智能化拖轮实现精准感知、平稳控制

图为全球首艘具备自主伴航功能的高度智能化拖轮“津港轮36”。 受访单位供图

“高度智能化拖轮的自动驾驶技术相当于汽车自动驾驶的L3级别，也就是能做到在有人监管的条件下自动驾驶。”天津港轮驳有限公司副总经理孙波对科技日报记者说，“与传统拖轮相比，智能化拖轮‘感得更准，控得更稳’。”

日前，全球首艘具备自主伴航功能的高度智能化拖轮“津港轮36”和作为陪试船的姊妹船“津港轮37”在天津港正式投产启用。该成果所涉及的感知、规控、人机交互等核心算法软件全部为自主研发。

安全性和效率均得到提升

港作拖轮是大型船舶进出港口的重要助手。“大型船舶在靠泊或离泊时，由于自身尺寸和动力的限制，往往难以独立完成这些操作。”孙波介绍，此时需要有拖轮进行伴航，在特定位置迎接大型船舶，接近、伴随，直至并靠大型船舶，为其提供安全高效的进出港靠离协助服务。

控制拖轮进行伴航是个技术含量比较高的“活儿”。任何疏忽都会成为不安全因素，甚至导致港口安全事件。

传统拖轮进行伴航作业时，人为操作会存在一些安全隐患。操作人员在进行伴航作业时要时刻关注船舶周围的安全情况，如航路上的障碍物、目标船的态势变化、目标船的外板结构等。这些操作会受操作员自身视野盲区、驾驶技术和经验等因素的影响，导致伴航作业潜藏安全风险。

天津港吞吐量的持续增长，以及全球船舶大型化的发展趋势，对港作拖轮提出越来越高的要求。“港作拖轮不仅要提升安全性，还要提高工作效率。这就需要探索新技术。”孙波说。

据了解，此次投产的两艘高度智能化拖轮是天津港第二代津港智能拖轮。全船长34.6米、宽11.2米、型深5.22米、设计吃水3.92米、设计航速12.5节，配备多项行业创新技术，具备行业最领先的自主伴航能力。

“自主伴航是指在有人监控状态下、由系统自主锁定并自主操控船舶接近目标、伴随目标，直至并靠目标的行为。”孙波介绍，这种基于港口拖轮重要作业场景下的自动驾驶技术研发，在国际尚属首次实现，具有较大工程意义。

“可自主伴航的智能拖轮拥有先进的融合感知功能。可替代人眼去‘看’，替代人耳去‘听’。”中国船级社传播智能技术与安全实验室主任马吉林说，“智能拖轮可自主控向控距控速，兼具智能避碰能力，可实现航路优化、近距离防碰撞，辅助安全航行。”

孙波补充说：“智能拖轮在判断拖轮与大型货轮之间的距离时，可以将误差控制在分米级。”同时，智能拖轮拥有AUTO-0无人机舱，可灵敏感知设备数据，进行自主故障分析、风险预警、辅助决策，实现船与船、船与岸互联互通。

“智能拖轮稳定性研究比智能驾驶汽车稳定性研究更具挑战性。”孙波解释，“受海水水流影响，行驶在海水中的拖轮面临的‘路况’要比汽车复杂得多。通过智能控制系统，我们实现了精准控船。”值得一提的是，智能拖轮的智能感知系统、智能控制系统所使用的软件，包括感知算法软件、控船软件、人机交互软件等，100%为自主研发。

智能化拖轮应用前景广阔

马吉林介绍，试验期间，“津港轮36”智能拖轮在姊妹船“津港轮37”的配合下，分别对自主伴航系统的功能安全、感知性能、规控性能以及自主伴航全流程验证开展了共计四类34项试验。结果显示，智能拖轮系统硬件运行稳定可靠，安全机制完整有效，目标感知准确、跟踪稳定，规控精准无超调、自适应性强，人机交互软件稳定易用、界面友好，预期指标得到全面验证。

“高度智能化拖轮自主伴航试验由天津港集团联合中国船级社、科研高校、造船方等合作完成，试验所取得的成果在拖轮领域尚属首次。”马吉林介绍，“这些技术成果不仅可以提升拖轮伴航的安全性，还能让拖轮的作业效率提升10%左右。”

“高度智能化拖轮特别有利于提升大型船舶靠离泊效率、中转效率。”孙波举例说，比如远航码头、液化天然气码头（LNG码头），进出船舶都是30万吨级，智能拖轮伴航在这些码头显示出明显优势。

此次自主伴航实验取得成功，为以后智能拖轮建造提供了可行性方案，为拖轮的无人驾驶提供了更多技术支撑。“未来我们将向整体协同智能发展，进一步提升智能拖轮伴航作业的安全性。”马吉林表示。

为做好天津港拖轮智慧航行范例的行业监管和法律支撑，天津海事部门还将以科研项目前期成果为依托，推动天津港水域通航管理、智能作业能力提升以及智慧航行研究实践，并逐步建立拖轮智慧航行实操手册和风险风控与应用措施指南，不断完善国际海事组织（IMO）运行案例支撑架构。

此外，天津港轮驳公司与中国船级社天津分社、北疆海事局共同签署了《天津港拖轮智慧航行示范工作室合作意向书》，开启港作拖轮智能航行应用新阶段，加快建设全球首家拖轮智慧航行示范区，为我国智能航运发展提供可复制、可参考的口岸海上监管创新范例。