系統(tǒng)回顧了近20年來我國疏浚技術和疏浚船舶的發(fā)展歷程，總結了挖泥船信息技術研究應用的典型系統(tǒng)，并針對深遠海復雜惡劣工況和海內外高端市場的業(yè)務需求，提出開展以適應環(huán)境生態(tài)要求、高濃度、精準化、大挖 深等為特征的新型疏浚技術研究，構建我國疏浚行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展生態(tài)，建設綠色智能化疏浚體系，實現(xiàn)向疏浚技 術向生態(tài)、智能化方向發(fā)展。 

1 新世紀以來我國疏浚行業(yè)的技術創(chuàng)新 

1.1 數(shù)字化技術促進疏浚行業(yè)的快速發(fā)展 

新世紀以來，通過引進、借鑒和自主創(chuàng)新，采用疏浚技術與信息技術融合發(fā)展的技術路線，挖泥船信息技術研究與應用取得突破。通過采用現(xiàn)場總線技術、網絡技術、通信技術、自動控制 技術和計算機技術等，徹底取代了傳統(tǒng)的模擬顯控、信息孤立、操控分散的模式，實現(xiàn)了從依靠模擬技術的儀器儀表到數(shù)字化系統(tǒng)的跨越，具有數(shù)字化、網絡化、信息化及部分智能化特點。20年來，中交疏浚信息化的實施狀況可以佐證上述發(fā)展變化。 

1.2 挖泥船信息技術研究應用的突破 

挖泥船信息技術走自主創(chuàng)新發(fā)展道路，助力了我國疏浚技術由簡單粗放到國際先進的轉變，具備了實施遠海島礁、外海搜救、重要海運通道安全保障等深遠海工程的技術能力。 

20 世紀，中國疏浚行業(yè)核心技術受制于人，關鍵裝備主要依賴進口，沒有形成現(xiàn)代化的民族疏浚產業(yè)。90年代中后期，建造了幾艘小型挖泥 船，探索了老舊船舶的升級改造，疏浚系統(tǒng)主要采用模擬式儀器儀表和分立式電氣控制，信息化程度很低。2002 年開始引進“新海龍”、“萬頃 沙”等具有數(shù)字化、信息化技術的挖泥船，2010年，中外合作成功建造了“天鯨”號，2016年引進了深度信息化的“浚洋 1 號”。隨著“十五”重 裝項目的完成，從 2003 年開始，我國自主設計建 造了以“4011 輪”、“新?；⑤啞?、“通程輪”、“天鯨號”為代表的一批耙吸和絞吸挖泥船，大型挖泥船建造與應用進入了快速發(fā)展期。

挖泥船集成控制系統(tǒng)是挖泥船的大腦，其發(fā)展可概括為3個階段。第一代計算機網絡系統(tǒng)（2005年），主要特點是基于工作站，數(shù)據(jù)采集分散，系統(tǒng)維護門檻高，可靠性低。第二代計算機 網絡系統(tǒng)（2010年），基于服務器，可靠性高，冗余度高，全信息共享。第三代計算機網絡系統(tǒng)（2015 年），云處理架構、無服務器、嵌入式控制，維護簡單，冗余度更高。挖泥船信息技術研究應用的典型系統(tǒng)及功能分析：

1）水下三維軌跡系統(tǒng)。采用船舶航跡優(yōu)化、自動識別和虛擬現(xiàn)實、計算機軟件等技術，綜合 多波束測深儀、GPS、MRU、電羅經等傳感器采集的信息，開發(fā)了水下定位、跟蹤、測深三維可視作業(yè)輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)了作業(yè)和土質的三維顯示，提高了生產作業(yè)效率和施工精度。 

