0 引　言

近年来，随着5G技术、人工智能、大数据等技术的应用，无人船得到空前发展，成为相关专家和学者研究的热门课题。无人船是集船舶技术、人工智能（自动导航、自动避碰、故障检测、智能监控等）、信息处理等技术为一体的无人船舶，研究内容涉及环境建模、路径规划、自主航行、自主避碰、自主决策等多个方面。无人船系统组成如图1所示。

无人船按照自主能力等级可以分为遥控型、半自主型、完全自主型三类。遥控型无人船是工作人员全程在岸基或海基控制台通过遥控的形式进行操作；半自主型无人船是通过预设的编程算法和规划路径进行自主航行；完全自主型无人船是无人值守下的自主控制和航行，能够进行自我学习和优化。

无人船因其具有人工成本低、维护成本低、安全性较高（事故概率低）等特点，被广泛应用于情报收集、监视侦察、扫雷反潜、精确打击、反恐搜捕、安防救援、货物运输、海岛补给、中继通信、水文勘察、环境监测等方面。

1 国内无人船发展现状

为了促进无人船的研究和发展，我国相继出台了多项政策，涉及无人船发展规划、标准体系、保障措施等方面，为我国无人船的发展指明方向并提供政策支持和理论依据。具体如表1所示。

《智能船舶规范》是中国船级社（CCS）根据国内外智能船舶的应用经验和未来船舶智能化的发展方向，最先于2015年颁布的一部智能船舶规范，也是全球首部智能船舶规范。该规范由智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台六大功能组成。规范规定了智能船舶的附加标志及功能标志，为未来智能船舶的入级提供充分的支持和依据。为了不断提高智能船舶规范标准的先进行、适用性、准确性和可操作性，CCS不断对规范进行修改完善，先后形成了2015版、2020版、2023版、2024版，且2024版于2024年4月1日起生效。本次修订新增辅助航行功能，补充规定了航路与航速设计与优化、视觉增强、综合信息显示等功能要求和技术要求；新增内河船舶、极地航行船舶等系列补充规定。

《智能船舶发展行动计划（2019-2021年）》是由工业和信息化部、交通运输部、国防科工局于2018年12月29日联合印发。该行动计划明确提出，经过3年努力，初步建立智能船舶规范标准体系，突破航行态势智能感知、自动靠离泊等核心技术，完成相关重点智能设备系统研制，实现远程遥控、自主航行等功能的典型场景试点示范，初步形成智能船舶虚实结合、岸海一体的综合测试与验证能力，保持我国智能船舶发展与世界先进水平同步。

虽然国内无人船发展较为迅速，但与美国、日本等最先研究无人船的国家相比，我国相关研究企业和机构规模还较小，技术相对落后，无人船的研究还处于初级阶段^{[2 − 3]}。

在各项政策和各级的大力支持下，我国的无人船研究取得了巨大进步。中国研制的无人船主要包括^{[4 − 7]}：

1）“明远”号。全球首艘40万吨智能超大矿沙船，获得中国船级社和挪威船级社认证，是挪威船级社认证的全球首艘智能船舶。具有辅助自动驾驶、能效管理等五大智能模块功能，为船舶航行、运营、维修提供决策支持。

