淺談智能船舶測試場建設(shè)存在的問題及建議

潘夢瑤　李靜茹　端木玉

摘? ? 要：當(dāng)前全球智能化船舶加速發(fā)展，為滿足其航行測試的需要，挪威、芬蘭、中國等紛紛開始建設(shè)智能船舶封閉測試場并逐步投入使用。本文圍繞測試場建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施、測試能力、服務(wù)配套等方面存在的主要問題，提出了加強(qiáng)智能船舶測試場合作與規(guī)劃、加快制定相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)、互相認(rèn)同測試結(jié)果、創(chuàng)立交流平臺等方面的建議和措施。

關(guān)鍵詞：智能船舶;封閉測試場;現(xiàn)狀;數(shù)據(jù)共享

中圖分類號：U664.82 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Problems and Suggestions to Construction of Intelligent Ship? Test Site

PAN Mengyao， LI Jingru， DUAN Muyu

（ Guangzhou Maritime University， Guangzhou 510725 ）

Abstract： Due to the vigorous development of intelligent ships in the world， Norway， Finland and other countries have begun to build closed test sites for intelligent ships and gradually put them into use in order to meet the needs of their test sailing. This paper focuses on the aspects of test site construction， infrastructure， test capability and service supporting.Suggestions are put forward， such as strengthening the cooperation and planning of intelligent ship test sites， speeding up the formulation of relevant test standards， mutually recognizing test result， establishing exchange platforms.

Key words： Intelligent ship; Closed test site;Status; Data sharing

1? ? ?前言

智能船舶技術(shù)發(fā)展繼2011年韓國造船企業(yè)率先開啟研發(fā)浪潮后，國內(nèi)外許多船舶企業(yè)也緊隨其后[1-2]。目前挪威自主船測試區(qū)、芬蘭冰區(qū)船模試驗實驗室、中國珠海萬山無人船海上測試場等是較為完善的測試場。

在《智能船舶發(fā)展行動計劃專題研討會》上，與會專家一致認(rèn)為未來船舶的發(fā)展趨勢是智能化[3]。這給船舶制造業(yè)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，促進(jìn)船舶工業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)變革和新舊動能轉(zhuǎn)換[4-7]。目前，我國智能船舶測試示范區(qū)及其測試規(guī)范已大致成型，隨著相關(guān)部門出臺的一些有關(guān)智能船舶的測試管理及實施細(xì)則[8-9]，我國智能船舶測試場的建設(shè)將愈加完善。

為了解測試場的場地建設(shè)、配套設(shè)施、測試水平、服務(wù)配套等情況，探求其未來發(fā)展趨勢，本文通過資料收集和實地考察調(diào)研，幫助智能船舶企業(yè)深入了解國內(nèi)外各大型智能船舶測試場的現(xiàn)狀，分析目前智能船舶測試場遇到的各種挑戰(zhàn)，為他們提供對于測試場的改進(jìn)措施以及未來測試場的規(guī)劃方向。

2? ? 智能船舶封閉測試場現(xiàn)狀

2008年國際金融危機(jī)爆發(fā)，給船舶工業(yè)帶來了嚴(yán)重影響，加快智能化已是全球船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型的必然選擇。目前全球智能船舶仍處于探索和發(fā)展的初級階段，智能船舶從有人駕駛到無人駕駛的轉(zhuǎn)變，必須依靠新型的智能系統(tǒng)進(jìn)行合理可靠的性能驗證和評估，因此了解全球范圍內(nèi)智能船舶封閉測試場的現(xiàn)狀需要得到重視。

2.1? ?國外測試場

2.1.1? 挪威Trondheimsfjorden試驗場

2016年底，位于挪威西部的挪威特隆赫姆峽灣正式開放。挪威Trondheimsfjorden試驗場是第一個由官方認(rèn)證的海上機(jī)器人測試地點。該測試點項目的發(fā)起和建設(shè)是挪威大學(xué)自主海洋運行科技中心和挪威政府共同完成，特隆赫姆港的一部分屬于該測試場，測試內(nèi)容包括從導(dǎo)航和防撞系統(tǒng)到風(fēng)險管理和運行安全的所有項目。

