船舶“無人駕駛”可行性研究

艾小波++林聯(lián)平

【摘 要】 為了減少船舶駕駛員勞動強度及人為誤判導(dǎo)致的船舶災(zāi)難性后果，提高安全性和經(jīng)濟效益，通過分析船舶智能研究概況和“無人駕駛”船舶的優(yōu)越性，提出實現(xiàn)船舶“無人駕駛”的必要條件，包括高度智能化的船舶、外部實時環(huán)境信息的采集、法規(guī)的修訂?！盁o人駕駛”船舶除了可以更安全、更經(jīng)濟外，對解決船員招聘難與船員需求增加的矛盾也有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 船舶；無人駕駛；智能避碰

世界經(jīng)濟的快速發(fā)展使得海上貿(mào)易和運輸業(yè)得到了迅猛發(fā)展，科技的進步使得船舶大型化、自動化程度及智能避碰方面也得到了前所未有的發(fā)展。然而，由于各種運輸船舶數(shù)量猛增，且駕駛?cè)藛T水平參差不齊，海上交通情況變得復(fù)雜。雖然目前商船大多都配備了性能優(yōu)良的避碰設(shè)備，但船舶觸礁、擱淺及碰撞等事故卻時有發(fā)生。此類事故不僅造成了大量財產(chǎn)損失，且部分事故導(dǎo)致的溢油事件對海洋環(huán)境也造成了嚴重的破壞，甚至造成人員傷亡等?！盁o人駕駛”船舶的研究顯得日益迫切，其相對傳統(tǒng)船舶具有明顯的節(jié)省人力、節(jié)能減耗及更安全等優(yōu)點。

1 船舶智能避碰的研究概況

科技的發(fā)展已經(jīng)率先造就了船舶“無人機艙”，但國內(nèi)外對船舶的智能避碰還在持續(xù)研究中。國外對船舶自動避碰系統(tǒng)的研究始于20世紀50年代，我國自20世紀70年代末開始研究船舶智能避碰系統(tǒng)，主要依賴經(jīng)典數(shù)學(xué)的理論研究，但未能取得良好成效。

20世紀90年代誕生的船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）是集網(wǎng)絡(luò)、通信和信息技術(shù)于一體的多學(xué)科、高科技的新型航海助航設(shè)備和安全信息系統(tǒng)。AIS的引入，使船舶碰撞危險系數(shù)的計算更為精確，船舶與船舶之間、船舶與岸臺之間的通信更加迅速。傳統(tǒng)雷達存在盲區(qū)和對弱小回波可能探測不到的缺陷，而AIS則幾乎不受天氣影響，能自動、準確無誤地提供和接收對船舶航行安全十分有價值的信息，如船長、船寬、船舶類型、噸位等靜態(tài)信息，以及船位、船速、航向、航行狀態(tài)、轉(zhuǎn)向率、橫傾角、吃水等動態(tài)信息。

隨著科技的進步，針對船舶智能避碰的又一種新型避碰系統(tǒng)――電子海圖顯示和信息系統(tǒng)（ECDIS）誕生了。該系統(tǒng)主要用于船舶綜合導(dǎo)航。該系統(tǒng)在硬件方面集成了大量的航海信息，如目前廣泛使用的計程儀、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電羅經(jīng)、測深儀、AIS等設(shè)備提供的信息；在軟件方面的基本功能主要有：電子海圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)和顯示的操作、航次計劃和航線設(shè)計、航行監(jiān)控及報警系統(tǒng)、航次記錄和回放功能等。

進入21世紀后，英國南安普頓大學(xué)在傳統(tǒng)的導(dǎo)彈制導(dǎo)原理的基礎(chǔ)上，提出了旨在躲避目標(biāo)而不是捕獲目標(biāo)的兩船避碰決策方法。此方法主要是依據(jù)他船的距離、方位及相對運動線變化的情況來確定碰撞危險程度，然后作出相應(yīng)的避碰決策。國內(nèi)有學(xué)者以船舶避碰決策問題為研究對象，引入了多智能體系統(tǒng)（Multi-agent System）的技術(shù)和理論，并提出了以多船為目標(biāo)船的避碰決策支持數(shù)字影像區(qū)域匹配相關(guān)系統(tǒng)（DSMAC），使多船避碰的難度得以緩解，在智能避碰方面的研究取得了較大的突破。

2 “無人駕駛”船舶的優(yōu)越性

2.1 更安全

如今，每艘商船在最易見處都有“SAFETY FIRST”（安全第一）的標(biāo)語。由此可見，安全始終是最重要的。海難事故多數(shù)都是由人為因素導(dǎo)致的，如船員缺乏責(zé)任心而疏于瞭望、判斷失誤、操作不當(dāng)?shù)取！盁o人駕駛”船舶由于配員極少，且隨著技術(shù)的發(fā)展最終達到真正意義上的無人，駕駛員主要起輔助作用和解決突發(fā)性問題等，預(yù)計海難事故將減少60%以上。最重要的是，即使船舶發(fā)生碰撞、海盜劫持、觸礁等危險，還可由陸地上遠程操控。尤其是在配員極少或無配員時，自動駕駛船舶比人工駕駛更安全，船舶遇到重大事故時可以大大減少船員的傷亡。

