船舶智能引航技术在物流运输中的应用研究

 

一、船舶智能引航技术概述

1. 智能引航技术的定义和特点

智能领港技术是现代物流领域一项重大革新,具有其独特的内涵与特征。智能引航是以现代信息技术为基础,以提高船舶航行安全与效率为目标而建立的一种辅助导航系统。智能导航系统集成了GPS、雷达和AIS等技术,可实时获取船舶位置、航道状况及其他船舶信息,实现对船舶的精确导航。该技术不仅能辅助船舶避障,优化航路,而且能对潜在的安全隐患进行预警,提高船舶安全水平。传统的引航方式依赖于驾驶员的经验与判断,智能领航技术能够根据预先设定的算法与规则,实现船舶的自主导航与自动控制。船舶可根据所提供的数据与建议进行自主导航决策,降低了对人工操作的依赖程度,提高了导航的精度与效率。同时,通过智能导航技术,实现船舶间的信息共享与协作,提高船舶的总体航行效率,降低碰撞拥堵等风险。随着环保意识的提高,智能引航技术能够优化航路规划,节能减排,实现绿色航行。同时,智能领航技术也能够与物流、运输管理系统、港口自动化系统等进行互联,实现对整个过程进行智能管理与监控,提高整体的运输效率与服务水平。

 

2. 船舶智能引航技术的分类及原理

船舶智能引航技术是现代物流领域中一项重要内容。按照实现导航功能的方法和原则,可将船舶智能化导航技术分类。其中,以GPS为基础的智能导航技术是一种常用的分类方法。在船舶上安装GPS设备后,可实时获取自己的位置信息,结合地图数据及导航软件进行精确导航。该技术以卫星信号为基础,具有高精度、高覆盖度等特点,可辅助船舶自主导航与路径规划。船舶智能化引航技术又可按其适用范围及功能特征加以分类。例如,船舶自动避碰系统是一种常用的智能领航技术,它通过搭载雷达、摄像头等传感设备,对周边水域及其他船舶进行监控与识别,以避免碰撞事故。该技术能够实现船舶自主导航与智能决策,提高船舶安全与效率。船舶智能化导航技术也可按其与其他系统的集成性来划分。例如,智能导航系统可与船舶管理信息系统（MIS）、船舶电子系统（ECDIS）、船舶通讯系统（ECDIS）等互联互通,实现信息共享与协作。该系统能够为船舶提供更加完善的导航服务,实现船舶的智能化管理与监控。

 

3. 船舶智能引航技术的发展历程

以上海港引航站为例,上海港是全球最大的港口,其引航作业对保障船舶航行的安全与高效具有重要意义。随着科学技术的发展,船舶对船舶的要求越来越高,上海港的引航站逐渐引进了先进的导航系统,带动了船舶行业的快速发展。上海港引航站智能化领航技术的发展,可以将其从最早的一套自动导航系统引入港口。上海港引航站通过引进自主导航设备、雷达、GPS等先进设备,可以有效地对船舶进行精确的导航与监测,提高航行安全与效率。在人工智能、大数据等先进技术的推动下,上海港引航站已逐渐向智能化领航的方向发展。本项目拟采用人工智能算法,对船舶航迹进行分析,优化航路规划,预测船舶动态,从而实现对船舶的精确导航,减少事故发生的概率,提升船舶的航行效率。同时,上海港引航站也在以物联网为基础,对智能领航系统进行了有益的探索。通过将传感装置装载到上海港港口,实现船舶与码头之间的实时信息交换,实现对港口码头的远程监控,实现智能调度与预警,提升引航服务的智能程度和快速反应能力。

 

二、船舶智能引航技术在物流运输中的应用

1. 提升航道安全性

提高航道安全水平是船舶智能化技术发展的一个重要方向。船舶在航行过程中,面临着复杂多变的海洋环境,如浅滩、暗礁、冰山、航道堵塞等,给船舶带来了极大的威胁。而智能引航技术能够实时监测船舶位置、环境和其他船舶的动态信息,从而提高航道安全水平。智能导航技术能够帮助船舶避开暗礁、暗礁等危险水域,降低搁浅与碰撞事故。采用高精度全球卫星定位系统（GNSS）及多传感器融合技术,可实时监测船舶位置并进行精确导航,及时预警、引导,保障船舶在复杂航道环境下安全航行。智能引航技术还能对船舶进行数据分析与预警,以应对恶劣天气、能见度差等突发事件,降低船舶在恶劣天气下的风险。该系统能够基于海洋环境、气象等信息,对船舶进行实时风险评估,提出预警建议,协助船舶采取相应措施,保障船舶在恶劣天气条件下的安全航行[1]。

 

