第1章 智能船舶定义与分级
　　1.1 智能船舶概述
　　1.1.1 智能船舶的定义
　　本小节*先对自动航行船舶（automated navigation ships）、自主航行船舶（autonomous navigation ships）、无人驾驶船舶（unmanned navigation ships）、自动化船（automatic ships）、自主船舶（autonomous ships）、无人船（unmanned ships）、海上自主水面船舶（maritime autonomous surface ships，MASS）和智能船舶（smart ships ）等进行定义[1]。在国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）海上安全委员会第99 届会议上，IMO 正式宣布将研究并制定相关公约，规范解决海上自主水面船舶。国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）ISO/DTS 23860 《船舶与海洋技术——自主船舶系统相关术语》（Ships and Marine Technology—Terminology Related to Autonomous Ship Systems ）研究海上自主水面船舶的定义。
　　1. 自动航行船舶、自主航行船舶和无人驾驶船舶
　　自动航行船舶是指利用某种自动控制功能，无须人工直接操作舵、螺旋桨等与航行有关的装置即可航行的整艘船舶。许多现有船舶已经具备了航向自动控制和航迹跟踪功能，使用这些自动控制功能进行航行的船舶也可以被看作自动航行船舶。自主航行船舶和无人航行船舶也使用自动控制功能，因此属于自动航行船舶的类型。
　　自主航行船舶是指利用各种传感器识别船舶周围水域中的物体，判断这些物体是否有碰撞危险，如果有危险则采取行动避开物体，完成避让动作后自动返回到设定目的地的合适路线，而无须人工判断干预的自动航行船舶。尽管航向控制和航迹跟踪控制不具备识别和避开障碍物的认知判断功能，但包含这种认知判断功能的自动控制系统是自主航行船舶的重要组成，已成为技术发展的目标。但是，该定义仅指具有无须人工干预即可进行与操舵相关的判断和操作的功能的船舶，与能够进行操纵操作的海员是否实际上船无关。
　　无人驾驶船舶是指不搭载船员的船舶，是自动航行船舶的一种。这种类型的船舶要么具备上述自主航行船舶的功能，要么根据远程位置的人工控制，通过某种通信方式向船舶发送操纵命令进行航行。虽然无人驾驶船舶不能搭载海员，但可以搭载乘客。考虑与远程控制中心的通信可能会中断，该类船舶需要配置自主航行船舶的功能。但是，如果一艘船舶不具备自主航行功能，而是通过发送与舵、螺旋桨等操作相关的航行指令进行远程控制的船舶，只要不搭载进行机动操作的海员，也可以将其归类为无人驾驶船舶。
　　2. 自动化船、自主船舶和无人船
　　自动航行船舶、自主航行船舶和无人驾驶船舶三类船舶的共同特点是船舶航行功能的某种形式自动化（或遥控）。但是，船舶操作不限于定义为“在规定的航线上以一定的速度航行并避开障碍物”的航行功能。船舶操作还包括各种其他类型的工作，例如离泊（离开码头）、加速/减速、通过抛锚从航行状态过渡到锚地抛锚状态、通过起锚从锚泊状态过渡到航行状态、靠泊（系泊在码头）并载客或货物，然后卸货。而且，船公司的工作并不止于船上的工作，还包括与岸基设备的合作，有时还需要与运营部门协调多艘其他船舶共同完成任务，而不仅仅是单船的操作。考虑船舶操作是所有这些任务的总和，如果自动航行船舶利用自动化技术进行此类船舶操作，被操作的船舶称为“自动化船”。同样，执行船舶操作自主航行的船舶称为“自主船舶”，无人驾驶船舶称为“无人船”。由于自主航行船舶和无人驾驶船舶属于自动航行船舶，自主船舶和无人船被归类为自动化船。
　　3. 海上自主水面船舶
　　海上自主水面船舶尚未明确定义。在海上自主水面船舶国际会议上，与会的船舶设备公司、通信技术公司和初创公司重点介绍各自开发的技术应用，但在任何情况下，都需要假设一艘配备有自主功能的船舶，而不是仅从“自主”字面上理解。因此自主船舶是*接近于海上自主水面船舶的。但目前自主功能尚在开发过程中，实验主要限于开发了一些自主功能的自动控制设备。因此，在目前的条件下，将海上自主水面船舶称为“自动化船”，会更合适。
　　4. 智能船舶
