1.无人船研究目的及意义

随着工业科技发展和社会经济进步，船舶行业对于经济性和安全性有了更高的要求。船舶正朝着智能化、机动化、无人化、网络化方向发展。与传统船舶比起来,无人船能够通过专家决策系统与远程遥控系统在劳动条件更好的岸上进行操作,从而从根本上减少人为因素对船舶航行安全的影响。一方面,在没有船员的情况下,船上的起居室、驾驶室等舱室以及救生等大多数设备将不再需要,既减少船舶重量又降低能耗,从而实现船舶建造及运营成本的减少及船舶载货能力的提升。有研究数据表明,这些因素加上重量和空气阻力的减少将带来12%至15%的燃料节省。另一方面,导致船舶海上事故的主要原因是决策和操作过失、应急反应不当等人为因素。据安联保险集团（Allianz）发布的《2018年安全与航运报告》报告显示，尽管经过了数十年的安全改进，航运业仍然不可自满。例如2018年1月的“Sanchi”油轮碰撞事故和2015年底因飓风华金全损的“El Faro”号等事故中，人为失误是其中的一个因素。安联分析预估，人为失误有关的海上责任险理赔金额约为16亿美元，占所有15000起海上责任险理赔案件总金额的75%[1]。因此,在智能化水平足够的基础上,无人船能够有效提高航行安全水平,减少事故发生。

另据欧洲MUNIN（欧盟研发海上无人导航系统项目）的报告显示船员的工资支出占据全球货船运营成本的30%以上[2]。人力成本不仅仅是工资支出和社保等福利费用的总和。事实上在大多数行业除了工资成本之外，人力成本还包括获得成本、培训成本、离职成本等。长期漂泊海上的高危险性和枯燥感使得海员这一职业逐渐失去了吸引力，培养出一个能够独当一面的船员、工程师也往往需要大量的时间成本和资金成本，而他们有时会面临一些恶劣天气、海盗袭击、军事冲突等突发状况，沉船等海难事故也时有发生。采用无人船既可以避免前期投入的大量人力成本成为沉没成本以及人员伤亡带来的后续损失，又可以提高人员的工作效率——在万物互联的未来，一个人在陆地上同时指挥、监控拥有多艘船的船队或将成为现实。

2.国内外研究现状

第二次世界大战时期，盟军诺曼底登陆采用无人船施放烟雾弹，与此同时，无人船被用作海域排雷为人所知。1946年到1958年，美国在马绍尔群岛附近进行了60多次原子弹和氢弹爆炸实验，在此期间，无人船被用在此海域采集放射性水样。

20世纪90年代之后随着信息技术和远程控制技术的发展，美国海军研制出具有声波和磁场扫描功能的无人船无人船新增了海上监视和侦察功能。认识到无人船的重要性，各国纷纷把目光投向无人船，开展相关研究和试验。

国外无人船目前以美国和以色列的最为先进，美国、以色列发展的USV主要是服务于国防，而其他国家发展的USV更多地服务于民用领域，比如航运、海洋环境保护、航道测量等。欧洲有很多科研机构从事USV的研发，日本对USV也有相应的研究。以下列出USV研究比较著名的项目和有代表性的船舶（表1）。

表1 国外著名的无人船

国内无人艇的研究起步较晚，且市场上并未有集驾驶、遥控、自主航行功能于一体的水面艇系统，这就要求研究人员必须针对无人艇的任务需求、艇体特征及总体布局要求，结合系统功能、经济成本等因素的约束条件限制，设计并构建无人艇系统。国内主要从事水面无人艇的研究机构有沈阳自动化研究所、哈尔滨工程大学、上海大学、上海海事大学、中国航天科工集团沈阳新光公司、珠海云州智能公司、武汉理工大学等。

2017年的12月5日，中船集团中国首艘智能船38800吨的“大智”号交付仪式代表着船舶行业正在向无人船的大变革时代迈进。

2018年6月28日在深圳由德国汉诺威工业博览会旗下汉诺威米兰展览（上海）公司2018华南国际工业自动化展览会与总部上海的国际船舶海工网联合举办的“2018船舶和海工装备新技术深圳国际论坛”上，云航智能技术有限公司联合创始人介绍了国际上最新的无人船无人艇进展、国际智能船、智能航运动态和他们公司开发的筋斗云无人船以及筋斗云无人船的当前货运机会。云航正在研发沿海岛间货物运输无人船，该船长约50米，航速9节，续航50海里，船员2 0，即在航行过程中不需要人员上船，在靠泊的时候安排2人进行协助。该船主要用于万山群岛的陆岛货运。

2019年2月25日，世界移动通信大会在西班牙巴塞罗那开幕。第五代移动通信技术（5G）成为本届大会最热门话题。会上，云洲智能携手爱立信、中国移动打造的最新5G无人船也在大会上亮相。

2. 研究的基本内容与方案

3基本内容和技术方案

①控制系统设计，考虑到最终无人船初步设计要达到的效果，将为小船人工安装信号接收器程用于接受遥控信号，小船应该具备直线航行，转向，停泊靠岸等现实功能。因此要把信号接收器嵌入到小船已经有的动力系统中，能够实现远程精准控制。遥控器应至少能向接收器发出8种信号，接收器应该至少能控制动力系统让船舶做出倒车、直线航行、转向等动作。

②进行实际操作，为小船安装相关硬件，对小船的遥控系统进行调试和修正，把各项准备工作做好之后，通过实验验证达到预期效果。

5 参考文献

[1][1]航运在线.重磅发布！安联保险集团发布最新安全与航运报告 你想知道的都在这！[J/OL].搜狐新闻http://www.sohu.com/a/242186128_196705,2018-07-19.