2）耙臂絞車自動化系統(tǒng)。由耙管絞車控制器、疏浚軌跡監(jiān)測系統(tǒng)、疏浚深度預測控制器構成，實現(xiàn)自動定深挖泥控制。 

3）能量管理系統(tǒng)。自動對負載設備功率進行分配和調節(jié)，保證主機功率在各個工況下得到充分利用，實現(xiàn)自動降耗和安全作業(yè)。 

4）船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)。通過分布在全船 各部位的傳感器、報警處理單元、延伸報警等設 備，構建了船舶機艙信息快速采集、處理、分析、 存儲與三維可視化報警等服務體系。 

5）動力定位動態(tài)跟蹤 DP/DT 系統(tǒng)。完成 DP/ DT 模式下的動力定位扇形艏噴、動力定位艏吹、 動態(tài)跟蹤挖泥、動態(tài)跟蹤拋泥、定點往復挖泥等特定作業(yè)能力。

6）挖泥船疏浚輔助決策系統(tǒng)?；诖澳Ｐ?、管線模型、泥艙模型等，對疏浚性能連續(xù)評估并采取必要的控制策略，實現(xiàn)疏浚過程和生產效率的自動優(yōu)化。 

7）遠程管理系統(tǒng)。主要包括船舶位置智能監(jiān)控、船舶生產日報、船機監(jiān)控及施工狀態(tài)、海況 氣象播報、短消息、水深數(shù)據(jù)管理、潮位數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理等，為施工作業(yè)、綜合分析管理提 供了完善的信息渠道。 

8）耙吸船全自動疏浚技術系統(tǒng)。采用智能控 制和智能感知技術實現(xiàn)了耙吸挖泥船挖泥、拋泥、 吹泥等整船級的全自動疏浚控制。 

9）自主研制大型泥泵。實現(xiàn)挖泥船“心臟”部件的數(shù)字化創(chuàng)造。

10）自主研制大型耙頭。實現(xiàn)耙吸船水下“挖掘機械手”的數(shù)字化創(chuàng)造。目前，中交疏浚（集團）股份有限公司已發(fā)展成為世界第一大疏浚企業(yè)，耙吸船總艙容量和絞 吸船總裝機功率均排名世界第一，旗下有中交天津航道局有限公司、中交上海航道局有限公司、中交廣州航道局有限公司。據(jù)不完全統(tǒng)計，近20年來，新建艙容在4200～18000m3的大型耙吸挖泥船14艘，新建生產率為2000～ 4500m3/h的大型絞吸挖泥船40多艘。 

1.3 數(shù)字化在工程管理中的推廣應用 

數(shù)字化技術在疏浚工程管理中也得到全面推廣應用，其基本特點是工程管理的數(shù)字化、網絡 化實施，它有效推進了疏浚工程的應用效率和管理水平。

1.4 典型工程應用及對經濟社會作用 

疏浚技術和疏浚船舶建造技術取得的成果，在遠海和沿海港口等國家大型工程建設中發(fā)揮了巨大作用，滿足了我國“十五”到“十三五”持 續(xù)高速發(fā)展時期大批港口、航道及吹填造地等交 通運輸基礎設施建設需要。同時，還實施了一批海外重點工程。疏浚數(shù)字化、信息化促進了我國 高技術船舶制造行業(yè)和疏浚行業(yè)技術進步，培養(yǎng)了一大批高水平疏浚設備研究、設計和開發(fā)人才， 頒布了一批國際標準、國家標準和行業(yè)標準，形成了核心領域的發(fā)明專利、軟件著作權、軟件產 品和高水平學術論文，獲得了國家級科技進步和技術發(fā)明獎項。

2 疏浚行業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn) 

2.1 全球可持續(xù)發(fā)展背景下疏浚行業(yè)的新機遇與新挑戰(zhàn) 

