系统总体技术方案应用设计研究

智能船舶系统总体技术方案应用设计研究

1 俞钱 2 李炜辰 1 王文彬 3 王岸伟

1 杭州航海仪器有限公司 310000

摘要：在当前互联网时代背景下，依托于现代信息技术以及大数据分析技术的智能船舶系统概念随之而生，在提升船舶运行安全性以及提升管理效率方面发挥着重要作用。基于此，本文将针对智能船舶系统应用设计相关问题进行研究，希望对相关工作人员提供参考意见。

关键词：智能船舶系统；预测模型；应用设计

引言：在当前科学技术高速发展的背景下，智能技术被广泛应用于各领域中，全球工业发展趋势呈现出明显的信息化、智能化发展趋向。在航运领域中，随着各项先进的科学技术融入到船舶之中，其操作复杂性随之提升，对船员的综合素质要求也越来越高，传统依靠经验与理论知识判断船舶运行状态的方式已经难以满足新时代背景下，船运行业的发展要求，因此加强智能船舶系统应用设计研究已经成为当前行业内重点研究内容。

一、智能船舶含义概述

智能船舶具体是指通过整合互联网、通信、传感器等高新技术，实时监控并采集船舶信息、海洋环境信息等关键数据，随后利用现代计算机技术以及大数据处理技术的数据处理优势分析预测船舶运行状态，并利用自动控制系统对船舶航行以及整体方面进行管控，切实实现智能化运行，推动船舶运行安全、环保且实现成本控制工作目的^[1]。

需要认识到一点是，网络技术在实际应用过程中，需要面对黑客攻击以及网络病毒的威胁，一旦出现相关问题，信息泄露以及系统瘫痪等情况会给使用者造成严重损失。商业船舶在实际运行过程中需要装载大量货物才能实现盈利目的，但是货物装载量大代表维护管理成本也会随之提升，一旦智能管理系统出现瘫痪等情况，会导致船主遭受巨大经济损失。因此，在设计与应用智能船舶系统过程中需要确保网络安全以及信息安全性^[2]。

二、基于神经网络的趋势预测模型

趋势预测模型是智能船舶系统应用过程中的关键技术依托之一，该技术在实际运行过程中可以通过分析关键数据信息实现判断后续操作方案的目的。图1为智能船舶系统中基于神经网络的趋势预测模型。公式（1）为模型中网络输出值的计算公式。

图1 基于神经网络的趋势预测模型

(1)

(2)

(3)

公式（2）中的 表示各层点输入值。

误差函数以及权值修正计算主要利用公式（4）与公式（5）。

(4)

(5)

公式中， 表示学习速度； 表示权值迭代梯度。

三、智能船舶系统总体设计方案

只能船舶系统在实际设计之前应在确保设备方案设计科学性的基础上进行，随后，设计人员应注意根据船舶中设备之间的关联性，进行网络架构设计。

整个船舶智能系统中，集成平台是确保系统正常运行的必要基础条件。通过构建集成平台可有有效保障数据信息传输以及采集的效率以及可靠性，为智能系统运行提供必要保障。在对本部分进行设计过程中可以参考工业互联网设计经验，定制船舶专用的软件架构设计，实现将系统运行涉及的硬件、信息集成以及融合、计算资源分配调动等功能有机融合的设计目标，切实推动“平台+应用”的智能系统设计理念落实^[3]。

智能航行辅助决策系统在实际设计过程中需要充分利用现代卫星技术以及智能导航设备实现。通过利用相关设备可以实现精确获取航道信息，并以此基础优化航线，并利用相关设备实现多场景辅助船长决策规避碰撞。该系统的设计目的为避免因人为失误导致误操作情况发生，最大限度地降低海上事故发生的概率。

智能机舱是归属于智能集成平台的使用应用软件之一，通过利用该软件可以实现对船舶运行状态以及维护过程进行智能分析与辅助决策。该系统在实际运行过程中所采集的数据涵盖船舶状态监控、报警反馈等多个层面。同时该软件在实际运行过程中还会针对船舶重点部分运行状态进行监控，进而实现满足船舶配套设备全使用周期内运维管理需求，切实提升提升船舶运维管理的信息化与智能化程度，确保设备运行可靠性的同时降低成本投入^[4]。

智能能效是智能集成平台上的重要组成部分之一，同时也是典型应用，在实际运行过程中发挥着辅助营运管理系统运行的职能。该软件在实际运行过程中主要通过对营运能效数据进行实施监测，并利用能效计算模型推船舶能耗进行细致分析，在此基础上明确船用主耗能设备用能效率以及对船舶能效指标进行计算，在指标趋势变化范围内对船舶能效水平进行实时评价并在实现辅助优化运行决策的目的，主要内容包括航行转速以及自动配载纵倾优化等方面。该软件在实际运行过程中也会为相关人员提供检测、分析等功能服务，为船东以及船员管理大型商业货轮提供便利条件与工具，保障运营管理方式经济性以及环保性。

总结：综上所述，在当前信息化时代背景下，智能船舶管理系统已经成为未来发展必然趋势，因此，相关工作人员应注意加强对该系统设计应用的研究力度。当前系统设计中依托的关键技术之一为基于神经网络的趋势预测模型，技术人员在实际设计过程中应注意加强改模型应用有效性的研究。同时在实际设计过程中应注意加强对智能集成平台、职能航行辅助决策系统、智能机舱、智能能效等关键环节的重视程度，优化细节方面的设计，确保系统各环节安全、稳定运行，为提升智能船舶系统的设计应用的可靠性奠定坚实基础。

参考文献：

[1]桂皓,姚望.智能船舶总体联调技术应用[J].船舶设计通讯,2019,157(02):62-66.

[2]庞宇,赵凡琪,吴骏.智能船舶集成平台的研究与设计[J].船舶,2019,030(005):105-115.

[3]李建峰.基于物联网技术的智能船舶消防系统规划[J].水上消防,2020(2):21-23.

[4]赵科,丁琦.船舶智能能效管理系统设计[J].舰船科学技术,2020,42(21):148-152.