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协会信息与智能专业委员会主任田俊峰:智能疏浚新时代与LOL外围的可持续发展

时间:2019-02-19 点击:

近二十年来,我国的疏浚技术和疏浚船舶建造技术取得举世瞩目的成就,尤其是疏浚作业的自动化、数字化和信息化等技术得到了长足发展,为助推国际国内高标准航道建设、临港工业园区建设、深远海岛礁建设发挥了重要作用,已成为世界第一疏浚大国。但是,要构建我国疏浚行业的可持续发展生态,建设绿色智能化疏浚体系,实现向疏浚强国跨越,必须促使疏浚技术与装备重点立足于以适应环境生态要求、高浓度、精准化、大挖深等为特征的新型疏浚技术研究,以适应深远海复杂恶劣工况和海内外高端市场的业务需要。

 

中国交通建设股份有限公司科技部副总经理、LOL外围信息与智能专业委员会主任 田俊峰 

新世纪以来我国疏浚行业的技术创新

数字化技术促进疏浚行业的快速发展

新世纪以来,通过引进、借鉴和自主创新,采用疏浚技术与信息技术融合发展的技术路线,挖泥船信息技术研究与应用取得突破。通过采用现场总线技术、网络技术、通信技术、自动控制技术和计算机技术等,彻底取代了传统的模拟显控、信息孤立、操控分散的模式,实现了从依靠模拟技术的仪器仪表到数字化系统的跨越,具有数字化、网络化、信息化及部分智能化特点。二十年来,中交疏浚信息化的实施状况可以佐证上述发展变化。

2001年,中国交通建设集团承担了国家十五重大技术装备研制攻关项目,开发了疏浚计算机辅助决策系统,开创了我国挖泥船作业的数字化时代。2006年,该监控系统首次升级为综合集成监控平台,进一步将船舶航行、动力管理、挖掘机具、吸排泥系统等分平台进行综合集成,实现了船舶平台和疏浚作业平台的数字化和信息化。2009年,研制了挖泥船施工远程数据传输与工艺指导系统挖泥船精确与高效疏浚控制系统等,实现了疏浚监控系统的第二次升级,提升了疏浚船舶的船岸协同能力。2011年,研制成功耙吸挖泥船动力定位和动态跟踪系统,实现了疏浚监控系统的第三次升级,拓展了耙吸挖泥船的作业能力。2017年,首次集成了自动挖泥控制、自动泥泵控制、能效管理、大数据分析和疏浚三维土质建模等功能,实现了疏浚过程的局部智能优化。

挖泥船信息技术研究应用的突破

挖泥船信息技术应用的自主创新发展道路,助力了我国疏浚技术由简单粗放到国际先进的转变,具备了实施远海岛礁、外海搜救、重要海运通道安全保障等深远海工程的技术利器。

上世纪,LOL外围行业核心技术受制于人,关键装备主要依赖进口,没有形成现代化的民族疏浚产业。 90代中后期,建造了几艏小型挖泥船,探索了老旧船舶的升级改造,疏浚系统主要采用模拟式仪器仪表和分立式电气控制,信息化程度很低。2002年开始引进新海龙万顷沙等具有数字化、信息化技术的挖泥船,2010年,中外合作成功建造了天鲸号,2016年引进了深度信息化的浚洋1。随着十五重装项目的完成,从2003年开始,我国自主设计建造了以“4011新海虎轮通程轮天鲸号为代表的一批耙吸和绞吸挖泥船,大型挖泥船建造与应用进入了快速发展期。

挖泥船集成控制系统是挖泥船的大脑,其发展可概括为三个阶段。第一代计算机网络系统(2005年),主要特点是基于工作站,数据采集分散,系统机维护门槛高,可靠性低。第二代计算机网络系统(2010年),基于服务器,可靠性高,冗余度高,全信息共享。第三代计算机网络系统(2015年),云处理架构、无服务器、嵌入式控制,维护简单,冗余度更高。

挖泥船信息技术研究应用的典型系统及功能分析。

■水下三维轨迹系统。采用船舶航迹优化、自动识别和虚拟现实、计算机软件等技术,综合多波束测深仪、GPSMRU、电罗经等传感器采集的信息,开发了水下定位、跟踪、测深三维可视作业辅助系统,实现了作业和土质的三维显示,提高了生产作业效率和施工精度。

