原標(biāo)題：智能化拖輪實現(xiàn)精準(zhǔn)感知、平穩(wěn)控制
圖為全球首艘具備自主伴航功能的高度智能化拖輪“津港輪36”。 受訪單位供圖
“高度智能化拖輪的自動駕駛技術(shù)相當(dāng)于汽車自動駕駛的L3級別，也就是能做到在有人監(jiān)管的條件下自動駕駛。”天津港輪駁有限公司副總經(jīng)理孫波對科技日報記者說，“與傳統(tǒng)拖輪相比，智能化拖輪‘感得更準(zhǔn)，控得更穩(wěn)’。”
日前，全球首艘具備自主伴航功能的高度智能化拖輪“津港輪36”和作為陪試船的姊妹船“津港輪37”在天津港正式投產(chǎn)啟用。該成果所涉及的感知、規(guī)控、人機交互等核心算法軟件全部為自主研發(fā)。
安全性和效率均得到提升
港作拖輪是大型船舶進出港口的重要助手。“大型船舶在靠泊或離泊時，由于自身尺寸和動力的限制，往往難以獨立完成這些操作。”孫波介紹，此時需要有拖輪進行伴航，在特定位置迎接大型船舶，接近、伴隨，直至并靠大型船舶，為其提供安全高效的進出港靠離協(xié)助服務(wù)。
控制拖輪進行伴航是個技術(shù)含量比較高的“活兒”。任何疏忽都會成為不安全因素，甚至導(dǎo)致港口安全事件。
傳統(tǒng)拖輪進行伴航作業(yè)時，人為操作會存在一些安全隱患。操作人員在進行伴航作業(yè)時要時刻關(guān)注船舶周圍的安全情況，如航路上的障礙物、目標(biāo)船的態(tài)勢變化、目標(biāo)船的外板結(jié)構(gòu)等。這些操作會受操作員自身視野盲區(qū)、駕駛技術(shù)和經(jīng)驗等因素的影響，導(dǎo)致伴航作業(yè)潛藏安全風(fēng)險。
天津港吞吐量的持續(xù)增長，以及全球船舶大型化的發(fā)展趨勢，對港作拖輪提出越來越高的要求。“港作拖輪不僅要提升安全性，還要提高工作效率。這就需要探索新技術(shù)。”孫波說。
據(jù)了解，此次投產(chǎn)的兩艘高度智能化拖輪是天津港第二代津港智能拖輪。全船長34.6米、寬11.2米、型深5.22米、設(shè)計吃水3.92米、設(shè)計航速12.5節(jié)，配備多項行業(yè)創(chuàng)新技術(shù)，具備行業(yè)最領(lǐng)先的自主伴航能力。
“自主伴航是指在有人監(jiān)控狀態(tài)下、由系統(tǒng)自主鎖定并自主操控船舶接近目標(biāo)、伴隨目標(biāo)，直至并靠目標(biāo)的行為。”孫波介紹，這種基于港口拖輪重要作業(yè)場景下的自動駕駛技術(shù)研發(fā)，在國際尚屬首次實現(xiàn)，具有較大工程意義。
“可自主伴航的智能拖輪擁有先進的融合感知功能。可替代人眼去‘看’，替代人耳去‘聽’。”中國船級社傳播智能技術(shù)與安全實驗室主任馬吉林說，“智能拖輪可自主控向控距控速，兼具智能避碰能力，可實現(xiàn)航路優(yōu)化、近距離防碰撞，輔助安全航行。”
孫波補充說：“智能拖輪在判斷拖輪與大型貨輪之間的距離時，可以將誤差控制在分米級。”同時，智能拖輪擁有AUTO-0無人機艙，可靈敏感知設(shè)備數(shù)據(jù)，進行自主故障分析、風(fēng)險預(yù)警、輔助決策，實現(xiàn)船與船、船與岸互聯(lián)互通。
“智能拖輪穩(wěn)定性研究比智能駕駛汽車穩(wěn)定性研究更具挑戰(zhàn)性。”孫波解釋，“受海水水流影響，行駛在海水中的拖輪面臨的‘路況’要比汽車復(fù)雜得多。通過智能控制系統(tǒng)，我們實現(xiàn)了精準(zhǔn)控船。”值得一提的是，智能拖輪的智能感知系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)所使用的軟件，包括感知算法軟件、控船軟件、人機交互軟件等，100%為自主研發(fā)。
智能化拖輪應(yīng)用前景廣闊
馬吉林介紹，試驗期間，“津港輪36”智能拖輪在姊妹船“津港輪37”的配合下，分別對自主伴航系統(tǒng)的功能安全、感知性能、規(guī)控性能以及自主伴航全流程驗證開展了共計四類34項試驗。結(jié)果顯示，智能拖輪系統(tǒng)硬件運行穩(wěn)定可靠，安全機制完整有效，目標(biāo)感知準(zhǔn)確、跟蹤穩(wěn)定，規(guī)控精準(zhǔn)無超調(diào)、自適應(yīng)性強，人機交互軟件穩(wěn)定易用、界面友好，預(yù)期指標(biāo)得到全面驗證。
“高度智能化拖輪自主伴航試驗由天津港集團聯(lián)合中國船級社、科研高校、造船方等合作完成，試驗所取得的成果在拖輪領(lǐng)域尚屬首次。”馬吉林介紹，“這些技術(shù)成果不僅可以提升拖輪伴航的安全性，還能讓拖輪的作業(yè)效率提升10%左右。”
“高度智能化拖輪特別有利于提升大型船舶靠離泊效率、中轉(zhuǎn)效率。”孫波舉例說，比如遠航碼頭、液化天然氣碼頭（LNG碼頭），進出船舶都是30萬噸級，智能拖輪伴航在這些碼頭顯示出明顯優(yōu)勢。
此次自主伴航實驗取得成功，為以后智能拖輪建造提供了可行性方案，為拖輪的無人駕駛提供了更多技術(shù)支撐。“未來我們將向整體協(xié)同智能發(fā)展，進一步提升智能拖輪伴航作業(yè)的安全性。”馬吉林表示。
為做好天津港拖輪智慧航行范例的行業(yè)監(jiān)管和法律支撐，天津海事部門還將以科研項目前期成果為依托，推動天津港水域通航管理、智能作業(yè)能力提升以及智慧航行研究實踐，并逐步建立拖輪智慧航行實操手冊和風(fēng)險風(fēng)控與應(yīng)用措施指南，不斷完善國際海事組織（IMO）運行案例支撐架構(gòu)。
此外，天津港輪駁公司與中國船級社天津分社、北疆海事局共同簽署了《天津港拖輪智慧航行示范工作室合作意向書》，開啟港作拖輪智能航行應(yīng)用新階段，加快建設(shè)全球首家拖輪智慧航行示范區(qū)，為我國智能航運發(fā)展提供可復(fù)制、可參考的口岸海上監(jiān)管創(chuàng)新范例。