“人知道的，‘智飞’号都知道” ——我国首艘自主航行300TEU集装箱船研发纪实
【创新故事】
3海里外，“智飞”号迎面驶来。
“不会真撞上来吧？”靶船上，记者不禁捏了把汗。
同行的十多位船舶行业专家、院士，也都紧盯着它——我国首艘自主航行300TEU（标准箱）集装箱船的一举一动。
2海里、1.5海里、1海里……“转向了！”大家齐声欢呼。
没有人操控，“智飞”号自动转向，从靶船左舷安全驶过。
这是不久前发生在山东青岛鳌山湾畔的一幕。作为全球最大的实现常规商业运行的智能船舶，“智飞”号在这里完成了阶段性成果演示。
“此前，它已连续运行近两年，往返于青岛港至董家口港区，累计航次近600次。”中国航海学会常务副理事长张宝晨1月18日告诉科技日报记者，这一成绩在智能航运领域无出其右，标志着我国在船舶自主航行研发与应用领域走在世界前列。
打通数据堵点，让“大脑”更聪明
总长110米、型宽15米、8000吨排水量，虽然是集装箱船里的“小弟”，但与汽车相比，“智飞”号依然是庞然大物。
体积越大，操控越难，船长的预判能力越重要。
要想让“智飞”号智能驾驶系统成为一位经验丰富的“船长”，就需要将视觉感知、障碍识别、安全操控等技术融合至系统内，并不断积累各类障碍、各级海况、各种场景等数据，来训练、验证、迭代系统。
“研发船用智能驾驶系统是‘无人区’，国内国外均无经验可循。”负责研制该船的智慧航海（青岛）科技有限公司（以下简称“智航科技”）感知研发部部长高杰介绍，在大家千方百计完成系统研发时，数据却出了问题。
“智飞”号最初选择的是一家知名的国外雷达品牌。但意想不到的是，该雷达数据接口不对用户开放，数据无法输出。没有数据，智能驾驶系统应用无从谈起。
研发团队又与多家国外品牌沟通，均无功而返，只能回过头来在国内找。他们先后找了七八家雷达企业，却没有一家满足要求。
怎么办？只能与相关企业一起研制改进现有雷达。
换用国产雷达之初的挫败感，高杰记忆犹新：“船长直接说数据不能用。海上明明什么也没有，雷达却检测出很多目标，浪大一点都被当作障碍物。”
随后的一年多时间里，研发团队与雷达企业技术人员吃住在一起，通过不断海试实测与设备参数调整，提升数据的有效性。
为了实现对目标的稳定跟踪，在雷达信号受到干扰或遮挡时，船舶自动识别系统实时“补位”报告目标位置数据；在雷达难以分辨疑似目标时，船载摄像头自动调整角度和视野补充信息。
“团队还专门开发出波浪主动抑制系列算法，清洗掉因自身误差或电磁干扰产生的错误数据，弥补雷达测量精度的不足。”高杰告诉记者，“总之，一切努力都是为了实现这样的目标——人知道的，‘智飞’号都知道。”
随着设备的不断优化更新，输送给智能驾驶系统的数据质量越来越高，“智飞”号的“大脑”也变得越来越聪明。
自主选择链路，多线“牵牢”信号
长远来看，智能驾驶还要与航运保障、海事监管、码头装卸等环节联动，才能整体提升航运的效率和水平。
而实现这一切的前提是可靠通信。通信不可靠，就谈不上智能驾驶，更不用说船岸协同。
研发团队发现，由于海洋环境的特殊性，无论是采用航路沿岸4G/5G通信还是卫星通信，任何单一方式都无法避免信号丢失。
信号丢失意味着失联，自主航行船舶将面临风险。
智航科技副总经理杨宗伟打比方道：“就像你在移动的汽车里打电话，不知不觉间已有多个基站不间断为你服务。但是这在移动的船上很难做到，因为电信运营商在近岸的基站覆盖存在很多盲区，基站切换时会出现信号延迟、中断、丢失。”
电信、移动、联通三家运营商相继被引入，和团队一起完善基站覆盖、调整天线朝向、优化网络信号，确保航路每一处都在某家运营商基站的“管辖范围”。
运营商先后派人随船进行信号测试。无论严冬酷暑、狂风暴雨、白天黑夜，都有人坚守在船上。冬天穿两层羽绒服，夏天光着胳膊，风浪大时紧贴舷窗……
有的测试工程师担心被晃吐，干脆不吃早饭，一天测试下来，因为低血糖昏倒在船上。
历时近四年，技术人员不断尝试整合各种通信方式，寻找通信链路数据量、资费的最优配比。
大家一步步试出最终的融合通信方案：在船端配备多套4G/5G终端设备、卫星通信设备，配备不同运营商流量卡4张，卫星系统采用亚太卫星和鑫诺卫星的组合，配以不同流量的套餐。