2）“大智”号。我国首次将“智能”概念应用于船舶领域，全球首艘通过船级社认证的智能船舶，搭载有全球首个会自主学习的船舶智能运行与维护系统。

3）“智飞”号。我国首艘自主航行300TEU集装箱商船，具有人工驾驶、远程遥控驾驶和无人自主航行3种驾驶模式。

4）“珠海云”号。全球首艘具有远程遥控和开阔水域自主航行功能的智能型无人系统科考母船，可搭载不同观测仪器的无人系统设备。

除此之外，还有“天象一号”、“智腾”号、“精海”系列等。

我国比较典型的无人船的参数、功能如表2所示。

2 国外无人船研究现状 2.1 美国

美国是最先研究无人船的国家。20世纪30年代末期，美国海军已经开始研究用于水下情报搜集的自动遥控小型无人船。在冷战期间，美国开始研制大型无人水下航行器，无人船研发技术有了进一步提升，但是应用较为单一。21世纪后，美国研制无人船的步伐加快，无人船得到了广泛应用。当前，美国无人船研究体制完备，发展目标和路线明确，研发产品逐步系列化，很多无人船艇标准也都由其界定，美国始终站在技术发展的制高点，在世界上处于领先地位，代表着这一领域的发展方向。美国海军将无人艇平台划分为确定级、港口级、通气管级和舰队级四类。美国兰德公司根据水面无人船的自主等级将其分为遥控级、程控级、规划级、任务级、行为级、决策级和协作级7个等级。到目前为止，美国已经研发成熟或已应用的无人水面艇多达30种左右，如“海上猫头鹰”、“海上猎手”、“斯巴达侦察兵”、“幽灵卫士”、“金枪鱼”等^{[8 − 9]}。具体如表3所示。

“斯巴达侦察兵”是2002年美国水下作战中心牵头研制的无人水面舰艇，2003年首次部署海军，是“企业”号航母编队的一部分。可用于监视侦察、精确打击、海上补给、反水雷、反潜战等。

“X-2”号是美国海军2015年的新型三体无人快速侦察艇，也是全自动无人驾驶水面艇“概念艇”，可在8级海浪中自主巡航。主要用于海岸监视、侦察、巡逻、拦截等任务。

2.2 以色列

以色列无人船研制技术仅次于美国，其将丰富和先进的无人机研制经验应用于无人艇研制。以色列研发的无人艇包括“保护者”、“海上骑士”、“卡塔娜”、“黄貂鱼”、“海星”、“银色马林鱼”、“海鸥”等^[10]。以色列研发的水面无人艇处于世界先进行列，是水面无人艇的先驱。其国内的拉斐尔公司、埃尔比特系统公司和航空工业公司都对外出口水面无人艇，因此许多国家的无人艇是在以色列无人艇的基础上改造的。以色列最先出口的无人水面艇是“保护者”型，新加坡海军是其第一个海外用户。以色列与美国一样，其水面无人艇主要运用于国防。

2000年6月，美国海军“科尔”号导弹驱逐舰（DDG-67）在也门亚丁港被炸，险些导致“科尔”号沉没，这一事件促使各国加强对水面舰艇的保护，开始研制反恐无人水面艇。以色列的多用途无人水面舰艇——“保护者”于2002年装备使用，船长为9 m、宽为3.5 m、吃水为0.45 m、排水量为4 t、最大航速为40 kn、有效载荷为1000 kg，具有快速、高机动性和隐身性，主要用于监视、识别和拦截，以及侦察、反恐等，可安装7.62 mm机枪、12.7 mm机枪和40 mm榴弹发射器、防空导弹等。

2.3 日本

日本研究无人船的时间也比较早，20世纪80年代，日本就开始了无人船研究，但受制于网络和信息技术，未真正实现船舶智能化。直至20世纪末期，雅马哈公司研发出了高速军用无人艇 “UMV-H”，随后又研制出无人海洋探测艇“UMV-O”，并于2003年交付日本科技厅使用。日本又研发出“OT-91”、“Iris Leader”、“Aquarius”等无人船。

2022年3月1日，日本DFFAS财团在东京展开新闻发布会，宣布“朱雀”号在东京港和津松阪港之间的航线上（约790 km）成功演示了集装箱船的无人操作。这次试验从东京港到津松阪港实现了97.4%的无人航行率，从津松阪港到东京港实现了99.7%的无人航行率，在航行过程中进行了107次自动避碰，接收并执行了“更改航线和调整航速”的指令。这是世界上首次在船胉出入最多的“拥挤水域”进行的无人自主航行。

2.4 英国

英国研发的无人船主要包括“哨兵”、“卫兵”、“哨兵”、“黑鱼”、“翡翠鸟”、“鹞”、“FIAC RT”、“C-CAT4”（多功能型）、“C-Sweep”（反水雷型）、“Atlas”、“Pacific950”、“MAST-13”、“Madfox”、“ARCIMS”、“FMTD”等。其中“卫兵”型无人船最为典型。

“MAST-13”是英国国防部于2019年9月对外公布的一款新型无人水面艇，该艇艇长为13 m，主要用于水雷探测、海上巡逻或应对其他水上威胁，解决了传统舰艇在不确定环境中的进攻和防御问题，开创了无人水面舰艇的未来。2021年3月，英国皇家海军装备了此艇。2023年1月10日，新一代武装型“MAST-13”无人艇在美国海军水面舰队联盟研讨会（2023年）上展示，新一代武装型“MAST-13”无人艇是在“MAST-13”无人艇的基础上研制的鱼雷攻击无人艇，主要用于打击水面目标和反潜作战。