推動全球可持續(xù)發(fā)展，其根本動力在于新一輪科技革命，新科技的變革為疏浚行業(yè)轉型與創(chuàng)新提出新挑戰(zhàn)，也提供了長期發(fā)展的環(huán)境條件。 近年來，荷蘭IHC公司在疏浚技術的多個領域保 持領先，通過數(shù)字化和信息化的技術積累，正向 智能化方向邁進。德國在大功率推進技術、電力驅動技術方面保持領先，疏浚機具設計制造具有優(yōu)勢。荷蘭、比利時四大國際疏浚公司數(shù)字化、信息化技術普遍應用，長期占領國際高端市場的主要份額。我國疏浚行業(yè)在經歷了近20年的黃金增長期后，面臨著市場需求應變滯后、環(huán)保標準 亟待提高、質量效率不很穩(wěn)定、產業(yè)基礎尚存短板、國際化能力需要補強等方面的發(fā)展瓶頸，要適應海內外高端市場業(yè)務需求，必將面對挑戰(zhàn)與轉型，通過新科技革命突破關鍵技術。 

2.2 智能科技將成為世界新技術革命的新引擎 

近年來，機器學習技術的進步帶來人工智能領域的革命，深度學習技術是人工智能領域顛覆性創(chuàng)新，大數(shù)據(jù)成為人工智能持續(xù)快速發(fā)展的基石，基于網絡的群體智能技術和自主智能系統(tǒng)成為新興發(fā)展方向，人機協(xié)同正在催生新型混合智能形態(tài)。新一代人工智能已被美國、英國、德國、日 本等多國政府提升至“新一輪科技革命的核心技術”。我國國務院2017年7月發(fā)布了《 新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》?！按笾翘栔悄苁痉洞绷腥?017中國智能制造十大科技進展。新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式層出不窮，低碳化、信息化、智能化已成為未來發(fā)展的重要方向，體現(xiàn)為廣泛性、體系性和深刻性。新一代智能制造進一步彰顯數(shù)字化、網絡化、智能化制造等特征。抓住人工智能，就是抓住新一輪信息技術革命的重心，就能助力經濟發(fā)展新超越。

2.3 人工智能技術為疏浚突破高質量發(fā)展提供了 “良方” 

人工智能技術是新一輪疏浚技術實現(xiàn)高質量發(fā)展的方向，它利用傳感器、通信、物聯(lián)網、互聯(lián)網、計算機、自動控制和大數(shù)據(jù)處理分析等技術實現(xiàn)疏浚工程智能化、疏浚能耗智能化、疏浚 控制智能化、疏浚設備智能化。主要表現(xiàn)為：

1） 智能船體。對船體相關數(shù)據(jù)進行自動采集與監(jiān)測，提供船舶操縱輔助決策。

2） 智能航行。通過大數(shù)據(jù)分析對作業(yè)航路和航速進行設計和優(yōu)化。 

3） 智能機艙。可對主機、輔機、推進系統(tǒng)等設備的運行狀態(tài)和健康狀況進行分析和評估，制定相應的維護策略。 

4） 智能能效。對船舶航行及作業(yè)狀態(tài)、耗能 狀況等進行在線監(jiān)測，通過大數(shù)據(jù)分析進行船舶能效的評估及優(yōu)化。

5） 智能作業(yè)。通過疏浚土質智能感知，建立疏浚區(qū)域土質模型，尋求疏浚最佳作業(yè)參數(shù)的自適應，實現(xiàn)疏浚過程的自主分析與決策。

6） 智能平臺。它是數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成平臺，能支持智能航行、智能機艙、智能能效管理等智能系統(tǒng)數(shù)據(jù)的需求，具備開放性和船岸實時數(shù)據(jù)交互，以實現(xiàn)對船舶的監(jiān)控與智能化管理。疏浚行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展就是要解決綠色智能挖泥船的系列關鍵技術，可概括為綠色智能疏浚船舶總體設計技術、基于云技術的疏浚智能信息平臺技術、智能感知技術、浚/駕一體化自動駕駛技術、智能疏浚作業(yè)技術、設備運維與生命周期綜合保障智能技術、綠色智能疏浚船舶仿真驗證評估技術、綠色智能大型挖泥船示范應用技術等方面。人工智能技術必將催生綠色智能挖泥船的軟硬件策略?！坝布辈呗缘年P鍵是智能疏浚船舶、智能機具、智能系統(tǒng)、智能疏浚共性技術平臺、數(shù)據(jù)體與數(shù)據(jù)鏈、模塊等。“軟件”策略的關鍵是推動和保障疏浚行業(yè)向服務復雜工況工程、深水深海工程、水環(huán)境生態(tài)修復工程進軍。 

