为船赋脑 落地成器——记武汉理工大学研究员刘佳仑的船舶智能驾驶探索之路

智能航运的发展经历了从早期概念探索、到关键技术突破、再到近年来实船验证与应用推广的演进过程。每一个阶段，都对从业者提出了不同的能力要求，最初需 要懂船舶、懂航行的人来定义问题，后来需要懂控制、懂算法的人来求解问题，如今则需要既懂船又懂算法的复合型人才将技术落地。刘佳仑的成长轨迹，恰好与这一进程形成了某种共振。

辽宁抚顺，不靠海，却挨着浑河。少年时代的刘佳仑喜欢翻看舰船杂志，对那些“钢铁巨兽”充满向往。2006年高考后，他考入武汉理工大学“航海技术”专业，他原以为是“学习船舶设计，成为设计师”，来了才发现是“学习如何开船，做驾驶员”。这个美丽的误会，却意外地为他铺设了一条与众不同的技术之路。

刘佳仑的学术轨迹构成了一个罕见的完整闭环，本科航海技术，让他以舵手的视角理解驾驶操作与决策逻辑；硕士交通信息工程及控制，让他从系统层面认知船舶的安全营运与交通组织；博士船舶设计制造及操控，让他深入船舶作为被控对象的流体力学本质。当许多控制领域的研究者将船舶简化为一个数学公式时，刘佳仑却执着于洞察公式背后真实的物理过程。船舶在浅水区为什么会“吸底”？舵叶在不同攻角下的升力特性如何变化？螺旋桨与舵的交互干扰怎样影响操纵性？这些问题，一个纯控制背景的工程师可能永远不需要回答，但刘佳仑必须回答，因为他要控制的，正是这些复杂的物理实体。这种从“物理层”到“决策层”的贯通式认知，是他研发智能驾驶系统最独特的技术底色。

在荷兰代尔夫特理工大学攻读博士期间，刘佳仑经历了从接受系统化知识传授到以导师引导为主的独立研究的转变。导师Robert Hekkenberg采用引导式指导，不直接教授技术细节，而是更侧重引导和训练科研思维。还会引荐国际船舶操纵领域学者原国际拖曳水池会议操纵技术委员会主席Frans Quadvlieg先生定期与他进行技术讨论。两位恩师，一位教他“渔”的方法，一位教他“鱼”的深度。这种训练方式使他逐渐形成了独立发现问题、构建解决方案的能力。

博士期间，刘佳仑专注于内河船舶操纵性能相关研究，例如他系统研究了不同舵型对船舶操纵性能的影响，成果发表于Ocean Engineering等期刊，出版了英文专著。其中一篇名为Sixty years of research on ship rudders:effects of design choices on rudder performance的综述论文，刊发后成为Ships and Offshore Structures历史浏览量第一的文章，至今仍被广泛引用。这段潜心钻研的经历，让他掌握了基于计算流体动力学的船舶水动力精确建模能力,这正是后来解决自动靠离泊、低速精准控制等难题的技术密钥。不懂流体力学，就无法解释船舶在自然环境和作业操纵耦合下的船舶运动特性；而没有这种解释能力，所谓的“智能控制”就只是无源之水。

回国后，刘佳仑面临从“经典力学”向“智能控制”的技术跨越与延伸。他在模型预测控制、强化学习、神经网络辨识等前沿控制理论方面进行了系统学习与积累，并将之与深厚的船舶水动力和操纵模型相结合，形成了“机理-数据”双驱动的独特技术路线。同时掌握智能控制算法与船舶操纵建模的复合型研究背景，正是智能船舶技术研发所需要的人才特征。

如今，他正尝试将传统船舶操纵理论与智能控制方法进一步融合，探索面向复杂任务与多船型场景的自主航行技术，希望突破智能控制高度依赖单一船型和大量数据训练的局限。在他看来，未来的船舶智能驾驶系统不仅要“会开船”，更要具备跨船型、跨任务的自主适应与迁移能力，而这正是刘佳仑从“懂船”到“赋脑”这一路走来的技术思考，与行业从“人工驾驶”走向“人机协作”的整体方向相契合。

