近年來,隨著計算機科技的飛速發(fā)展，人工智能在船舶與海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用，已然成為時下熱門的課題。無人駕駛船舶、智能水下機器人、無人飛機等，高度智能化的設(shè)備，正逐步被運用在海洋工程的各個領(lǐng)域。國內(nèi)外多家船公司、海工業(yè)主、船級社以及多個國家的主管機關(guān)都在探索全新的船舶運營模式和檢驗?zāi)Ｊ健?
為了適應(yīng)智能船舶的發(fā)展趨勢，中國船級社(CCS)成立了智能檢驗項目組，致力于開發(fā)現(xiàn)代化的高科技檢驗新技術(shù)。經(jīng)過前期的調(diào)研和探索，我們發(fā)現(xiàn)在船舶、海工領(lǐng)域利用無人機執(zhí)行檢驗有以下三大優(yōu)點：
一是降低運營成本。以一艘330米長的30萬噸超大型油輪為例，要完成一次全船結(jié)構(gòu)檢驗，對于船東而言，至少先要承擔(dān)一筆上百萬的腳手架搭建費用，以及約2周的腳手架施工時間。如果利用無人機執(zhí)行此項工作，不僅可以在幾天內(nèi)完成對船舶結(jié)構(gòu)的檢驗工作，而且還可以為船東節(jié)省大筆財務(wù)成本。
二是提高檢驗效率、保障檢驗質(zhì)量。同樣以30萬噸超大型油輪為例，船舶型深30米，設(shè)有17個貨油艙和10個壓載艙，僅僅把這些艙室簡單走一遍，上上下下的攀爬高度就大約有800米，差不多等于爬了2遍東方明珠，更別說對每個艙室的每個區(qū)域進行詳細(xì)的近觀檢查了。真正的檢驗工作可能只占總工作量的3～4成，大量的精力都被花費在體力勞動上。
但是，如果我們利用無人機執(zhí)行檢驗，可以大幅度地降低檢驗人員的勞動強度，將更多的注意力集中在檢驗工作上，提高檢驗質(zhì)量的同時，整個檢驗過程還能夠被無人機完整地記錄下來，可以讓不在現(xiàn)場的人員直觀了解現(xiàn)場實際情況，實現(xiàn)遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)工作。
三是保障人員安全，降低事故風(fēng)險。利用無人機可以以便捷的方式對那些難以接近的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)檢查，從而降低高空作業(yè)風(fēng)險，保障人員安全。
由此可見，將無人機技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)場檢驗中是非常有價值的。2016年10月,CCS首次在現(xiàn)場嘗試使用無人機對船舶進行近觀檢驗。發(fā)現(xiàn)普通的無人機很難適應(yīng)船上的復(fù)雜環(huán)境，幾乎無法做到穩(wěn)定飛行，更別說進行圖像數(shù)據(jù)采集了。其主要原因是現(xiàn)有的無人機適合在開闊的環(huán)境下飛行，通過利用GPS信號、電子羅盤和視覺傳感器進行定位，并控制自身的飛行姿態(tài)。然而，一旦進入到船舶貨艙這類封閉處所，GPS信號就會丟失，電子羅盤會受到周邊設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)的干擾，黑暗的環(huán)境和單一的涂層顏色也讓視覺傳感器無法正常工作。同時，由于無人機在飛行過程中一直處于高頻振動狀態(tài)，在光線相對昏暗的環(huán)境下想要拍攝一張清晰的照片或視頻也是比較困難的。
于是，CCS針對首次試飛所遇到的問題，聯(lián)合國內(nèi)專業(yè)機構(gòu)開發(fā)了全新的無人機導(dǎo)航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，優(yōu)化了供電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的整體設(shè)計。
經(jīng)過多次在船廠和碼頭的現(xiàn)場試飛，CCS開發(fā)的無人機樣機已經(jīng)基本可以實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定飛行和圖像數(shù)據(jù)采集功能。
在這里值得一提的是，能夠利用無人機在船上拍攝一張清晰的船體結(jié)構(gòu)照片或一段視頻，對CCS而言具有里程碑式的意義。這意味著，CCS的無人機已經(jīng)可以承擔(dān)常規(guī)的目視檢查工作，通過查看所采集的圖像信息，去判斷船體結(jié)構(gòu)是否存在缺陷、艙室內(nèi)涂層狀況是否良好，還能便捷的近距離觀察一些平時無法接近的結(jié)構(gòu)或區(qū)域。
我們還可以利用圖像分析、比對技術(shù)，直接獲取涂層破壞的比例以及結(jié)構(gòu)損壞的具體尺寸。
2017年11月，根據(jù)之前的研發(fā)工作以及試飛經(jīng)驗，CCS編寫了《無人機檢驗應(yīng)用指南》，制定了無人機技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及對無人機在現(xiàn)場檢驗應(yīng)用時的要求和注意事項提出了指導(dǎo)意見。
CCS綜合考慮了目前主管機關(guān)法定要求、船級社規(guī)范規(guī)定、船舶與海上設(shè)施安全運營管理體系的接受程度，以現(xiàn)有無人機技術(shù)和數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)技術(shù)為參考，結(jié)合現(xiàn)場檢驗過程中的實際情況，從無人機執(zhí)行檢驗的有效性、可操作性和安全性三個方面編寫指南。
指南主要由無人機技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)信息采集以及船舶和海工現(xiàn)場檢驗應(yīng)用四個方面組成，從無人機的安全性能、檢驗人員資質(zhì)要求，數(shù)據(jù)信息采集和保存、現(xiàn)場檢驗條件、檢驗前準(zhǔn)備和安全事項等多個方面給出了較為詳細(xì)的指導(dǎo)意見和建議。
CCS在開發(fā)無人機檢驗技術(shù)的同時，也在探索將其它檢驗新技術(shù)與無人機技術(shù)相融合，從而建立系統(tǒng)性的智能檢驗平臺。
2017年6月，CCS首次在船上嘗試使用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，該項技術(shù)可以為船東提供更為直觀的船舶管理平臺。與此同時，項目組還完成了雙目視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)的原型設(shè)計，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)在低光照環(huán)境下識別出船舶結(jié)構(gòu)特征，實現(xiàn)自主導(dǎo)航和定位功能。另外，CCS也在嘗試將這兩項技術(shù)與無人機技術(shù)相結(jié)合，最終可實現(xiàn)無人機遠(yuǎn)程自主飛行并將所采集的實船信息通過VR虛擬技術(shù)平臺展現(xiàn)。
接下來，CCS項目組還將利用現(xiàn)有無人機檢驗技術(shù)為基礎(chǔ)平臺，開發(fā)多功能的數(shù)據(jù)采集模塊，并結(jié)合全船檢驗需求搭建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立在船舶整個運營期間可以進行自主檢驗、自主判斷的智能決策系統(tǒng)，最終將智能檢驗平臺融入到CCS智能船舶的集中平臺中去，從而實現(xiàn)船舶的智能化運營。
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