2. 优化航线规划和船舶调度

船舶导航系统智能化的另一个重要发展方向是航线规划与调度。传统的船舶排程方法多依靠人工经验或粗略规划,已不能适应现代物流对效率、速度、安全的要求。智能引航是一种智能导航技术,它能够实时监测船舶位置、海洋环境等关键参数,并结合复杂算法模型与优化决策系统,实现对船舶航路规划与调度的智能化管理。其中,上海港引航站就是将智能引航技术运用到实践中的一个实例。上海港引航站是中国第一大港,年吞吐量过万艘船舶,其中不乏超大型集装箱船。这类船舶进港不仅要遵循一定的航线和时间安排,还要考虑各种因素,如交通拥挤、天气变化等。在这种复杂环境中,如果仅仅依赖传统的人工调度与路径规划,将面临极大的挑战。为解决这一难题,上海港引航站引入智能领航技术,在入港前实时监测船舶位置、速度等信息,并结合海洋环境信息及交通流预测模型,实现航线规划与调度智能化管理。该系统能够自动计算出最优航路及最优航速,从而实现对船舶的智能化引导与调度,以保障港口航运的高效、安全与可持续发展。

 

3. 实现自动化作业和信息共享

实现船舶自动化操作与信息共享是船舶智能化引航技术的另一重要发展方向。传统的引航方式主要依靠人工引导,存在人为干扰大、作业风险大等问题。智能引航是一种将现代导航、通讯及数据处理技术相结合的新型导航技术,能有效地实现引航自动化,提高引航效率与安全。就自动化操作而言,采用智能导航技术,可实现无人值守的船舶自主导航[2]。以船舶为研究对象,采用高精度GNSS定位、惯性导航、视觉识别等技术,实现船舶在航行过程中的转向、加速、减速等作业。这种自动操作方式,既可降低人为误差,又可提高操作精度与效率,减少事故发生率。在信息共享方面,通过建立船舶与引航站间的实时信息传递与共享机制,实现信息的及时传递与共享。船舶通过与引航站之间的无线通讯系统连接,能够实时地向引航站传递自己的位置、速度及航行意图等重要信息,并据此对引航站实施实时监控与指挥。同时,导航站还能向船舶提供海洋环境、交通流等信息,使其能够更好地进行决策。通过这种信息共享,提高了引航工作的协同性、灵活性,提高了船舶的安全与效率。

 

4. 节约能源和降低碳排放

传统的引航方式存在着船舶转向频繁、航速调整不合理等能源浪费与碳排放高等问题。而智能领航技术通过对航路规划进行优化,对船舶在航行过程中的作业进行智能化控制,从而达到节能减排的目的。智能引航技术能有效地控制船舶能耗,优化航路规划,减少船舶的阻力。采用大数据分析与仿真模拟技术相结合的方法,结合船舶自身性能参数与海洋环境信息,智能引航系统能够计算出船舶避流逆流区,减少航行里程,减少船舶航行时的阻力与能源消耗。智能领航技术还能根据实时海情、交通状况实时调整航速、航向,使船舶始终处于最优状态,进一步降低能耗,提高能源利用率。智能引航技术能使船舶的动力系统达到最优状态,降低不必要的能耗。智能引航系统能够实时监测船舶运行状态及环境参数,对推进器、舵角等操纵装置进行自动调节,以保证船舶在航行过程中保持最优航行状态,减少动力系统负载,降低能源消耗。智能引航技术也可与LNG、风电等清洁能源技术相结合,进一步降低船舶碳排放,实现绿色低碳航运。

 

5. 提高物流运输效率和服务水平

上海港引航站是提升上海港物流效率与服务水平的关键,也是上海港引航站的核心。引航站提供专业的引航服务,为船舶的进出港提供了保障。在大型港口,由于复杂的航道和潮汐等因素,船舶的航行存在一定的危险性。引航站的设立,可派遣有经验的领港员,为船舶提供导航指引,以保障船舶进出港之安全。这样既能有效地降低事故的发生,又能提高港口船舶吞吐量,加速物流运输[3]。引航站采用先进的科技手段提高了港口物流的效率。引航站通常配备先进的导航设备和通讯设备,可以实时获得航道、气象等信息,为船舶提供精确的导航数据。通过这些技术手段,可使船舶避开障碍物,选择最短、最安全的航线,提前进行交通调度,减少船舶的拥挤与延误。本研究提出了一种基于导航信息的自动导航系统,以实现智能交通管理,提高物流运输效率,缩短物流时间。引航站具有协调、沟通、提高物流服务水平的作用。引航站是连接港和船的桥梁,起着信息传递和组织协调的作用。该系统能及时与港务局、船方、货主等各方沟通、协商,保证运输方案的顺利实施。同时,该引航站还能为船舶提供停靠、加油和补给等必要的服务,以满足船舶的需要。通过协调各方面的利益,使引航站能够为客户提供更加全面和方便的服务,从而提高整个物流运输水平。

 

三、结论

智能引航在提高航运安全、优化航路规划与调度、实现作业自动化与信息共享、节能减排、提升物流运输效率与服务水平等方面具有重要意义。这不仅可以提高运输效率,缩短运输时间,而且可以大大降低事故风险,对物流产业的持续发展具有重要意义。随着科技水平的不断提高,以及智能引航技术的广泛应用,船舶运输将朝着安全、高效、环保的方向发展。