2017年，刘佳仑博士毕业回国，恰逢“智能船舶1.0”概念的兴起。彼时，罗尔斯-罗伊斯公司提出了无人船愿景，引发了行业关注，但智能船舶的具体技术路径尚不清晰。刘佳仑当时面临选择：是留在熟悉的船舶操纵领域，在已有基础上稳步发展；还是进入智能船舶这一新方向，从零开始探索。在团队带头人严新平院士的鼓励和指导下，他选择了后者，抓住了这一行业发展的风口。

严新平院士“育人唯实，治学求新”的工作理念也深远影响了刘佳仑在后续工作中的成长，成为了他作为一名科研工作者的底色。

从熟悉的力学领域跨入陌生的控制与决策领域，刘佳仑带领课题组开展了系统性的学习与研究。他很快意识到，智能船的核心不是硬件堆砌，而是软件系统集成能力。传统船舶行业聚焦设备制造与机械联调，缺乏软件层面的大集成能力，而智能船的核心功能恰恰需发挥算法的能力，在集成软件下实现。在参与严新平 院士“航行脑系统”体系构建的过程中，初步探索了如何将人的驾驶经验转化为算法逻辑，这是从“0到1”的第一步。

“津港轮36”号/武汉理工大学

刘佳仑最难忘的项目，便是“津港轮36”号拖轮的工程应用项目。该船搭载的自主伴航系统研发依托国家重点研发计划—中芬政府间科技合作项目“拖轮自主伴航智能技术及测试验证研究”开展。该项目由中国船级社（CCS）牵头，联合天津港轮驳有限公司、赛尔尼柯等参研单位共同参与，目标是为天津港的全回转拖轮实现自主伴航。该船搭载的自主伴航系统具备自主感知、决策与控制能力，可在复杂港区环境下完成自主伴航、自动靠离泊等高难度作业。系统所涉及关键硬件国产自主化达90%，感知、规控、人机交互等核心算法软件100%自主研发。该项目资源有限、技术难度高、国内外均无成熟先例。2024年4月13日，课题组在日照进行首次实船调试，效果远超预期。

这个项目的成功绝非运气。在牵头单位CCS的统筹下，通过与各单位的紧密合作，团队将“虚实融合”的测试理念贯彻到原型开发与功能迭代之中。在实船测试前，他们通过大量虚拟仿真模拟了极端场景下算法的表现，排查逻辑隐患、确定能力边界，将实船调试的风险降至最低。与传统使用在新船试航阶段专门调试、测试不同，他们的试验、优化是在拖轮正常作业的间隙完成的，从未影响船舶的正常运营，节省了大量调试的时间和经济成本。这得益于课题组此前在虚拟测试平台建设和算法验证方面的技术积累。

更令人惊喜的是，课题组不仅完成了项目要求的自主伴航功能，还与天津港轮驳公司等单位联手持续攻关，突破了自动靠离泊、虚拟锚泊等高难度动作，实现了多项“0到1”的技术创新。他们探索了一条新的技术路线，即不依赖昂贵的动力定位系统，结合人工操舵经验和控制算法优化同样可以在复杂作业场景下实现高精度操控。这一突破，大大降低了智能驾驶技术的应用门槛。

回顾这段经历，刘佳仑认为高校科研与产业实践之间的差异，恰恰为技术转化提供了空间。学术研究追求原理层面的创新，工程实践追求稳定可靠的应用，两者互为补充。从论文到实船，需要经历试验验证、工程实践、优化迭代等环节，这是技术走向成熟的自然过程。在课题组组织方面，高校以学生为主，每年都有新生力量加入，有利于保持学术活力；企业以专职人员为主，有利于长期积累。如何实现两种模式的有效衔接，是他正在探索的方向。

刘佳仑对行业发展有着敏锐的洞察。他认为，当前智能船舶正处在类似2019年前后电动船的发展节点，功能已基本实现但尚未成熟，且受限于成熟度和应用面，智能技术带来的经济增值未能充分体现，真正的规模化应用才刚刚开始。而驱动这一进程的，不仅有技术层面的持续突破，更有航运业对智能化运营的现实需求。在他看来，随着人口红利的缩窄、既有船员的老化以及智能技术与产品的逐步成熟，航运业减员增效的需求是现实存在且可以实现的。当下正是智能驾驶技术从研发走向应用的重要窗口期，真正的爆发期在未来的5到10年间。