2.1.2? 芬蘭冰區(qū)船模試驗實驗室

芬蘭Aker Arctic公司旗下的冰區(qū)船模試驗實驗室，地處芬蘭西部海岸埃烏拉約基市，是全球第一個面向智能船舶航運測試的區(qū)域。其主要用于破冰船的測試，同時也可用于智能船舶在惡劣環(huán)境下的相關(guān)開發(fā)技術(shù)測試等。

2.1.3? 比利時智能航行測試區(qū)

2018年5月18日起，位于比利時北部的比利時智能航行測試區(qū)開放，主要應(yīng)用于內(nèi)河智能船舶的測試，公眾可遵循規(guī)定在測試區(qū)域范圍內(nèi)開展測試。為確保測試區(qū)域的有效管理，萊茵河航行管委會專門制定了有關(guān)智能船舶的六個等級。

2.1.4? 美國蒙特雷灣海上試驗場

美國蒙特雷灣海上試驗場位于美國西部加利福尼亞州的太平洋沿岸，多用于海洋裝備的試驗、海洋科學(xué)觀測和試驗等。已有許多研究機(jī)構(gòu)和高校在這里開展了海洋科學(xué)觀測、研究和新裝備實驗，如蒙特雷加速研究系統(tǒng)（MARS）、陸地/海洋生物地球化學(xué)觀測（LOBO）、海洋多學(xué)科獲取系統(tǒng)（OASIS）等。

2.2? ?國內(nèi)測試場

2.2.1? 珠海萬山無人船海上測試場

2018年11月，位于珠海萬山群島海域的亞洲第一個無人船海上測試場正式運行。該測試場雖然是以無人船艇為測試、管理的核心，但它不僅可以用于無人船艇、自主船舶的測試，還可以對各類海洋裝備、儀器進(jìn)行測試，所以實質(zhì)上是一個綜合性的海上測試場。

2.2.2? 日照無人艇測試場

日照無人艇測試場位于山東日照，建立了各種高效實用的模塊，用于測試和評估各類水面、水下無人艇系統(tǒng)樣機(jī)的功能，如岸基指揮站、數(shù)據(jù)反演及態(tài)勢研判終端系統(tǒng)等。為了解決無人艇本身的總體設(shè)計和在真實海面精確自主動態(tài)捕捉、識別、感應(yīng)等人工智能算法等問題，該測試場通過對無人艇噸位及功能的分類，劃定不同的要求，對無人艇的自主感應(yīng)、避障、識別、跟蹤等功能進(jìn)行測試。

2.2.3? 湛江灣實驗室智能船舶海上試驗場

2018年11月，南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（湛江）授牌，其研發(fā)基地位于海東新區(qū)龍王灣片區(qū)，其中規(guī)劃建設(shè)8 250畝的深遠(yuǎn)海智能海洋裝備海上試驗示范基地和岸基保障基地。湛江灣實驗室的海上試驗場，采取以水面及水下智能船、深遠(yuǎn)海裝設(shè)備等為試驗?zāi)繕?biāo)，進(jìn)行智能技術(shù)、系統(tǒng)、功能等測試、審核及評估。此外，試驗場還開展對水下探測、大型浮式平臺等方向的研究，并開展基礎(chǔ)測試?yán)碚?、海洋試驗驗證等技術(shù)的研究。

2.3? ?實地考察調(diào)研

珠海云洲智能科技有限公司，是我國民用無人船研發(fā)和供應(yīng)商，其在無人艇方面不斷創(chuàng)新，并建設(shè)了香山海洋科技港，擁有無人船的完全自主知識產(chǎn)權(quán)。我們實地考察珠海云洲智能科技有限公司，與其工程師一起分析目前智能船舶測試場遇到的各種挑戰(zhàn)，探討測試場的改進(jìn)以及未來的規(guī)劃方向。該測試場從啟動建設(shè)到正式啟用不到一年，卻已參與了一些重要且大規(guī)模的測試任務(wù)。

對于自主船舶，其測試環(huán)境和配套的測試設(shè)施尤為重要。無人船的技術(shù)測試實驗只有在高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)的海上測試場中才能盡可能地創(chuàng)建真實的實際場景數(shù)據(jù)，高效推動海洋科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3? ? ?智能船舶測試場存在問題

現(xiàn)階段智能船舶測試場在測試標(biāo)準(zhǔn)和程序、場景規(guī)定和統(tǒng)一、數(shù)據(jù)管理和分享、運營成本等方面仍處于摸索階段，對存在的具體問題需得到高度重視。

