一、概述

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無人水面艇是指不需要真人駕駛操控，依靠遙控或自主方式在水面或水下航行的智能化作戰(zhàn)平臺(tái)。可通過飛機(jī)或大型艦艇攜載，到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)后施放，也可直接在基地近岸使用，實(shí)現(xiàn)保護(hù)己方、打擊敵方的作用。無人水面艇較無人潛航器和無人機(jī)的研究起步較晚，但發(fā)展迅速，已受到世界各海上強(qiáng)國的高度重視。

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美國海軍從上世紀(jì)90年代開始研究無人水面艇。2007年，美國海軍發(fā)布《海軍無人水面艇主計(jì)劃》，為無人水面艇賦予了7項(xiàng)任務(wù)，同時(shí)還界定了無人水面艇的船型、尺寸和標(biāo)準(zhǔn)等要素，這標(biāo)志著美國無人水面艇走上正規(guī)發(fā)展階段。以色列“保護(hù)者”型無人水面艇已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，并裝備部隊(duì)。新加坡海軍是它第一個(gè)海外用戶，在一次演習(xí)中，他們利用登陸艦搭載2艘“保護(hù)者”無人水面艇，進(jìn)行海上保衛(wèi)和封鎖行動(dòng)，據(jù)新加坡國防部稱，“保護(hù)者”無人水面艇是“非常高效的”。德國、日本也在積極研究無人水面艇。中國無人水面艇的發(fā)展尚處于起步階段，民用方面已取得進(jìn)展，“天象1號(hào)”無人水面艇曾在奧運(yùn)會(huì)青島奧帆賽期間，作為氣象應(yīng)急裝備為奧帆賽提供氣象保障服務(wù)。

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從發(fā)展歷程來看，二戰(zhàn)時(shí)期至20世紀(jì)90年代，無人水面艇裝備開始起步，到20世紀(jì)90年代末至本世紀(jì)初，無人水面艇裝備近日快速發(fā)展期，本世紀(jì)初至今，無人水面艇裝備近日成熟階段，新一代無人艇航程的大幅增加對(duì)自主導(dǎo)航和自動(dòng)駕駛提出了更高的要求，以遺傳算法為代表的的人工智能技術(shù)在無人艇航路規(guī)劃中發(fā)揮重要作用。

無人水面艇裝備發(fā)展歷程

資料來源：共研網(wǎng)整理

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二、發(fā)展現(xiàn)狀

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無人船主要生產(chǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)有：云洲智能科技有限公司、海蘭信、武漢勞雷綠灣、中國船舶重工股份有限公司、中海達(dá)、安徽科微智能科技有限公司、海南今海新天無人船科技有限公司、國家海洋局第一海洋研究所等。

我國主要無人水面艇生產(chǎn)商區(qū)域分布格局

資料來源：共研網(wǎng)整理

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無人船艇的商業(yè)化運(yùn)營，是航運(yùn)業(yè)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及船舶設(shè)計(jì)、與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的融合、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范、港口航道的監(jiān)管、國際航運(yùn)規(guī)則的修改完善、運(yùn)輸貨物的商業(yè)保險(xiǎn)等問題。面臨的挑戰(zhàn)是跨領(lǐng)域而紛繁復(fù)雜的。近年來，隨著自動(dòng)控制、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，環(huán)境感知技術(shù)、通信導(dǎo)航技術(shù)等的廣泛應(yīng)用，使海陸空無人駕駛實(shí)現(xiàn)的可行性，更加清晰可見。但可行性并不代表馬上就能實(shí)現(xiàn)，或許只是初級(jí)階段而已。因?yàn)楫?dāng)下全球水面上可使用的無人船艇基本都是微型的，只有大噸位無人船成功運(yùn)營，才真正意味著無人航運(yùn)時(shí)代即將來臨，2021年中國無人水面艇行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)47538.7萬元，較2020年增加了7799.7萬元，同比增長19.6%，預(yù)計(jì)2022年中國無人水面艇行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到54932.7萬元。

2014-2022年中國無人水面艇行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)

資料來源：共研網(wǎng)整理

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近年來，隨著無人水面艇市場(chǎng)的不斷發(fā)展，軍用和民用市場(chǎng)規(guī)模都在不斷增長，但民用領(lǐng)域增速更快，占比在不斷提高。截止到2020年，無人水面艇軍用領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模18360萬元，占比46.2%，而民用領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模為21379萬元，占比53.8%。

2020年中國無人水面艇行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模結(jié)構(gòu)

資料來源：共研網(wǎng)整理

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三、研究趨勢(shì)

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1、自主控制研究

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無人艇在民用方面多用于氣象探測(cè)、水文探測(cè)等功能相對(duì)簡單的領(lǐng)域，2011-11-28美國LiquidRobotics公司打造的“波浪滑翔機(jī)”無人駕駛船橫渡太平洋，在開闊水域航行約5.9533萬km，收集并把數(shù)據(jù)發(fā)送給谷歌地球的“海洋展”，開創(chuàng)了無人艇在民用領(lǐng)域的新紀(jì)元。

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我國無人艇技術(shù)的研究尚處于起步階段，很多技術(shù)領(lǐng)域與美國等西方發(fā)達(dá)國家相比存在很大差距。根據(jù)已有的報(bào)道，主要有海軍某通信修理廠、中國航空科工集團(tuán)公司沈陽新光公司、哈爾濱工程大學(xué)曾從事這方面的研究。沈陽新光公司推出的XG-2概念無人艇能依靠衛(wèi)星通信，承擔(dān)海上反潛任務(wù)；無人駕駛海上探測(cè)船“天象一號(hào)”曾為北京奧運(yùn)會(huì)的青島奧帆賽提供氣象保障服務(wù)。哈爾濱工程大學(xué)水下智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室在智能水面無人艇的研發(fā)上做了一些前期工作，已經(jīng)完成了“XX號(hào)”無人艇的設(shè)計(jì)和實(shí)艇建造等工作，并且開展了相關(guān)技術(shù)研究和海上試驗(yàn)。

