1、项目立项背景

近年来随着我国海上石油勘探开发、储运规模的不断扩大，海上溢油应急能力建设仍面临诸多挑战。本项目组紧扣港口、码头海上溢油应急处置的国家重大需求，针对港内、浅水等受限水域溢油回收难度大、效率低，自动化水平和协同性能差等问题，注重溢油回收装备与现代信息技术深度融合，围绕溢油负压/分离收集、无人船协同控制等一系列海上溢油回收核心关键技术开展研究工作，实现了港池、浅水、内河、湖泊等复杂环境下高效溢油回收作业，显著增强我国溢油回收装备科技水平，切实提高我国水上交通安全保障能力。

2、主要技术内容

（1）负压式多功能水面溢油回收船系统设计技术

利用收集舱-负压/分离舱技术、水翼“冰车冰刀”式进油导流技术设计实现了负压式溢油回收船。实现了利用水面固/液态漂浮物收集技术的高效作业。

（2）基于多源信息融合的溢油回收无人船远程协同技术

融合岸基控制单元、环境感知单元、通信单元以及监视单元，设计船岸协同导航平台，实现系统的协同运转、溢油设备远程布置等功能。提出了基于模糊案例库的实时自动避碰决策方法，以及基于深度确定性策略梯度的多无人船路径跟踪策略，从本质上解决了多船避碰决协同性和实时性差的编队路径跟踪问题。

（3）无人船自航一体化运动控制技术

提出了船舶运动简捷非线性鲁棒控制算法，解决了一系列无人船的运动控制问题。利用非线性反馈技术，简化了控制系统结构，实现了安全高效控制；提出不确定扰动下船舶有限时间轨迹跟踪控制技术，突破传统的李亚普诺夫泛函形式，解决了难以构造具体李亚普诺夫泛函这一挑战性的问题；采用神经网络重构船舶的动态不确定性，引入相对阈值的事件触发策略，解决了通信资源的限制的问题。利用障碍李雅普诺夫实现了船舶靠泊时转艏角速度的限制，提高了靠泊安全性。

（1）负压式多功能水面溢油回收船系统设计技术利用收集舱-负压/分离舱技术、水翼“冰车冰刀”式进油导流技术设计实现了负压式溢油回收船。实现了利用水面固/液态漂浮物收集技术的高效作业。

（2）基于多源信息融合的溢油回收无人船远程协同技术融合岸基控制单元、环境感知单元、通信单元以及监视单元，设计船岸协同导航平台，实现系统的协同运转、溢油设备远程布置等功能。提出了基于模糊案例库的实时自动避碰决策方法，以及基于深度确定性策略梯度的多无人船路径跟踪策略，从本质上解决了多船避碰决协同性和实时性差的编队路径跟踪问题。

（3）无人船自航一体化运动控制技术提出了船舶运动简捷非线性鲁棒控制算法，解决了一系列无人船的运动控制问题。利用非线性反馈技术，简化了控制系统结构，实现了安全高效控制；提出不确定扰动下船舶有限时间轨迹跟踪控制技术，突破传统的李亚普诺夫泛函形式，解决了难以构造具体李亚普诺夫泛函这一挑战性的问题；采用神经网络重构船舶的动态不确定性，引入相对阈值的事件触发策略，解决了通信资源的限制的问题。利用障碍李雅普诺夫实现了船舶靠泊时转艏角速度的限制，提高了靠泊安全性。

溢油对海洋生态环境、沿岸经济、人类健康、公共安全等方面都会造成难以估量的损害。我国对海洋溢油回收设备的需求也与日俱增，《“十四五”海洋生态环境保护规划》进一步强化了“水清滩净、鱼鸥翔集、人海和谐”的美丽海湾示范建设和长效监管。《国家重大海上溢油应急能力发展规划（2021-2035 年）》明确指加强科技支撑力度，一方面是引导研究机构、企业加快新技术新装备的研发和应用，比如深远海、低温、浅滩等特殊自然条件下，高粘度等特殊油种的溢油应急处置以及溢油源快速封堵技术，推动关键应急设备和模型软件国产化，提升应急设备的自动化、智能化水平。污染治理是海洋环境保护的重要课题，专业溢油应急船舶是国际上公认的处理水上大规模溢油事故必不可少的关键设备。该设备国外研发较早，关键技术相对成熟，但国内在多功能清污回收船的设计和开发方面还有很大空间。项目的产业化，可带动上游产业的经营能力及税收能力，针对大型多功能水面清污设备，可带动地方船厂效益，为增加就业提供了条件。加上其高效的回收技术，减少了运输成本和溢油提炼成本，从而减少了环境污染，给社会带来了可观的社会效益。该设备投入市场后，会给溢油、垃圾、海藻清理行业带来极大便利，清理单位能快速部署回收船，及时有效对水面污染物进行清理回收，迅速有效控制污染物扩散，避免环境进一步恶化，尤其是当在高危有毒环境下作业时，远程和自主控制将大大降低人的损伤，极大提高各种环境下的应急处理能力。

