智能船舶海上试验场建设现状及发展趋势

0 引 言

2019年，国际海事组织最近的一项研究表明，到2040年，无人自动航行的船舶将占全球航运业的11%～17%[1]。近年来，我国对智能船舶、无人艇、水下航行器、深远海装备等关键技术的研发和相关产业的发展给予了大量支持，但并未达到预期的效果。其中一个重要的原因是，装备从概念设计到产品定型及产品化，必须经过大量海上试验与测试，占用大量的科研时间和经费，这影响了国家在关键技术突破和产业培育方面的投入效果。建立功能完备、设施齐全、公益性与经济性结合的海上试验环境是英、美等发达国家用以降低本国海洋技术装备试验成本，推动技术突破和产业发展的有效手段。但此类海上试验环境的建设工作在我国尚属起步阶段，相关测试技术、验证方法和评价标准亦未统一且未形成体系。这严重影响了海洋技术装备、智能船舶和海上试验技术从实验室试验走向海上现场实际应用的进程，成为制约我国自主海洋装备产业化发展的瓶颈。目前，建设集装备技术、装备试验、方法研究、成果转化、科学观测等多种功能于一身的科学合理、功能齐全、体系完备、资源共享、军民兼用的海上试验场并建立与之配套的标准检验体系，已成为国家海洋装备科技进步与产业发展的迫切需求，且已在相关各领域内形成了广泛共识。

国家级海上试验场可为海洋科学研究、海上技术装备的研发、测试、评价，智能/无人船舶工程化应用等提供科学有效的试验环境，并可获取长期连续、要素完备的数据资料；可为智能/无人船海上试验验证、海洋技术装备的现场试验和定标检验、海洋环境立体化监测、水下通信和组网试验、水下传感器网络试验以及军民融合技术验证与应用等科学活动提供技术服务平台；可为我国的船舶与海洋工程及其智能化应用达到国际领先水平打下坚实的基础。

但如何构建一个国家级的海上综合性试验场，是一项复杂而浩大的工程，需要做好中长期规划，稳步推进。既要对海上试验场的总体功能进行定位，又要明确其研究方向，和国内外优势单位形成互补与合力。同时，提出具有中国特色符合国情的试验场运维管理模式。因此，急需开展试验场建设的顶层论证和规划设计，并对试验场涉及的一些主要核心功能进行设计。本文将介绍国内外海上试验场的发展现状，为试验场的规划设计、技术研究和能力建设提供顶层框架支持。

1 国外主要海上试验场的发展现状

1.1 挪威Trondheimsfjorden试验场

2016年9月，挪威海事部门同意在特隆赫姆峡湾进行自主船舶及智能航运的测试[2]。Trondheimsfjorden试验场长29 km，宽3.2～24.1 km，是全球首个自主航船试验区。这个项目将开发技术和概念的测试和验证的基础设施和方法。这将确保高水平的安全性和可操作性的验证，并建立自主航运的可信度。自主运输是由通信技术、定位技术、先进的传感技术、机器学习、人工智能和改进的连接性技术（物联网）等关键技术实现。这些技术的验证对未来自主的货物和人员运输至关重要。

图1 特隆赫姆峡湾测试场建设实施计划Fig. 1 Implementation plan for construction of Trondheim fjord test site

Trondheimsfjorden的使命是，促进知识建设、刺激技术发展、推动创新、制定规章制度、测试和验证概念和解决方案等。目前，NTNU，Kongsberg Seatex，Kongsberg Maritime，MARINTEK和Maritime Robotics等高校和公司与特隆赫姆港和挪威海事局合作，开展多项无人驾驶船舶技术的测试。试验场建设将分3个阶段进行[3]，第1阶段2018?2020年（导航及技术支持），主要建设试验场控制中心、GNSS监测站、DGNSS参考站、用于测试的AIS基站、移动宽带无线电（MBR）、VDE卫星终端、数据中心等；第2阶段2020?2022年，布置激光雷达、沿海雷达站、视频监控网络、气象和环境浮标、水下装置等；第3阶段2022年以后，将建设成一个综合性的海上试验场，包括海洋空间中心和海洋实验室。

1.2 芬兰 Jaakonmeri试验场

2017年8月，芬兰埃乌拉约基一个用于自动驾驶船舶和自动驾驶技术测试的试验海域对外开放[4]，该测试场是世界上第1个对外开放的海上无人船自主测试的区域。Jaakonmeri测试场由DIMECC管理和运维，旨在建立一个自动航运交易的共创生态系统。该试验区是125 km2的开放海域，南北跨度为17.85 km，东西跨度为7.1 km，水深在20～60 m，离岸距离约10 n mile，如图2所示。该海域的环境复杂，航道曲折，可以模拟多种复杂场景，对于自主航运技术测试来说是一个很好测试环境。

文章来源：《化学进展》 网址: http://www.hxjzzz.cn/qikandaodu/2021/0515/1198.html