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、中国疏浚协会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，中国疏浚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号”。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轮”、“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、GPS、MRU、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2017年7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《中国疏浚》第三期 编辑：严杭）