目前，国内能够实现产业化的溢油回收无人船并不多见，本项攻克了负压式水面溢油回收无人船关键技术难题，推动了溢油收集、多船协同控制、路径跟踪与自动靠泊等领域系列技术的发展，显著提升了溢油回收装备的智能化水平，具有极高的核心技术优势。

项目由山东交通学院、武汉理工大学、大连海事大学、威海维思泰科溢油回收设备有限公司等单位联合研发，成员有张强、刘洋、张燕、胡宴才、马 强、杨仁明、马 勇、张显库、张树豪、崔秀玲

（1）经济效益

目前，完成单位威海维思泰科溢油回收设备有限公司，已经完成销售额 1000 余万元，同时与本项目相关的无人船控制技术应用于镇江元理创新科技有限公司等奖两家无人船设计、制造企业，创造经济效益共 796 万元。截止到 2022 年 7 月份，共计产生经济效益 1796 万元。目前，溢油回收设备主要采用各种静态式小型收油装置，该类收油装置都是依赖于辅助船拖拽围油栏，将溢油聚拢达到一定的油层厚度才能工作。该类设备操作麻烦，配备人员较多，而且回收效率低下，且回收不彻底，需要吸油毡辅助做收尾工作。项目研制的多功能水面无人船溢油回收作业，不依赖于辅助船和围油栏，可自由航行，也可通过岸基实行远距离操控，回收效率高达 95%以上，操作简便，可将作业人员由 10 人减少到 2 人，每艘船每年节省人工成本约 48 万元，船长 8m 以上的设备，配备了存储舱，省去了辅助船的使用，按照每次清理事故 20 天计算，可节省辅助船舶的靠泊费、燃油动力费约 50 万元。因回收的溢油含量高，减少了回收的油水的运输成本，约 20 万元，油水在后期的提炼成本每吨可节省约 500 元，按照 1970-2007 年发生的溢油事故统计，最多的溢油事故量 10 吨-1000 吨，占所有事故量的 35%，我们按 100 吨溢油为例，传统的收油机回收的油水中，水的含量高达 90%，那么它回收回来的油水总量约 1000 吨，仅这一项提炼费用，就可节省 50 万元，给清污单位、提炼厂带来直接或间接可节省的成本约 168 万元。综上，按照以上条件计算，每艘溢油回收船每年大约节约成本 300 多万元，综合经济效益显著。

本项目成果是在校企深度合作的基础上，进行的技术应用创新。目前，已经实现产业化，被全国10 余家相关单位及政府溢油储备库购置。

1）作为沉船打捞工程中的重要清污装备，研发的 SFS-430RC 型溢油回收无人船（总长 4.3m，回收能力 35m3/h，额定回收效率大于 90%），已被交通运输部烟台打捞局购置，并在高危环境下油田泄漏、沉船打捞等溢油应急处置发挥关键作用。

2）作为河流、港口、油品码头专用溢油应急处置装备，研发的 SFS-430RC 型溢油回收无人船，被中国石油海上应急救援响应中心购置，在溢油应急演练和溢油回收保障方面进行了较好的应用。

3）作为溢油应急储备库采购的重要装备，所研发的具有智能控制功能的无人驾驶收油机，被中山海事局、天津海事局、肇庆海事局等单位购置，在应对突发溢油事故，提高水域溢油处置能力方面发挥了关键作用。

4）作为无人船设计制造的关键技术，该项目成果无人船自航一体化运动控制技术，在镇江元理创新科技有限公司和江苏文鳐海洋科技有限公司得到应用，控制效果更为简捷、稳健和安全。极大提高了产品的核心竞争力