2.2 更經(jīng)濟

近年來，船員這一曾經(jīng)讓人向往的職業(yè)也越來越缺乏吸引力，海上生活過于單調(diào)枯燥、長期遠離家人飽受相思之苦等原因，使得不少船員選擇放棄海員這一職業(yè)，從而導(dǎo)致不少航運企業(yè)面臨難以招到合適職位船員的困境。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，勞動力成本也在持續(xù)提高，尤其是高級船員的薪酬也在持續(xù)增長。據(jù)統(tǒng)計，遠洋船舶44%的成本支出與船員有關(guān)。一旦“無人駕駛”船舶技術(shù)投入運營，商船將無需配備大量船員，不但可以緩解船員短缺的困境，還將為航運企業(yè)節(jié)省一大筆船員薪水開支。

2.3 更環(huán)保

“無人駕駛”技術(shù)的發(fā)展，將還地球一個更清潔的海洋、更藍的天空。隨著海上交通的日益繁忙，海洋環(huán)境也遭到了嚴重的破壞，大多都是人為造成的污染。“無人駕駛”船舶由于配員極少或者無配員，人為的污染將降到最低程度，而且由于船舶生活區(qū)及船員配套相關(guān)設(shè)施可以大大減少，使得貨船重量減輕，能耗減少。預(yù)計，一艘“無人駕駛”貨船的運營效率將有望提高最多20%，且同時減少20%的碳排放量。

3 船舶“無人駕駛”可行性的必備條件

3.1 高度智能化的船舶

雷達誕生的目的主要是為了避碰，但也因此使駕駛?cè)藛T過于依賴雷達而疏于瞭望。設(shè)備本身也有其局限性，如獲取他船信息時間有延遲、易受障礙物和天氣的影響等。AIS相對雷達來說，不僅可以接收他船的相關(guān)動態(tài)和靜態(tài)信息，還可以同時發(fā)送本船的相關(guān)信息，比雷達提供的航向、船位、船速等信息更準確，且?guī)缀醪皇苷系K物的影響。ECDIS相比紙質(zhì)版的海圖而言，數(shù)據(jù)更豐富且能實時檢索，更新相關(guān)數(shù)據(jù)也更迅速，功能更廣泛，可直觀地獲取船舶周圍相關(guān)水域包括水上和水下障礙物等信息數(shù)據(jù)。將雷達信號源接入后，ECDIS便以電子海圖為背景疊加顯示雷達圖像，并較直觀地顯示船舶所處周圍的實時運動狀態(tài)；同時，AIS還可以將各配備了AIS的船舶以直觀的空間形式在ECDIS上疊加顯示。[1] AIS、雷達與ECDIS的有機結(jié)合，可使靜態(tài)信息與動態(tài)的避碰信息有機融合，為自動避碰決策系統(tǒng)提供可靠、有效的信息源，對航行危險進行報警，完成自動導(dǎo)航和自動避碰的功能。[2]

無人駕駛船舶除必須具備傳統(tǒng)船舶技術(shù)外，還應(yīng)包含水下探測聲吶設(shè)備、多傳感器智能監(jiān)控系統(tǒng)、自動避碰導(dǎo)航系統(tǒng)，甚至是防海盜技術(shù)等。

3.2 外部實時環(huán)境信息的采集

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最大優(yōu)點是具有主動智能化，不需要人為干預(yù)，且還具備實時性、成本低廉等。因此，其已被廣泛應(yīng)用于各個生活生產(chǎn)領(lǐng)域，同樣也可以應(yīng)用于船舶駕駛，以獲取船舶外部實時環(huán)境信息。通過船體全方位覆蓋的攝像頭來獲取全景圖像，包括船舶周邊的鳥瞰畫面；再由計算機智能識別和處理視頻信號，并結(jié)合船舶操縱理論，對船舶碰撞危險局面進行評估研究，采取計算機模擬與實驗相結(jié)合，建立基于視頻信息檢測的船舶智能避碰決策系統(tǒng)（見圖1）。通過智能視頻監(jiān)控所取得的外部圖像信息，在船舶發(fā)生海事事故后，還可以作為事實證據(jù)，協(xié)助取證之用。

圖1 視頻檢測避碰系統(tǒng)

3.3 法規(guī)的修訂

根據(jù)現(xiàn)行法規(guī)，船舶所有人（或者其船舶經(jīng)營人、船舶管理人）應(yīng)當(dāng)按照船舶最低配員規(guī)則的要求，為所屬船舶配備合格的船員，商船必須持有《船舶最低安全配員證書》，在確定船舶最低安全配員標(biāo)準時應(yīng)綜合考慮船舶的種類、噸位、技術(shù)狀況、主推進動力裝置功率、航區(qū)、航程、航行時間、通航環(huán)境，以及船員值班、休息制度等因素。因此，目前船舶“無人駕駛”仍屬于違法行為，急待國際海事組織（IMO）和各主管機關(guān)制定相應(yīng)的促進“無人駕駛”船舶發(fā)展的國際立法和國際公約。

4 結(jié) 語

從目前的技術(shù)、設(shè)備、交通環(huán)境等方面來看，實現(xiàn)船舶“無人駕駛”僅僅是時間問題。一旦法規(guī)通過修正，“無人駕駛”便可逐步實現(xiàn)。在開闊洋面試行“無人駕駛”，在確保安全的前提下逐步向沿岸和狹水道過渡。為確保安全，針對一些計算機避碰系統(tǒng)難以正確及時處理的突發(fā)情況，則可以由駕駛員來解決。歐盟目前開發(fā)了一個“海上智能航行”合作項目MUNIN，以驗證無人船的可操作性。這預(yù)示著船舶由“無人駕駛”到真正的無人駕駛（即不需配備船員）指日可待。

參考文獻：

[1] 孟令劍.ECDIS和AIS組合使用的優(yōu)勢和前景[J].航海技術(shù)，2007（3）：35-37.

[2] 劉宇宏.船舶避碰智能決策支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國航海，2004（4）：32-37.