“鹞”式无人艇是英国海军用于搜索和探测雷达的无人水面船。2023年2月16日该艇与“卡迪根湾”号登陆舰一起进行恶劣天气条件下的作战能力测试，具有遥控和自主运行这2种模式，主要用于搜索和探测水雷。

2.5 法国

法国无人船研究起步较晚，技术较为落后，无人船种类不多，主要研究单位是Naval Group公司。法国的无人船主要包括“检察员”（MK1/MK2）、“罗德尔”、“巴西尔”、“超大型无人潜航器”（XLUUV）、“FDS-3”、“Sterenn Du”、“ROAZ”、“Inspector”和“Catarob T-02”等。

“Sterenn Du” 起初是为法国国防采购局的海军自动化作战解决方案增量评估计划而设计，2010年下水。“XLUUV”是Naval Group公司于2021年为法国海军研制的。

2.6 其他国家

此外，还有一些其他国家的无人船，如俄罗斯的“波塞冬”核动力无人潜航器，德国的“哨兵”、“近岸攻击”、“莱茵曼陀”，葡萄牙的“Delfim”，意大利的“Charlie”、“U-Ranger”，芬兰的“Finferries”，新加坡的“Venus”，瑞典的“SAM-3”，丹麦的“SAV”、挪威的“Yara Birkeland”和“Folgefonn”，加拿大的“萨普尔”、“梭鱼”、“锤头”和“翠鸟”（M100/M200）等等^{[11 − 13]}。但这些国家的无人船多应用于民用而非国防，存在数量少、功能单一等问题。

国外比较典型的无人船的参数、功能如表4所示。

3 无人船研发趋势

随着无人船技术的不断发展，无人船必将朝着长续航、多航态、多领域、智能化、协同化等方向发展。

1）长续航。对于需要在寒冷等极端环境下执行任务的无人船来说，长续航是经济、高效完成任务的前提。长续航无人船要借助风能、太阳能等能源为动力，辅以燃料电池等能源，实现无人船长时间、低成本、大范围的在海上执行环境监测、水文气象数据收集等任务。

2）多航态。在不同环境下，具备不同航行状态的无人船将更便于执行任务。因此可通过调节浮态和航行速度，在无人船执行隐蔽任务时选择水下低速航行状态，在一般情况下选择半潜正常航行状态，在紧急情况下选择水面高速航行。通过不同航态的选择，充分发挥无人船的优势。

3）多领域。随着《智能船舶发展行动计划（2019-2021年）》《智能船舶规范（2023）》《中国制造2025》等文件的颁布，大大促进了无人船的发展，无人船的应用已覆盖到环境监测、水文气象数据收集、救援、运输补给、巡逻执法、侦察监视、反潜作战等领域。且随着无人船的不断深入发展，其覆盖领域将会更加广泛。

4）协同化。随着无人船覆盖领域的不断拓展，其执行任务的复杂程度不断增加，单艘无人船已很难完成任务，需要多艘无人船协同配合完成。如在交通流较大的水域执行侦察监视任务、航道测量任务时，在恶劣天气来临前需快速收集水文气象数据时等。

5）智能化。智能船舶根据自主等级由低至高共分为L1～L5共5个等级。然而当前研究出的无人船智能等级较低，多处于部分自主或有条件自主，高度自主和完全自主的无人船较少。因此无人船的智能化问题亟待解决。

4 结　语

本文从无人船的研究背景及意义着手，分析了国内无人船研究现状、国外无人船研究现状和无人船研发趋势。当前，我国无人船的发展还存在任务功能单一、智能化水平不够高、续航时间较短等问题，传感识别技术、导航通讯技术、智能运动控制技术、自动避碰技术等方面的问题亟待解决。无人船研发正处于百舸争流、万箭齐发的局势，随着大数据、人工智能等技术的不断发展，将会有更多的科研团队、企业参与到无人船的研究，探索其发展趋势，寻找薄弱环节，对加速无人船舶发展，建设海洋强国具有重要意义。