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1、船舶智慧引航靠泊技术应用探索及实践摘要船舶引航靠泊过程涉及船岸实时通信、船舶精准定位、引航靠泊实时监控等 场景。目前发生船舶引航靠泊碰撞事故主要与这些场景有关。随着5G、北斗、AI 等技术的不断发展，借助这些技术可实现对船舶引航靠泊过作业的实时监控辅助 实现船舶智慧引航靠泊，避免事故发生。关键词：智慧引航，智慧靠泊，辅助靠离泊1. 引言随着全球经济贸易的发展，使得全球海运量不断增长，而造船技术的不断进 步，船舶逐渐向大逐渐向大型化、智能化方向发展，人工智能、大数据等技术的 不断进步也加剧了这一趋势。而有经验的高级船员数量逐渐减少，船舶引航靠泊 事故频频发生。近年来发生了几起重大的靠泊碰撞事故都
2、造成了巨大损失。2020 年韩国釜山新港Milano Bridge号碰撞事故，损失达数百亿韩元；印度孟买港地 中海航运的船舶靠泊碰撞事故，撞毁岸桥4台，每台造价700万美元；2021年钦 州港一艘巴拿马散货船出港与进港船伯利兹籍散货船碰撞，造成直接经济损失约 355万人民币。船舶离靠泊过程中事故频发的原因包含如下1船舶进港到靠泊前处于不 断减速的低速航行阶段，低船速下船舶更容易受到潮汐、海风、洋流等的影响， 影响船舶速度和船舶入泊角；船舶体积巨大船员、引航员等容易产生视觉盲区 会导致船舶与岸边及船舶与港口装卸机械等发生碰撞事故；船舶体积大重量大, 巨大的惯性使得船舶操纵具有一定的延迟性等。针对
3、以上问题，单纯依靠船舶驾引人员在船舶靠离泊过程中通过经验判断已 很难应对目前港口繁忙的作业需求。随着港口业务的迅猛发展，港口引航作业日 益繁忙，当前我国引航员人才缺口较大。面对日渐增多的国际航行到港船舶，引 航员在疫情影响下也承担着一定的风险。5G、北斗高精度定位等技术的进一步发 展，为引航靠泊智慧化升级提供了必要的技术条件。2. 现状分析针对船舶引航靠泊场景，通过对部分港口引航场景调研了解到，目前船舶引 航靠泊痛点主要有以下几点：（1）船岸通信依赖VHF,但VHF经常存在频道滥用 的情况，且多船也会对 VHF 识别产生影响，产生船岸信息传递误差，影响船舶引 航靠泊作业的正常开展。（2）驾引人
4、员多通过经验判断,缺乏科学的依据或判 断,同时船舶靠离泊过程中也会受到外界环境的影响,存在明显的视觉盲区。（3）目前船舶引航或靠泊系统功能单一,有的仅支持测距测速,有的是通过外 部环境数据感知，但缺少一个能将测速测距、外部环境感知、AIS、电子海图、 视频监控等集成到一起的产品或技术方案。针对船舶引航靠泊这个场景，市场上已经有专业的信息化厂商推出了相关的 产品和技术方案，并已推动在实船使用。目前市场上已有船舶引航靠泊产品及技 术方案对比见表1 。表1 船舶引航靠泊产品及技术方案对比序方号案方案简介优势劣势船船舶弱电系统的无需在部分船只的 CCTV舶组成部分，通过在船船侧进进行系统会有一部分摄像
5、头CCTV上布置若干个监控摄重新改造，朝向舷外，以获得船舶1视频像头获取船舶重要位利用已有视周围水域（尤其是船首监控置的画面，并于驾驶频监控系统尾和两舷）的画面，无辅助室或集中控制室分屏及设备即可法实现全景可视，仍存、* J ?方案显示。实现。在视觉盲区，且无法获得精准的船船、船岸距离信息。利用安装在码头上的二个雷达设备，毫米波雷达的有效探测船舶上二点的离探测角度和范围都比较雷 雷岸距离，并折算出角小，在码头设施较为复度；根据二点的距离仅需在杂的情况下，很容易误达测计算出船舶与码头的岸侧进行雷测漏测，可靠性不高。距辅2助靠角度，将距离、角度达测距设备激光雷达不仅价格离泊等信息传输到设置在安装，
6、容易高昂，且激光脉冲遇到、* J ?方案码头上的大型显示屏实施。半透明物体会部分反射和引航员随身携带的（如空气中的小水滴无线便携式显示器等），在雨雾等气象条上，以指导船舶靠离件下会受影响。泊。可实时结合引航员经展示最优航验，通过相关算法和对于船岸距离、船引r .、m 丄口 八 丄l、丄匚/一 占亠 rrZy线、通航环船距离等仍依靠驾引人大数据分析进行航路3航系规划，并通过可视化境信息数据员经验判断，且容易出统的手段在 web 端和 APP等，辅助船现视觉盲区。舶引航靠端进行展示。泊。5结合5G+北斗高精北斗高需要船端改造，相七+北度定位及视觉识别 AI精度定位测对成本高，对船舶配合斗+AI算法