实际航行中，“智飞”号根据情况自主切换不同通信链路。“就像汽车导航规划路线时，遇到拥堵会推荐新路线，但需要人点一下。‘智飞’号才会自主选择最佳链路。”杨宗伟介绍。
以前，每当“智飞”号进入“信号黑洞”，船上警报不断。融合通信方案落地后，警报声再未响起。如同飞机起飞和落地，“靠离泊”是安全航行的最重要环节。依靠稳定、高效的信号保障，现在船舶十分钟左右就可自动“停车入库”或启动出港。
突破电池技术，探索绿色航运
绿色低碳转型，是航运产业发展方向，就好比电动车替代燃油车一样。“智飞”号大胆地迈出了这一步。
“使用纯电推进具有多重优势，尤其是在船舶智能化方面。”智航科技副总经理朱慎超介绍，纯电可进一步缩短设备响应时间，提高船舶控制精度，对智能驾驶意义重大。
船用电池充电模式主要有两种。一种是利用码头电源充电，即船舶停靠在码头进行客货装载时完成充电，这需要改造码头；另一种是利用船上发电机充电，既灵活方便，又可以边航行边回收多余电能。
从便利角度出发，研发团队首选了后一种方案，联合电池企业重点攻关满足该方案需求的电池技术。
内阻大、散热难是动力电池普遍面临的技术难点，团队首先从结构设计入手加以解决。朱慎超告诉记者：“常见的电池多是方形叠片结构，我们通过采用圆柱形卷绕结构有效破解了这些难点。”
给电池扩容是另外一个难点。
反复试验、不断调配、优化再优化，最终团队找到了“独家秘方”——通过电池正负极材料、电解液、隔膜等原材料的合适配比，将电池单体容量提升至80安时和90安时，远超传统的50安时。
“仅此一项，预计一天可为‘智飞’号节约运营成本一万元。”朱慎超说，团队还首创出18道锂离子动力电池生产工艺。通过简化工艺流程，电池的生产效率提高至一般圆柱形电池的3—4倍，质量控制水平也大幅提升，成为国内唯一一家通过德国莱茵TüV认证的圆柱形电池。
“党的二十大报告明确提出，加快建设海洋强国。”张宝晨向记者表示，“智能化、绿色化是产业发展的大趋势，也是当今国际海事技术的竞争焦点。‘智飞’号的智能化、绿色化创新实践，将助推中国智能船舶乘风破浪、向海图强！”
【创新故事】
3海里外，“智飞”号迎面驶来。
“不会真撞上来吧？”靶船上，记者不禁捏了把汗。
同行的十多位船舶行业专家、院士，也都紧盯着它——我国首艘自主航行300TEU（标准箱）集装箱船的一举一动。
2海里、1.5海里、1海里……“转向了！”大家齐声欢呼。
没有人操控，“智飞”号自动转向，从靶船左舷安全驶过。
这是不久前发生在山东青岛鳌山湾畔的一幕。作为全球最大的实现常规商业运行的智能船舶，“智飞”号在这里完成了阶段性成果演示。
“此前，它已连续运行近两年，往返于青岛港至董家口港区，累计航次近600次。”中国航海学会常务副理事长张宝晨1月18日告诉科技日报记者，这一成绩在智能航运领域无出其右，标志着我国在船舶自主航行研发与应用领域走在世界前列。
打通数据堵点，让“大脑”更聪明
总长110米、型宽15米、8000吨排水量，虽然是集装箱船里的“小弟”，但与汽车相比，“智飞”号依然是庞然大物。
体积越大，操控越难，船长的预判能力越重要。
要想让“智飞”号智能驾驶系统成为一位经验丰富的“船长”，就需要将视觉感知、障碍识别、安全操控等技术融合至系统内，并不断积累各类障碍、各级海况、各种场景等数据，来训练、验证、迭代系统。
“研发船用智能驾驶系统是‘无人区’，国内国外均无经验可循。”负责研制该船的智慧航海（青岛）科技有限公司（以下简称“智航科技”）感知研发部部长高杰介绍，在大家千方百计完成系统研发时，数据却出了问题。
“智飞”号最初选择的是一家知名的国外雷达品牌。但意想不到的是，该雷达数据接口不对用户开放，数据无法输出。没有数据，智能驾驶系统应用无从谈起。
研发团队又与多家国外品牌沟通，均无功而返，只能回过头来在国内找。他们先后找了七八家雷达企业，却没有一家满足要求。
怎么办？只能与相关企业一起研制改进现有雷达。
换用国产雷达之初的挫败感，高杰记忆犹新：“船长直接说数据不能用。海上明明什么也没有，雷达却检测出很多目标，浪大一点都被当作障碍物。”
随后的一年多时间里，研发团队与雷达企业技术人员吃住在一起，通过不断海试实测与设备参数调整，提升数据的有效性。
