封面文章丨内河船舶端云融合智能航行系统关键技术与应用研究

针对内河船舶航行的实际困难，提出了“体系全面-感知精准-决策可信-运行高效-装备可靠-应用有效”的攻关目标，构建了1套内河智能航行控制体系；攻克了异构数据实时协同感知、分布式计算资源动态协同、人机智能渐进式协同决策3项核心技术；突破了基于北斗/5G的高精度导航、固态雷达目标跟踪、低能见度视觉增强技术、多模态传感器时空配准与特征融合、密集障碍物博弈决策、水文气象耦合的能效动态规划等6项具体关键技术；研发了固态雷达、电子瞭望仪、电子航道图显示与信息系统、自主航行控制器以及船岸一体化信息终端等5类谱系化装备系统，在2.9万艘船舶上进行了应用，实现了内河船舶航行的显著技术进步。

（1）针对船舶智能航行协同控制与安全运行、内河航运特殊场景下的协同关系重构难题等关键问题，基于多要素协同、多空间交互、多变量优化，建立了一套涵盖船船、船岸、岸岸协同行为的模型谱系，形成一套覆盖8种航行情境、51项协同行为的标准化交互清单，实现了涵盖传统驾驶、智能辅助驾驶、遥控驾驶以及自主驾驶的全流程智能航行控制，研发了自主可控的智能航行协同平台，打破了内河情境不同驾驶模式下的信息交互壁垒，系统性地解决了传统航行系统在环境适应性、计算实时性和人机交互性等方面的技术瓶颈。研究成果已功应用于内河智能航运示范工程，为构建新一代自适应、可迭代的内河智能航运系统提供了技术框架。

（2）针对内河航行安全，项目团队攻克了高性能雷达目标跟踪、低能见度视觉增强、混合高精度导航和密集动态障碍物博弈决策与最优控制等核心关键技术，形成了内河航行的通航精准认知-决策实时优化-控制精准执行的成套技术方案。通过构建融合北斗高精度定位解算、多光谱融合图像增强、目标智能识别、三维态势重构、自适应航速优化等多项核心技术的经济型内河综合导航系统技术体系，建立了从目标关联到态势综合显示的全链路解决方案，重点攻克了内河复杂环境下多模式目标探测与识别、高精度定位与姿态检测、全天候复杂环境感知等关键技术难题，解决了多模态传感器时空配准与特征级融合、密集动态障碍物博弈决策与最优控制等关键技术瓶颈，保障了内河船舶的航行安全。

（3）针对内河航行效率提升，融合了多源水文气象数据和高精度、高密度电子航行图等数据，建立了内河航行的节能高效航行决策与调度方法，突破了多主体、多要素的航行时空数据同化、航行动态信息匹配、运行调度控制等关键技术，形成了面向智能航运新业态的内河航行成套技术方案。本项目以智能航道和智能航行船舶为调度对象，从航道调度和船舶调度两个方面开展了智能航运调度方法研究，并基于航运交通流预测和已建立的航道网络模型，提出了基于分段实时限速的航道调度方法。项目建立了涵盖船舶阻力特性分析、能耗-航速动态关联建模、LNG-柴油双燃料动力系统能效评估的综合能耗模型体系，提出了水文气象耦合的船舶能效动态规划与多目标协同优化技术，建立了基于实时内河环境感知的航速动态调控模型，形成完整的航速优化技术体系，实现了以航运效率为牵引的船-岸-管-航道基础设施四维协同运行机制；针对内河船舶航行密度高、航道复杂（如桥区、弯曲河段）导致安全避碰等问题难点，建立了船舶轨迹高精度预测、舵桨协同智能操控、多船会遇危险识别与避碰模型体系，提出了船-桥碰撞动态预警及桥区水域航行决策技术，解决了内河智能航行中的决策难题，为构建安全、高效、绿色的新一代内河航行避碰决策系统提供了技术路径。

项目自主研制端云融合的内河船舶智能航行装备系统并开展了规模化应用。研制的高精度固态雷达、智能电子瞭望仪、多模态一体化导航仪、自适应自主航行控制器、甚高频数据交换系统（VDES）、高可靠性北斗卫星罗经等智能航行关键装备，为复杂环境下的高精度感知、全天候监控、自主导航和安全航行提供经济型导航解决方案；自主研发的船载数据集成平台突破了多协议智能适配、高并发实时流处理与高保真数字孪生建模等核心技术难关，形成标准化、模块化、系列化的装备谱系，实现了从离散单机设备到集成化系统的技术跨越，显著提升智能航行安全性和操作便捷性，突破传统导航系统冗余性和可靠性方面技术瓶颈，为智能航行系统提供完整装备解决链。装备系统已在长江、珠江、京杭运河及部分近海水域完成规模化应用验证，充分体现现代航海电子系统向智能化、集成化方向发展的技术趋势，对于推动我国内河航运智能化转型升级具有重要工程价值和学术意义。

注：本文摘编自《中国科技成果》2026年4期

主要完成单位：交通运输部水运科学研究所，等

主要完成人：耿雄飞，李常伟，廖杨喆，洛佳男，蔡成涛，魏纳新，黄朝霞，孙鹏，詹小兵，沈伟，魏璨，范爱龙，熊勇，张磊，李春旭