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船岸协同的内河智能船舶远程驾驶控制系统架构

夏同 黄亚敏 文元桥 韩海航 胡泰威

夏同, 黄亚敏, 文元桥, 韩海航, 胡泰威. 船岸协同的内河智能船舶远程驾驶控制系统架构[J]. 交通信息与安全, 2026, 44(1): 88-100. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.008
引用本文: 夏同, 黄亚敏, 文元桥, 韩海航, 胡泰威. 船岸协同的内河智能船舶远程驾驶控制系统架构[J]. 交通信息与安全, 2026, 44(1): 88-100. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.008
XIA Tong, HUANG Yanmin, WEN Yuanqiao, HAN Haihang, HU Taiwei. Ship-Shore Collaborative Remote Control System Architecture for Inland Autonomous Ships[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2026, 44(1): 88-100. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.008
Citation: XIA Tong, HUANG Yanmin, WEN Yuanqiao, HAN Haihang, HU Taiwei. Ship-Shore Collaborative Remote Control System Architecture for Inland Autonomous Ships[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2026, 44(1): 88-100. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.008

船岸协同的内河智能船舶远程驾驶控制系统架构

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.008
基金项目: 

国家自然科学基金项目 52471384

浙江省重点研发计划项目 2021C01010

详细信息
    作者简介:

    夏同(2001—),硕士研究生. 研究方向:船舶智能航行、人机共享控制. E-mail: xiatong0805@whut.edu.cn

    通讯作者:

    黄亚敏(1990—),博士,研究员.研究方向:船舶智能航行、人机交互、智能交通组织等. E-mail: yaminhuang@whut.edu.cn

  • 中图分类号: U664.82

Ship-Shore Collaborative Remote Control System Architecture for Inland Autonomous Ships

  • 摘要: 传统船舶控制系统架构已难以适配船岸协同升级与远程控制功能部署的现实需求,缺乏统一的系统框架将直接制约船岸协同作业效能的有效发挥。为保障船岸协同场景下船舶远程控制协同系统的适配性与一致性,研究适配内河智能船舶的远程驾驶类型与系统架构。通过文献综述与智能船舶相关规范的对比分析,提出内河智能船舶远程驾驶的4种基本控制模式,包括直接执行车舵指令的远程遥控模式、具备远程指令安全性判断功能的远程控制Ⅰ型、可生成自主航行决策并实现人机指令融合的远程控制Ⅱ型,以及完全自主航行场景下的监督式远程控制Ⅲ型;结合各模式对现有规范及内河航行环境的适应性分析,针对性搭建面向内河场景的“船岸云”协同远程驾驶系统架构,厘清船岸云端系统功能划分以及信息流向;针对提出的框架设计船岸协同场景下的6种远程驾驶信息服务类型,同时适配5类远程驾驶人机交互模式,明确岸基与云端数据链路融入船舶控制系统的实现路径;通过多组仿真实验,对比分析不同船岸通信延迟条件下各远程控制模式的控制性能差异。结果表明:在仿真环境下,700~1 000 ms延迟条件下,远程控制Ⅱ型可显著提升船舶远程驾驶对通信延迟的鲁棒性;400~600 ms延迟条件下,远程控制Ⅰ型的控制表现最优;更低延迟条件下,远程遥控模式亦能实现良好的控制效果。该研究提出的控制模式与系统架构为内河智能船舶远程驾驶的工程应用提供了基础框架支撑,其人机交互设计与通信延迟适配建议为船岸协同控制效能优化提供了重要参考。

     

  • 图  1  4类基本的远程驾驶模式

    Figure  1.  Ⅰllustration of four modes of remote control ships

    图  2  内河船岸协同式远程控制系统架构

    Figure  2.  Control architecture for inland"Ship-Shore"cooperative remote control ships

    图  3  远程控制系统数字孪生模型

    Figure  3.  Digital twin model for remote control systems

    图  4  仿真测试环境图

    Figure  4.  Simulation test environment

    图  5  远程遥控模式在各通信延迟下的轨迹图

    Figure  5.  Trajectory diagram of remote control mode under communication delay

    图  6  远程控制Ⅰ型在各通信延迟下的轨迹图

    Figure  6.  Trajectory diagram of remote control mode Ⅰ under communication delay

    图  7  远程控制Ⅱ型在各通信延迟下的轨迹图

    Figure  7.  Trajectory diagram of remote control mode Ⅱ under communication delay

    图  8  远程遥控模式的最大偏移量箱型图

    Figure  8.  Maximum offset box type diagram for remote control mode

    图  9  远程控制Ⅰ型的最大偏移量箱型图

    Figure  9.  Maximum offset box type diagram for remote control mode Ⅰ

    图  10  远程控制Ⅱ型的最大偏移量箱型图

    Figure  10.  Maximum offset box type diagram for remote control mode Ⅱ

    图  11  不同控制模式的最大偏移量均值图

    Figure  11.  Mean value of maximum offset diagram for different control modes

    表  1  4类远程驾驶控制模式

    Table  1.   Four modes of remote control ships

    名称 功能模块 模式内涵 模式特点
    远程遥控 指令执行 远程驾控人员远程发布车舵指令; 船端系统直接执行车舵指令 船端无智能航行系统
    远程控制Ⅰ型 安全判断、指令执行 船端系统具备判断模块确定远程驾控人员远程实时发布的车舵指令是否安全; 接收判断模块的判断结果, 如果安全则执行 船端有智能航行系统
    远程控制Ⅱ型 决策生成、仲裁模块、指令执行 船端系统能够根据远程驾控人员远程实时发布的车舵指令、跟踪指令等决策信息生成智能航行系统的车舵控制指令; 接收人、机两端的控制指令并判断双方控制指令的安全性, 根据系统设置的仲裁规则输出人机融合决策; 接收仲裁模块的人机融合决策并执行 船端有智能航行系统
    远程控制Ⅲ型 航行监督、自主航行 远程驾控人员不参与具体控制惭作, 远程监督受控船舶执行航行任务, 只在必要情况下向受控船舶发送车舵指令、跟踪信号等决策信息; 船端系统能够实现一般情况下的自主航行, 驾控人员直接的远程控制成为备选 船端有智能航行系统
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    表  2  部分随机初始状态

    Table  2.   Some of the random initial state

    初始横坐标/m 初始纵坐标/m 初始航向/(°)
    -5.18 11.18 1.04
    -14.49 8.79 0.58
    6.90 -0.80 0.78
    2.82 0.99 0.60
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  • 收稿日期:  2025-07-21
  • 网络出版日期:  2026-08-28

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