3 中國疏浚新一代核心技術的基本方位 

3.1 培育和發(fā)展新一代綠色智能疏浚技術體系 

培育和發(fā)展綠色智能疏浚技術體系是支撐中 國疏?？沙掷m(xù)發(fā)展的技術基礎，它的主要任務：一是引領、推進中國疏浚向綠色、中高端產業(yè)轉型升級，加速構建我國新型疏浚以及海工裝備研發(fā)制造產業(yè)鏈，推動中國制造創(chuàng)新發(fā)展；二是把握新技術革命戰(zhàn)略機遇，加快提升中國疏浚創(chuàng)新 能力和核心競爭力；三是主動適應“一帶一路”及國際化戰(zhàn)略要求，支持全行業(yè)全球化經營，滿足國際高端市場需求；四是帶動行業(yè)協(xié)同能力建設，支撐疏浚行業(yè)為我國水環(huán)境生態(tài)及更大范圍的環(huán)境修復與保護發(fā)揮基礎性作用；五是構建綠色、開放、共享、協(xié)作的智能疏浚產業(yè)生態(tài)。智能化是提升中國疏浚創(chuàng)新能力和核心競爭力的關鍵。它的基本標志是超常生產能力、超自適應能力、超機動性能、超級智能化和超級環(huán)保標準?；灸芰κ歉兄c認知能力、深度學習能力、思考與判斷能力、自主決策能力、記憶與自我完善能力、系統(tǒng)協(xié)同能力。因此，其主要技術 方案可概括為智能船舶共性技術、智能化設備與智能疏浚工程勘測監(jiān)測技術、智能疏浚裝備專項技術、智能疏浚作業(yè)平臺技術和智能疏浚標準及 技術體系指南研究與制定。 

3.2 推動新一代疏浚技術及裝備研制與應用 

2018年，對智能疏浚立項研究，總體目標是：研究并確定新一代環(huán)保智能疏浚、海洋工程裝備基礎平臺的定義、主要特征、基本指標體系與關鍵技術，形成研發(fā)總體方案控制性計劃；研究以環(huán)保、高效為主線，以智能疏浚技術為主體的相關關鍵技術，掌握新一代疏浚及海洋工程的核心技術，構建綠色疏浚和智能疏浚技術體系基礎。

研發(fā)設計多種船型（如耙吸、絞吸、抓斗）適應全球新市場需求，以綠色化與智能化為核心技術支撐及基本特征，國際領先的疏浚工程裝備；研究并制定新一代疏浚裝備的技術標準體系框架；帶動或促進新材料、智能挖泥機具及配套設施的技術進步；培育支撐行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的智能疏浚技術研發(fā)創(chuàng)新團隊和產業(yè)聯(lián)盟，積極建設覆蓋行業(yè)、服務多方、開放合作、自主創(chuàng)新的技術平臺。

綠色智能挖泥船和疏浚裝備是未來發(fā)展趨勢，將成為國內外交通基 礎設施領域新的研究熱點，多學科新技術的交叉集成應用發(fā)展迅速，人工智能將有力推進疏浚行業(yè)進入新時代。組織有效的集成創(chuàng)新體系和產業(yè)鏈深度合作將是智能疏浚技術發(fā)展的要因。生態(tài) 智能疏浚裝備及關聯(lián)系統(tǒng)技術體系復雜，為了對生態(tài)智能疏浚裝備的技術內涵、技術發(fā)展和產業(yè)化途徑有科學的掌握和規(guī)劃，有必要先開展系統(tǒng)預研和試點應用，為疏浚裝備的技術提升提供重要支撐。