3.1? ?場景模擬規(guī)范不統(tǒng)一，測試場與實際環(huán)境差異大

截至2020年11月底，挪威、芬蘭、中國均開放了部分智能船舶測試場。由于地域、地區(qū)、環(huán)境的不同，各智能船舶封閉測試場的場景建設(shè)受到限制，且因為測試區(qū)的運營主體和測試場規(guī)模存在差異，導(dǎo)致在技術(shù)人員配備、數(shù)據(jù)平臺搭建能力等方面也存在差別，若同樣的智能船舶在差異較大的測試場分別進(jìn)行測試，可能會導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)或較嚴(yán)重的偏差，從而給實際海況中的智能船舶帶來事故隱患。

3.2? ?測試規(guī)范不一致，信息互通性差

2018年5月，結(jié)合國際海事組織（IMO）海上安全委員會（MSC）的討論結(jié)果，中國船級社頒布了《自主貨物運輸船舶指南》[10]。該指南采用了基于目標(biāo)的新船結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)方法，并且按照《國際防止船舶造成污染公約》、《國際海上人命安全公約》等要求的總體安全原則，提出了關(guān)于測試智能船舶的船體構(gòu)造與安全系統(tǒng)、場景感知系統(tǒng)等的具體措施和要求。但該《指南》在統(tǒng)一測試場景的作用有限，不同國家會根據(jù)本國的交通規(guī)則、地理位置及氣候天氣等條件，創(chuàng)建符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況的測試場景，并制定相應(yīng)的測試規(guī)程施行細(xì)則。這使得各個國家及地區(qū)的智能船舶測試場在測試章程、信息管理等方面沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致全球智能船舶測試的信息得不到準(zhǔn)確的分享，使研究人員缺乏對全球智能船舶測試環(huán)境的宏觀把握。

3.3? ?數(shù)據(jù)難共享，無法得到充分利用

3.3.1? 數(shù)據(jù)收集困難，數(shù)據(jù)管理缺失

智能船舶主體運營企業(yè)一般會對船舶各種性能數(shù)據(jù)保密，并限制測試場經(jīng)營方收集有關(guān)數(shù)據(jù)。例如：船舶所在海域的水文氣象及船舶狀態(tài)、航線等場景信息，即便是拿到了申請檢驗證書所需的船只數(shù)據(jù)也很難達(dá)成數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

3.3.2? 測試數(shù)據(jù)存儲與傳輸問題

智能船舶與岸基的數(shù)據(jù)需要實時交互，但由于通信設(shè)備能力限制，現(xiàn)在還做不到將測試過程中獲得的數(shù)值、圖像及音視頻等數(shù)據(jù)信息全部傳輸回岸端。由于自主船舶的航行時間長、數(shù)據(jù)總量大，檢索與存儲難度也更大，需要存儲在符合大量復(fù)雜數(shù)據(jù)安全管理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心，這就對船舶數(shù)據(jù)存儲中心提出了穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、安全性等要求。

3.3.3? 數(shù)據(jù)收集缺乏規(guī)范和后期處理

各測試場平臺相互獨立，沒有建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺標(biāo)準(zhǔn)，測試采集格式和規(guī)范等也未統(tǒng)一，因此數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸、匯總、加工處理等難度大，敏感數(shù)據(jù)的界定標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)脫敏后的二次開發(fā)應(yīng)用仍需繼續(xù)研究[11]。

3.4? ? 存在安全隱患，監(jiān)管有待加強(qiáng)

3.4.1? 安全保障能力不足

在水域測試過程中，會出現(xiàn)無關(guān)船舶干擾、通信電磁干擾等因素，導(dǎo)致船舶航行軌跡異?；蚴Э亍＿@是因為船舶本身的抗干擾能力有待提升、設(shè)備保護(hù)措施不夠完善，需要測試場主體具有足夠的安全保障能力。因為測試水域的開放性，不能單靠測試場經(jīng)營方來實現(xiàn)上面的安全保障要求，需要國家海洋局、海事局等海洋監(jiān)管部門予以支持，協(xié)同管控開放水域以減少測試工作風(fēng)險，設(shè)立推動海洋科技創(chuàng)新的管理機(jī)制。