[2]航运界.无人船 看上去挺美[N].中国水运报,2016-09-02(1)

[3]孙东平.无人船控制系统设计与实现[D].青岛:中国海洋大学,2015.

[4]王魏.无人监测船远程控制系统的研究[D].浙江:浙江大学,2014.05.

[5]石祥.水面无人船控制系统设计与研究[D].上海:上海海洋大学,2015.03.

[6]吴青,王乐,刘佳仑.自主水面货船研究现状与展望[J]. 智能系统学报. 2019(01)

[7]杨显原.远距离遥控海水采样无人船初步设计及其关键技术研究[D]. 华南理工大学 2018

[8]郑恒,白雪.解秘“无人船”的前世今生[J].上海信息化,2015,04:24-27.

[9]刘启强,宋子夷.云洲:让中国无人船驶向世界[J].广东科技. 2018(07).

[10]Neeta Khare, Pritpal Singh.Modeling and optimization of a hybrid power system for an unmanned surface vehicle[J].Journal of Power Sources 198 (2012) 368–377

[11]Jeonghong Park, Minju Kang, Taeyun Kim, Sungchur Kwon.Development of an Unmanned Surface Vehicle System for the 2014 Maritime RobotX Challenge[J]Journal of Field Robotics 34(4),(2017) 644–665 .

[12]耿超.遥自主水面无人艇控制系统设计与研究.[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2018.01

[13]庞志森, 庞明. 现代综合能源电动船舶的电力推进技术[M]. 水利水电出版社, 2010

[14]庞志森,庞明. 现代蓄电池电动船舶的电力推进技术[M]. 化学工业出版社, 2011

[15]李浩.无人驾驶试验船控制平台设计与功能实现[D].武汉理工大学.2014.05

[16]李俊杰.基于CAN总线的多任务USV通用控制平台研究与实现[D].2015.05

[17]范怀谷.智能无人船舶发展面临的问题和解决办法 [J].船舶标准化工程师,2018,51(03):16-19.

[18]龙跃梅, 黄文婷.我国首艘导弹无人艇首次在航展公开亮相[N].科技日报,2018-11-07(2).

1.无人船研究目的及意义

随着工业科技发展和社会经济进步，船舶行业对于经济性和安全性有了更高的要求。船舶正朝着智能化、机动化、无人化、网络化方向发展。与传统船舶比起来,无人船能够通过专家决策系统与远程遥控系统在劳动条件更好的岸上进行操作,从而从根本上减少人为因素对船舶航行安全的影响。一方面,在没有船员的情况下,船上的起居室、驾驶室等舱室以及救生等大多数设备将不再需要,既减少船舶重量又降低能耗,从而实现船舶建造及运营成本的减少及船舶载货能力的提升。有研究数据表明,这些因素加上重量和空气阻力的减少将带来12%至15%的燃料节省。另一方面,导致船舶海上事故的主要原因是决策和操作过失、应急反应不当等人为因素。据安联保险集团（Allianz）发布的《2018年安全与航运报告》报告显示，尽管经过了数十年的安全改进，航运业仍然不可自满。例如2018年1月的“Sanchi”油轮碰撞事故和2015年底因飓风华金全损的“El Faro”号等事故中，人为失误是其中的一个因素。安联分析预估，人为失误有关的海上责任险理赔金额约为16亿美元，占所有15000起海上责任险理赔案件总金额的75%[1]。因此,在智能化水平足够的基础上,无人船能够有效提高航行安全水平,减少事故发生。

另据欧洲MUNIN（欧盟研发海上无人导航系统项目）的报告显示船员的工资支出占据全球货船运营成本的30%以上[2]。人力成本不仅仅是工资支出和社保等福利费用的总和。事实上在大多数行业除了工资成本之外，人力成本还包括获得成本、培训成本、离职成本等。长期漂泊海上的高危险性和枯燥感使得海员这一职业逐渐失去了吸引力，培养出一个能够独当一面的船员、工程师也往往需要大量的时间成本和资金成本，而他们有时会面临一些恶劣天气、海盗袭击、军事冲突等突发状况，沉船等海难事故也时有发生。采用无人船既可以避免前期投入的大量人力成本成为沉没成本以及人员伤亡带来的后续损失，又可以提高人员的工作效率——在万物互联的未来，一个人在陆地上同时指挥、监控拥有多艘船的船队或将成为现实。

2.国内外研究现状

第二次世界大战时期，盟军诺曼底登陆采用无人船施放烟雾弹，与此同时，无人船被用作海域排雷为人所知。1946年到1958年，美国在马绍尔群岛附近进行了60多次原子弹和氢弹爆炸实验，在此期间，无人船被用在此海域采集放射性水样。

20世纪90年代之后随着信息技术和远程控制技术的发展，美国海军研制出具有声波和磁场扫描功能的无人船无人船新增了海上监视和侦察功能。认识到无人船的重要性，各国纷纷把目光投向无人船，开展相关研究和试验。

国外无人船目前以美国和以色列的最为先进，美国、以色列发展的USV主要是服务于国防，而其他国家发展的USV更多地服务于民用领域，比如航运、海洋环境保护、航道测量等。欧洲有很多科研机构从事USV的研发，日本对USV也有相应的研究。以下列出USV研究比较著名的项目和有代表性的船舶（表1）。

表1 国外著名的无人船