为了实现对目标的稳定跟踪，在雷达信号受到干扰或遮挡时，船舶自动识别系统实时“补位”报告目标位置数据；在雷达难以分辨疑似目标时，船载摄像头自动调整角度和视野补充信息。
“团队还专门开发出波浪主动抑制系列算法，清洗掉因自身误差或电磁干扰产生的错误数据，弥补雷达测量精度的不足。”高杰告诉记者，“总之，一切努力都是为了实现这样的目标——人知道的，‘智飞’号都知道。”
随着设备的不断优化更新，输送给智能驾驶系统的数据质量越来越高，“智飞”号的“大脑”也变得越来越聪明。
自主选择链路，多线“牵牢”信号
长远来看，智能驾驶还要与航运保障、海事监管、码头装卸等环节联动，才能整体提升航运的效率和水平。
而实现这一切的前提是可靠通信。通信不可靠，就谈不上智能驾驶，更不用说船岸协同。
研发团队发现，由于海洋环境的特殊性，无论是采用航路沿岸4G/5G通信还是卫星通信，任何单一方式都无法避免信号丢失。
信号丢失意味着失联，自主航行船舶将面临风险。
智航科技副总经理杨宗伟打比方道：“就像你在移动的汽车里打电话，不知不觉间已有多个基站不间断为你服务。但是这在移动的船上很难做到，因为电信运营商在近岸的基站覆盖存在很多盲区，基站切换时会出现信号延迟、中断、丢失。”
电信、移动、联通三家运营商相继被引入，和团队一起完善基站覆盖、调整天线朝向、优化网络信号，确保航路每一处都在某家运营商基站的“管辖范围”。
运营商先后派人随船进行信号测试。无论严冬酷暑、狂风暴雨、白天黑夜，都有人坚守在船上。冬天穿两层羽绒服，夏天光着胳膊，风浪大时紧贴舷窗……
有的测试工程师担心被晃吐，干脆不吃早饭，一天测试下来，因为低血糖昏倒在船上。
历时近四年，技术人员不断尝试整合各种通信方式，寻找通信链路数据量、资费的最优配比。
大家一步步试出最终的融合通信方案：在船端配备多套4G/5G终端设备、卫星通信设备，配备不同运营商流量卡4张，卫星系统采用亚太卫星和鑫诺卫星的组合，配以不同流量的套餐。
实际航行中，“智飞”号根据情况自主切换不同通信链路。“就像汽车导航规划路线时，遇到拥堵会推荐新路线，但需要人点一下。‘智飞’号才会自主选择最佳链路。”杨宗伟介绍。
以前，每当“智飞”号进入“信号黑洞”，船上警报不断。融合通信方案落地后，警报声再未响起。如同飞机起飞和落地，“靠离泊”是安全航行的最重要环节。依靠稳定、高效的信号保障，现在船舶十分钟左右就可自动“停车入库”或启动出港。
突破电池技术，探索绿色航运
绿色低碳转型，是航运产业发展方向，就好比电动车替代燃油车一样。“智飞”号大胆地迈出了这一步。
“使用纯电推进具有多重优势，尤其是在船舶智能化方面。”智航科技副总经理朱慎超介绍，纯电可进一步缩短设备响应时间，提高船舶控制精度，对智能驾驶意义重大。
船用电池充电模式主要有两种。一种是利用码头电源充电，即船舶停靠在码头进行客货装载时完成充电，这需要改造码头；另一种是利用船上发电机充电，既灵活方便，又可以边航行边回收多余电能。
从便利角度出发，研发团队首选了后一种方案，联合电池企业重点攻关满足该方案需求的电池技术。
内阻大、散热难是动力电池普遍面临的技术难点，团队首先从结构设计入手加以解决。朱慎超告诉记者：“常见的电池多是方形叠片结构，我们通过采用圆柱形卷绕结构有效破解了这些难点。”
给电池扩容是另外一个难点。
反复试验、不断调配、优化再优化，最终团队找到了“独家秘方”——通过电池正负极材料、电解液、隔膜等原材料的合适配比，将电池单体容量提升至80安时和90安时，远超传统的50安时。
“仅此一项，预计一天可为‘智飞’号节约运营成本一万元。”朱慎超说，团队还首创出18道锂离子动力电池生产工艺。通过简化工艺流程，电池的生产效率提高至一般圆柱形电池的3—4倍，质量控制水平也大幅提升，成为国内唯一一家通过德国莱茵TüV认证的圆柱形电池。
“党的二十大报告明确提出，加快建设海洋强国。”张宝晨向记者表示，“智能化、绿色化是产业发展的大趋势，也是当今国际海事技术的竞争焦点。‘智飞’号的智能化、绿色化创新实践，将助推中国智能船舶乘风破浪、向海图强！”
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