7、等，实现船岸实距更精准，度要求高。且数据较视觉时通信及数据传输，360视频拼多,视频AI智能分识别船岸高精度定位测接全景可视析、视频拼接、视频抖辅助距，船舶靠离泊 360减少视觉盲动技术要求高。靠离全景可视化辅助等区，5G网络泊技可实现音视术方频等数据实案时传输等。以上四个产品和技术方案都具备各自的优劣势，技术方案 1 和 4 是从船侧进 行实施，一般在船舶建造时进行相关设备终端的部署实施，但如果船舶建造完成 后进行船舶改装则会涉及比较高的改装成本，另外技术方案 4 对视频拼接、抖动 等技术的要求也比较高。技术方案 2 是从岸侧进行设备设施的建设，相对容易安 装实施，但雷达设备探测范围以及易受
8、外界环境等也会影响检测的准确性。产品 3 主要是目前引航员使用较多的产品，但仍缺少实景可视化的判断，过多依靠经 验判断，容易出现视觉盲区。由此看来，船舶引航靠泊需要关注船舶驾驶员和引航员关注的重点场景，通 过5G、北斗、AI等技术的使用，实现船舶智慧引航靠泊。3. 应用场景3.1 船岸实时通信船舶引航靠泊过程中船通信基本上依赖VHF和对讲，但目前驾引是通过VHF 和对讲进行人工指挥，缺乏智慧化的协同联动，也无法实现多方信息的实时传输 也无法实现音视频的实时传输。基于以上问题，可基于移动运营商搭建的港口 5G专网（含700M），借助5G 大带宽、低时延、海量传输的特性，将现有港航通信系统和终端设
9、备等进行对接 实现船岸通信的实时互通，解决船舶引航靠泊过程中因交流不及时而产生的靠泊 事故问题。针对港口区域面积大，环境较为复杂，通信存在信号阻挡、衰弱、传播距离 不足等问题，700MHz 5G专网可在近海实现5G远距离网络覆盖，在特定条件下 满足港口引航靠离泊在30-50海里的语音、数据、视频等信息的船岸沟通与协作 满足船舶引航靠泊场景对网络的需求。3.2 船舶精准定位测距针对船舶引航靠泊过程中船舶位置定不准的痛点，可通过在船舶上安装北斗 船载高精度定位终端，布设船艏、船中、船尾3个监测点（见图2），利用北斗 高精度定位技术获得各监测点距离待靠泊码头岸线距离、对地航向角度，及距离 其他船舶和
10、拖轮的距离，通过对船舶靠离泊过程中船船、船岸距离的精准测量， 测量精度达到动态亚米级，对地航向角精度达到1，实现船舶靠离泊过程中精 准测距，并通过5G+网络实时传输到船侧和岸侧移动端及web端，辅助船舶驾引 人员靠离泊作业，解决靠泊过程中平行停靠不精准、效率低、难度大的问题，提 高船舶靠离泊效率和安全性。3.3 引航靠泊实时监控针对船舶引航靠泊过程中存在视觉盲区这种看不全的痛点，在船艏、船尾及左右舷安装4个定制的AI摄像头（安装数量需要根据船舶具体尺寸及安装位置 评估而定，至少4个），通过在前端实现全景视频拼接，并可基于5G网络将全 景视频实时传输至船端驾驶室和岸侧监控中心的船舶辅助靠离泊系统
11、显示端，以 及相关移动端，实现船舶全方位可视化实时监控，解决船舶靠离泊过程中由于驾 引人员视觉盲区而导致的碰撞事故等问题，确保靠离泊作业安全。除此之外，还可以对全景视频通过 AI 识别算法对引航靠泊过程中的碍航物 进行识别，以便及时规避风险，实现智慧引航靠泊。4. 应用实践目前国内部分码头已开展船舶引航靠离泊相关尝试，比如连云港港和宁波舟 山港，均采用激光靠泊的技术实现船舶引航靠泊。在岸侧通过激光靠泊设备可以 为大型船舶提供精准的位置数据、船岸距离、船速以及船舶对码头的角度，科学 的引导驾引人员顺利引航靠泊，从而提高船舶引航靠泊速度，减少船舶在港停留 时间，提高码头泊位利用率，最终实现提升码头
12、的经济效益。另外目前智能船舶的设计研发对于船舶引航靠泊场景也有重点攻关，比如 2022 年3 月中船集团外高桥造船建成的我国首艘 21万吨级的智能散货船“山东 新时代”号搭建了一个平台和 N 个智能应用场景，其中就包含 3D 影像智能辅助 靠泊、增强视觉辅助智能航行以及岸基远程管控等，也是从船舶角度对船舶进行 信息化改造，通过融合各类传感器数据，结合AI和AR技术实现船舶周围3D视 图重建，实现船舶引航靠泊场景的智能化辅助。5. 应用展望随着全球海运货物量的不断增长及5G、AI等新技术的不断成熟，智能船舶 技术尤其船舶无人驾驶技术逐渐成为未来发展趋势，而实现船舶无人驾驶的前提 需要依靠全景实时高清视频信息结合智能识别判断实现船舶远程驾驶，船舶引航 靠离泊场景作为其中最重要的一个环节，将有更多发展前景。参考文献1徐承军，黄庆林，吴建曲.船舶靠离泊辅助系统的发展与展望J.港口装卸, 2020（5）：50-55.