■耙臂绞车自动化系统。由耙管绞车控制器、疏浚轨迹监测系统、疏浚深度预测控制器构成,实现自动定深挖泥控制。

■能量管理系统。自动对负载设备功率进行分配和调节,保证主机功率在各个工况下得到充分利用,实现自动降耗和安全作业。

■船舶机舱监测报警系统。通过分布在全船各部位的传感器、报警处理单元、延伸报警等设备,构建了船舶机舱信息快速采集、处理、分析、存储与三维可视化报警等服务体系。

■动力定位动态跟踪 DP/DT系统。完成DP/DT模式下的动力定位扇形艏喷、动力定位艏吹、动态跟踪挖泥、动态跟踪抛泥、定点往复挖泥等特定作业能力。

■挖泥船疏浚辅助决策系统。基于船舶模型、管线模型、泥舱模型等,对疏浚性能连续评估并采取必要的控制策略,实现疏浚过程和生产效率的自动优化。

■远程管理系统。主要包括船舶位置智能监控、船舶生产日报、船机监控及施工状态、海况气象播报、短消息、水深数据管理、潮位数据管理、系统管理等,为施工作业、综合分析管理提供了完善的信息渠道。

■耙吸船全自动疏浚技术系统。采用智能控制和智能感知技术实现了耙吸挖泥船挖泥、抛泥、吹泥等整船级的全自动疏浚控制。

■自主研制大型泥泵。实现挖泥船心脏部件的数字化创造。

■自主研制大型耙头。实现耙吸船水下挖掘机械手的数字化创造。

疏浚行业可持续发展面临的挑战 

智能科技将成为世界新技术革命的新引擎

近年来,机器学习技术的进步带来人工智能领域的革命,深度学习技术是人工智能领域颠覆性创新,大数据成为人工智能持续快速发展的基石,基于网络的群体智能技术和自主智能系统成为新兴发展方向,人机协同正在催生新型混合智能形态。

新一代人工智能已被美国、英国、德国、日本等多国政府提升至新一轮科技革命的核心技术。我国国务院20177月发布了《新一代人工智能发展规划》。大智号智能示范船列入2017中国智能制造十大科技进展。新技术、新产业、新业态、新模式层出不穷,低碳化、信息化、智能化已成为未来发展的重要方向,体现为广泛性、体系性和深刻性。新一代智能制造进一步彰显数字化、网络化、智能化制造等特征。抓住人工智能,就是抓住新一轮信息技术革命的重心,就能助力经济发展新超越。

人工智能技术为疏浚突破高质量发展提供了良方

人工智能技术是新一轮疏浚技术实现高质量发展的方向,它利用传感器、通信、物联网、互联网、计算机、自动控制和大数据处理分析等技术实现疏浚工程智能化、疏浚能耗智能化、疏浚控制智能化、疏浚设备智能化。主要表现为:

■智能船体。可对船体相关数据进行自动采集与监测,提供船舶操纵的辅助决策。

■智能航行。通过大数据分析对作业航路和航速进行设计和优化。

■智能机舱。可对主机、辅机、推进系统等设备的运行状态和健康状况进行分析和评估,制定相应的维护策略。

■智能能效。对船舶航行及作业状态、耗能状况等进行在线监测,通过大数据分析进行船舶能效的评估及优化。

■智能作业。通过疏浚土质智能感知,建立疏浚区域土质模型,寻求疏浚最佳作业参数的自适应,实现疏浚过程的自主分析与决策。

■智能平台。它是数据的统一集成平台,能支持智能航行、智能机舱、智能能效管理等智能系统数据的需求,具备开放性和船岸实时数据交互,以实现对船舶的监控与智能化管理。

疏浚行业的创新发展就是要解决绿色智能挖泥船的系列关键技术,可概括为绿色智能疏浚船舶总体设计技术、基于云技术的疏浚智能信息平台技术、智能感知技术、浚/驾一体化自动驾驶技术、智能疏浚作业技术、设备运维与生命周期综合保障智能技术、绿色智能疏浚船舶仿真验证评估技术、绿色智能大型挖泥船示范应用技术等方面。人工智能技术必将催生绿色智能挖泥船的软硬件策略。硬件策略的关键是智能疏浚船舶、智能机具、智能系统、智能疏浚共性技术平台、数据体与数据链、模块等。软件策略的关键是推动和保障疏浚行业向服务复杂工况工程、深水深海工程、水环境生态修复工程进军。

推动新一代疏浚技术及装备研制与应用

2018年,中国交通建设集团已对智能疏浚立项研究,总体目标是:研究并确定新一代环保智能疏浚、海洋工程装备基础平台的定义、主要特征、基本指标体系与关键技术,形成研发总体方案控制性计划;研究以环保、高效为主线,以智能疏浚技术为主体的相关关键技术,掌握新一代疏浚及海洋工程的核心技术,构建绿色疏浚和智能疏浚技术体系基础。研发设计多型(如耙、绞、斗)适应全球新市场需求,以绿色化、智能化为核心技术支撑及基本特征,国际领先的疏浚工程装备;研究并制定新一代疏浚装备的技术标准体系框架;带动或促进新材料、智能挖泥机具及配套设施的技术进步;培育支撑行业可持续发展的智能疏浚技术研发创新团队和产业联盟,积极建设覆盖行业、服务多方、开放合作、自主创新的技术平台。

(原文发布于《LOL外围》第三期 编辑:严杭)

 

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