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通過對(duì)國際上無人艇技術(shù)先進(jìn)國家的研究進(jìn)展進(jìn)行分析和對(duì)比。當(dāng)今世界無人艇技術(shù)盡管取得了一些突破，但尚屬探索階段，其控制多局限于遙控層面，如美國的海上貓頭鷹、幽靈衛(wèi)士、X持續(xù)跟蹤自主艦艇，以色列的保護(hù)者等，在自主控制層面，僅是航向控制、航線規(guī)劃、自主避碰等，對(duì)于自主控制的核心內(nèi)容如自主決策技術(shù)目前尚未納入研究范疇。而要真正實(shí)現(xiàn)無人作戰(zhàn)平臺(tái)的基本功能，甚或?qū)崿F(xiàn)多智能體協(xié)同作戰(zhàn)，基于任務(wù)完成性的無人艇的自主決策能力是根本。2008年美國在機(jī)器人自主決策方面做了一些探索性工作，如特種武器觀測(cè)偵察探測(cè)系統(tǒng)，但由于其自主決策軟件故障導(dǎo)致機(jī)器人將槍口對(duì)準(zhǔn)了人類指揮官，導(dǎo)致該批機(jī)器人士兵緊急退出陣地。究其原因是目前尚沒有一套控制自動(dòng)控制系統(tǒng)出錯(cuò)的有效措施。自主決策能力的提高依賴于人工智能技術(shù)的飛速進(jìn)步和對(duì)無人平臺(tái)應(yīng)用需提前設(shè)定嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和使用緊箍咒，否則將出現(xiàn)失控狀況。

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2、運(yùn)動(dòng)方式研究

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智能化一直是船舶發(fā)展的趨勢(shì)。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新理念、新技術(shù)的突飛猛進(jìn)，船舶自動(dòng)化水平不斷提高，無人船艇的實(shí)現(xiàn)有了科技支撐，無人駕駛船舶航行于全球有了實(shí)現(xiàn)的可能性。

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在無人駕駛領(lǐng)域，相比于無人機(jī)、無人汽車，無人船艇的發(fā)展處于相對(duì)落后的狀態(tài)。無人船艇包括具有自主規(guī)劃、自主航行、自主環(huán)境感知能力的全自主型無人船艇，以及非自主航行的遙控型無人船艇和按照內(nèi)置程序航行并執(zhí)行任務(wù)的半自主型無人船艇。它集船舶設(shè)計(jì)、人工智能、信息處理、運(yùn)動(dòng)控制等專業(yè)技術(shù)為一體，研究內(nèi)容涉及自動(dòng)駕駛、自主避障、規(guī)劃與導(dǎo)航、模式識(shí)別等多方面，可根據(jù)其作戰(zhàn)或使用功能的不同，采用不同的模塊，搭載不同的傳感器及設(shè)備，執(zhí)行情報(bào)收集、監(jiān)視偵察、掃雷、反潛、反恐、精確打擊、搜尋救助、水文地理勘察、中繼通信等任務(wù)。

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2016年全國首個(gè)無人船研發(fā)測(cè)試基地落戶珠海。無人船技術(shù)原先只有美國、以色列等少數(shù)國家掌握。目前，國內(nèi)無人船研究生產(chǎn)機(jī)構(gòu)主要有國家海洋局第一海洋研究所和珠海云洲。國家海洋局第一海洋研究所已經(jīng)成功生產(chǎn)2艘無人船。承擔(dān)了國家863、國家自然科學(xué)基金、海洋公益性專項(xiàng)等5項(xiàng)無人船相關(guān)項(xiàng)目，發(fā)表了近20篇論文，申請(qǐng)了3項(xiàng)專利；珠海云洲成功研制出全球首款環(huán)保無人船，隨后還制訂了我國首個(gè)無人船企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，打破了這一局面。無人船研發(fā)測(cè)試基地的出現(xiàn)，有助于加速我國無人船技術(shù)與世界領(lǐng)先水平對(duì)接。

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無人駕駛船舶涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，除了傳統(tǒng)船舶技術(shù)，還涉及多傳感器智能監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)避碰系統(tǒng)、高可靠高冗余數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)故障檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、電子海圖系統(tǒng)、智能機(jī)器人系統(tǒng)等，甚至還涉及現(xiàn)在最熱門的物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)。無人船艇必須能夠自主進(jìn)行環(huán)境探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、自主避障、路徑自主規(guī)劃等。

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2013年12月美國軍方發(fā)布的《無人系統(tǒng)路線圖》對(duì)無人艇近期（未來5年）、中期（未來10年）、遠(yuǎn)期（未來25年）的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)作了細(xì)致的說明：無人水面艇近期的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)將圍繞增強(qiáng)型動(dòng)力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)等方面，近期的能力需求是提高在本地受控區(qū)域執(zhí)行特定任務(wù)的自主性并提高聯(lián)網(wǎng)能力；中期將擴(kuò)展行動(dòng)范圍并增加任務(wù)類型；中遠(yuǎn)期則將重點(diǎn)開發(fā)高效自主系統(tǒng)、障礙規(guī)避算法以及安全架構(gòu)等；遠(yuǎn)期則可在全球自主執(zhí)行任務(wù)。同時(shí)還指出，為將無人系統(tǒng)潛能最大化，未來各類無人系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)無縫互操作能力。

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