　　中国船级社《智能船舶规范（2015）》2016 年3 月生效，2019 年中国船级社对《智能船舶规范（2015）》进行了升级换版，发布了《智能船舶规范（2020）》。《智能船舶规范（2020）》对智能船舶进行了明确的定义：“智能船舶系指利用传感器、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。”
　　鉴于目前没有明确统一的定义，本书暂时采用“智能船舶”来统称各种定义形式的智能化船舶。
　　1.1.2 智能船舶的分类
　　随着船舶行业的发展及各种新技术的诞生，船舶的分类方法越来越丰富。目前国内传统船舶分类相关的标准有《船舶通用术语第1 部分：综合》（GB/T 7727.1—2008）、《内河船舶分类与代码》（GB/T 16158—1996）。参照这些标准中的分类方法，可将传统船舶分类的因素归纳为航区、任务类型、货物与装载特性、推进动力、航行状态、推进方式、主船体结构、船体材料等，如图1.1 所示。图1.1 仅根据单一维度对船舶进行了分类，实际上对某种特定船舶的分类，是多种因素、多个维度交叉在一起的，且不同因素之间又互相影响。
　　船舶的智能化程度可以作为一个新的维度，将智能船舶划分成不同的等级。智能化程度的划分主要依据智能船舶安全、经济、环保、高效的特点，衡量分类因素对这些特点的影响程度。目前智能船舶的主要研究对象为钢质排水型螺旋桨推进船舶，国际海事
　　图1.1 传统船舶分类方法
　　组织（IMO）、船级社等机构针对智能船舶的智能等级提出了多种分级方式。IMO 从是否配备船员的角度将智能船舶分为4 级，即L1（具有自动化处理和辅助决策能力的船舶）、L2（配备船员的遥控船舶）、L3（不配备船员的遥控船舶）和L4（完全自主船舶）。
　　智能船舶的主要功能体现在航行、货物装载、能效管理、设备维护、船体结构等方面，其功能模块可分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理、智能集成平台和远程控制等。不同的分类因素对智能船舶的功能有着不同的要求，其智能化*终发展等级也不同。下面根据不同分类因素对主要智能船舶的分类是参照IMO 智能船舶（L1、L2、L3、L4）的4 个等级进行划分[2] 。
　　1. 航区与航线
　　不同航区的主要智能船舶发展趋势如图1.2 所示。从航区或航线限制的角度考虑，远洋船航行时间较长，油耗较大，在辅助决策阶段采用智能能效管理能够实现较好的经济效益，如中国船舶集团有限公司研发的400 000 DWT①超大型智能矿砂船和308 000 DWT 超大型智能油船，通过航速优化、纵倾优化，实现了5%的营运节能目标。远洋船由于航行周期较长，受气象预报时效性和海上通信条件限制，只能给出一定时间段的决策建议，难以覆盖全航程，船上仍然需要配备船员以确保船舶安全稳定运行，所以其智能等级主要以L2 级为主，难以实现L3 级、L4 级。近海、远海船的航线、航行周期较短，可以实现全航程的航速航线优化，目前的研究方向主要为通过远程遥控方式实现船舶的无人化（L3、L4 级）。内河船主要受限于内河航路的复杂度，加强内河航道的管理是实现内河船智能化的关键。内河船机动性强、通信条件好，利于实现自主控制和无人化驾控，因此内河船未来的发展方向主要为L4 级。
　　图1.2 不同航区的主要智能船舶发展趋势
　　2. 货物与装载特性
　　不同货物与装载特性的智能船舶发展趋势如图1.3 所示。货物与装载特性主要影响智能船舶的货物管理模块，对于干/散货船，航行中能够实时监测货物和货舱状态，遇到突发情况（如货舱进水、货物移动或散矿液化、绑扎松动等）及时反馈给控制系统，智能货物管理能够适应不同种类货物采用不同的智能货物管理策略和装卸策略。对于集装箱船，需要根据箱内货物的不同，进行集装箱监测（如冷藏箱需要监测集装箱温度，危险物品集装箱需要监测货舱通风、可燃气体、集装箱绑扎情况），能够自主完成集装箱快速装卸、配载优化等功能，以取得更好的经济效益。实现干/散货船、集装箱船的智能货物管理，能够有效提升货物的装卸效率，节约运输时间及成本，其未来智能化发展方向为L3 或L4 级。对于油船、化学品船、液化气体船等，需要从安全的角度出发，监控货舱内的货舱压力、液位高度、氧含量、液货泵运行状态、惰性气体系统运行状态、远程控制阀
　　①DWT（dead weight tonnage ）为载重吨。

目录
第1章智能船舶定义与分级 1
1.1智能船舶概述 3
1.1.1智能船舶的定义 3
1.1.2智能船舶的分类 4
1.1.3智能船舶的硬件组成 9
1.1.4 智能船舶的意义 9
1.2智能船舶的分级 10
1.2.1国际海事组织 10
