自主水面船舶的数字孪生：安全海事航行的使能技术

自主水面船舶（ASV）在提升海事作业的安全性和可持续性方面正变得日益重要。为确保这些船舶所采用的现代控制算法的可靠性，数字孪生（DT）提供了一个在虚拟环境中进行安全有效仿真的强大框架。数字孪生通常按 0 到 5 的等级进行分类，每个等级代表复杂性和功能的递进：0 级（独立式）采用离线建模技术；1 级（描述性）集成传感器和在线建模以增强态势感知；2 级（诊断性）侧重于状态监测和网络安全；3 级（预测性）纳入预测分析；4 级（规范性）嵌入决策支持系统；5 级（自主式）实现碰撞避免和路径跟随等高级功能。这些数字表示不仅提供对船舶当前状态和运行效率的洞察，还能预测未来场景并评估使用寿命。通过持续更新实时传感器数据，数字孪生能够有效纠正建模误差并增强决策过程。由于数字孪生是复杂自主系统的关键使能技术，本文提出了一套建立专门面向 ASV 的数字孪生框架的综合性方法。通过详细的文献调研，我们探索了各定义等级上的现有最先进使能技术，为这一快速发展的领域的未来研究和发展提供了有价值的建议。