这一需求背后，有着扎实的数据支撑。调研数据显示，长江内河船员平均年龄已接近55岁，年轻船员补充不足。刘佳仑判断，再过五年左右，随着现有船员陆续退休，行业将迎来人力供给与需求的结构性调整。这为智能驾驶技术的规模化应用创造了现实条件，智能化将从技术探索走向运营刚需。放眼全球，主要航运国家均在自主船舶（MASS）技术上持续投入。刘佳仑认为，这种国际竞争格局恰恰说明智能航运是未来发展方向，也激励着国内行业加快技术突破与产业升级。

在国际标准制定层面，刘佳仑有着切身体会。他参与国际标准化组织（ISO）、国际航运协会（PIANC）等多个国际组织的标准工作，深刻感受到我国在智能航运领域的技术实力正获得越来越多的国际认可。尤其是在内河与港口等应用场景中，我国凭借丰富的实践积累形成了独特优势。刘佳仑认为，要进一步提升我国在国际标准制定中的贡献度，需要更多像“津港轮36”号这样经得起检验的、常态化运行的标杆案例，让国际同行通过实际应用效果看到中国方案的价值。“影响力正在发生变化，”他说，“我国在智能航运领域的声音，正越来越受到重视。”

基于对行业趋势的判断和对自身定位的思考，刘佳仑在学术研究、行政工作与产业转化之间找到了自己的方向：做产品。他的目标不是停留在实验室样机阶段，也不是满足于一个接一个的项目交付，而是打造可复制、可推广的模块化智能驾驶系统——能够快速部署、稳定运行的技术产品。在他看来，这是将科研成果真正转化为生产力的关键一步，这也是他未来五年的奋斗目标。

在学术研究和产品研发之外，人才培养是他同样看重的工作。在指导学生时，刘佳仑注重培养综合能力。他认为，文字表达、沟通协调、软件编程、硬件开发、算法设计，都是未来工作中重要的能力维度，学生可以根据兴趣和特长选择一两个方向深入积累。“我培养学生，是希望学生有傍身的一技之长，有能力解决真问题。”他说。让他欣慰的是，课题组的学生不仅就业去向不错，更重要的是，他们逐渐学会了独立思考，找到了自己的方向。

而贯穿这些工作始终的，是他对实干精神的坚持。面对快节奏的时代和多样的选择，刘佳仑始终信奉一个朴素的道理：实干。在他看来真正的成长需要时间沉淀，急不得也快不来。“只要你一步步往前走，心里就是踏实的，”他说，“做出成果，就是最好的回答。”他鼓励年轻人沉下心来，“将军赶路不追小兔”保持专注，持续做对而难的事情，相信积累的力量。

从对船舶充满好奇的少年，到为研究智能驾驶系统的科研工作者，刘佳仑的职业生涯始终贯穿着“实干”二字。他清晰地看到，航运业的未来不只在于船舶本身，更在于构建高效可靠的“智能”系统。面对行业人力结构的自然调整，技术创新正成为提升运营效率的关键。将人类经验与算法精准相结合，是智能航运发展的重要方向。刘佳仑和他的课题组，正在为智能航运的发展夯实基础。他们的目标，是让中国智能船舶不仅具备可靠的远航能力，更拥有智慧的决策能力，在全球航运的深刻变革中，以技术创新推动行业发展，与世界同行共享中国经验。

刘佳仑，博士，毕业于荷兰代尔夫特理工大学船舶设计制造及操控专业，现任武汉理工大学研究员、水路交通控制全国重点实验室研究员，兼任湖北东湖实验室智能船用装备技术创新中心主任。长期深耕船舶智能驾驶系统研发与测试，获批国家自然科学基金青年科学基金B类、湖北省青年拔尖人才项目，主持科学技术部重点研发计划课题、工业和信息化部高技术船舶专项任务等10余项，发表高水平学术论文近百篇，获发明专利40余项。同时担任第七届中国青年科技工作者协会会员、中国造船工程学会理事、《中国舰船研究》编委等。