1.2.2劳氏船级社 12
1.2.3挪威船级社 13
1.2.4法国船级社 13
1.2.5日本船级社 14
1.2.6美国船级社 16
1.2.7芬兰自主海洋生态联盟 17
第2章国内外智能船舶研究进展 19
2.1国外智能船舶技术研究进展 21
2.1.1日本 21
2.1.2韩国 29
2.1.3芬兰 32
2.1.4英国 32
2.1.5欧盟 36
2.1.6挪威 37
2.1.7美国 39
2.2我国智能船舶技术发展进展 39
2.2.1中国船级社 40
2.2.2珠海云洲智能科技有限公司 41
2.2.3智慧航海（青岛）科技有限公司 42
2.2.4交通运输部水运科学研究院 43
2.2.5武汉理工大学 43
2.2.6大连海事大学 44
2.3国外智能船舶法规、规范、标准研究进展 45
2.3.1国际海事组织 46
2.3.2国际海事委员会 47
2.3.3国际标准化组织 47
2.3.4国际航标协会 49
2.3.5波罗的海国际海事委员会 50
2.3.6国际船级社协会 50
2.3.7日本 50
2.3.8英国 51
2.3.9韩国 52
2.3.10挪威 53
2.3.11丹麦 53
2.3.12美国 54
2.3.13法国 54
2.4我国智能船舶法规、规范、标准研究进展 54
2.4.1《智能船舶规范》 54
2.4.2《自主货物运输船舶指南》 55
2.4.3《智能集成平台检验指南》 55
2.4.4《船舶智能机舱检验指南》 56
2.4.5《船舶（油船）智能货物管理检验指南》 56
2.4.6《船舶智能能效管理检验指南》 57
2.4.7《无人水面艇检验指南》 57
2.4.8《船舶网络系统要求及安全评估指南》 58
2.4.9中国海事局智能船舶技术法规 58
2.4.10中国航海学会智能船舶团体标准 58
第3章智能船舶技术体系 59
3.1智能船舶通信技术及装备 61
3.1.1船舶通信技术与系统沿革 61
3.1.2船舶通信系统的组成 62
3.1.3现代船舶通信技术及装备 65
3.1.4智能船舶对通信的需求 71
3.1.5船舶智能通信技术的未来发展 72
3.2智能船舶导航技术及装备 75
3.2.1船舶导航技术与系统沿革 75
3.2.2船舶导航系统的组成 76
3.2.3现代船舶导航技术及装备 77
3.2.4智能船舶对导航系统的需求 81
3.3智能船舶感知技术及装备 81
3.3.1船舶场景感知技术 81
3.3.2智能船舶对场景感知的需求 83
3.3.3现代船舶感知技术及装备 88
3.3.4智能船舶感知技术的未来发展 94
3.4智能船舶航行技术及装备 96
3.4.1航行控制技术 96
3.4.2航行避碰技术 99
3.5智能船舶能效优化技术及航路设计 102
3.6智能船舶运维技术 104
3.6.1船舶运维技术沿革 104
3.6.2船舶运维技术发展现状 106
3.6.3船舶运维技术发展趋势 109
3.7智能船舶岸基中心 112
3.7.1船岸协同与智能船舶岸基中心 112
3.7.2智能岸基中心的功能需求 113
3.7.3智能岸基中心发展现状 114
第4章智能船舶法律规制 117
4.1智能船舶的法律地位 119
4.1.1商用智能船舶 119
4.1.2非商用智能船舶及其操作人员 124
4.1.3远程操作人员的法律地位 125
4.2智能船舶航行安全的法律规制 128
4.2.1智能船舶登记的法律条件 128
4.2.2智能船舶安全配员的法律标准 131
4.2.3一般航行安全规则的适用及其障碍 132
4.2.4《国际海上避碰规则公约》对智能船舶的适用 134
4.2.5人命救助义务对智能船舶的适用 137
4.3智能船舶新型民事责任与保险问题 139
4.3.1侵权责任主体 139
4.3.2归责原则 141
4.3.3智能船舶的保险 144
第5章智能船舶人才培养与监管 149
5.1智能船舶人才类别与职责 151
5.1.1智能船舶背景下传统航海类人才的角色变化 151
5.1.2智能船舶人才的类别和职责 151
5.2智能船舶人才的知识和能力要求 155
5.3智能船舶人才的教育与培训 156
5.3.1智能船舶岸基人员的来源 156
5.3.2智能船舶人才的培养方案 157
5.4智能船舶岸基人员的证书与签证 162
5.5智能船舶的配员与监管 163
5.5.1当前的船舶配员要求 163
5.5.2智能船舶的配员标准 164
5.5.3智能船舶操作人员的值班要求 166
参考文献 168