3.4.2? 網(wǎng)絡(luò)安全隱患

互聯(lián)網(wǎng)的匿名性使得新型海盜襲擊行為更隱蔽、風(fēng)險更低，為黑客攻擊智能船舶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了便利。攻擊連接互聯(lián)網(wǎng)的智能船舶，可從任意一個連接互聯(lián)網(wǎng)的地點發(fā)起，加劇船舶遭遇網(wǎng)絡(luò)襲擊的隱患[12]。

目前船上應(yīng)用的各種計算機(jī)，主要是將數(shù)據(jù)作為信息使用，可能遭遇的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險為：信息被竊取、數(shù)據(jù)被篡改或破壞以及被敲詐勒索等;而船與岸基之間、岸基與數(shù)據(jù)中心之間的信息傳輸，有可能遇到高頻信號干擾，甚至黑客可通過偽造的數(shù)據(jù)信號來誘騙甚至劫持船舶，造成擱淺、污染環(huán)境等嚴(yán)重安全事故，如果應(yīng)對不當(dāng)甚至?xí)斐纱皽缡?、人員傷亡。

3.4.3? 建設(shè)運營成本高

智能船舶還沒有進(jìn)入大眾消費級市場，目前只是針對智能船舶性能需求定制化、小批量開發(fā)生產(chǎn)，短期內(nèi)無法擴(kuò)大市場規(guī)模。建設(shè)測試場需要場地資源的投入、配備相關(guān)設(shè)備以及長期維護(hù)的投資成本[13]，投資回報時間長，這些都是推動測試場建設(shè)發(fā)展需要解決的問題。

4? ? ?測試場建設(shè)及協(xié)同發(fā)展的建議

4.1? ?規(guī)范數(shù)據(jù)收集處理，探索數(shù)據(jù)平臺建設(shè)

開展測試場的評價工作，對封閉測試場地進(jìn)行資質(zhì)認(rèn)證;鼓勵測試場間測試結(jié)果共享互認(rèn)，對外公布各測試主體的測試數(shù)據(jù)，加強(qiáng)溝通和協(xié)調(diào);制定并發(fā)布測試評價，測試場地建設(shè)和測試數(shù)據(jù)等不同層級的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;支持測試船舶所屬企業(yè)提交其它省市的測試場測試報告，申請檢驗證書等測試互認(rèn)工作;加強(qiáng)測試場數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，探索測試場間的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，以及數(shù)據(jù)脫敏后的二次開發(fā)利用。

4.2? 建立各測試場間的交流機(jī)制

充分利用5G技術(shù)發(fā)展、海上絲綢之路、北斗導(dǎo)航完成組網(wǎng)等歷史發(fā)展機(jī)遇，著力推進(jìn)大規(guī)模的國際間智能船舶測試示范交流，簽訂測試場示范合作框架協(xié)議，建立行之有效的數(shù)據(jù)共享開放規(guī)則以及資源共享機(jī)制;豐富開放水域場景，開展典型的特定測試場景示范;探索測試場景的差異化，支持市場化商業(yè)運作，推動測試場的可持續(xù)發(fā)展[11]。

4.3? ?構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全響應(yīng)體系結(jié)構(gòu)

增強(qiáng)智能船舶網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)架構(gòu)，布設(shè)多架構(gòu)冗余系統(tǒng)，降低網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險;構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險管理體系，包括應(yīng)急策略、檢測方法、防護(hù)手段、指導(dǎo)性文件等;加強(qiáng)各個層次和部門的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險應(yīng)對意識，明確管理的等級和防控舉措，實現(xiàn)船舶網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險的可控;建立船舶網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測程序，建立不間斷的監(jiān)控過程，隨時監(jiān)控各系統(tǒng)運行狀態(tài)，確保能夠準(zhǔn)確識別船舶內(nèi)部和外部面臨的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，特別是船舶遭遇網(wǎng)絡(luò)威脅時的應(yīng)急反應(yīng)程序，指導(dǎo)各層級管理人員和船員進(jìn)行應(yīng)急處理，及時發(fā)現(xiàn)原因并迅速消除影響。

4.4? 探索可持續(xù)商業(yè)模式

與海洋平臺合作，測試檢驗依托于太陽能、波浪能、鹽差能等新能源充電場景;與金融保險公司合作，依托于智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的保險等場景;與安全產(chǎn)業(yè)合作，有船舶安全、信息安全等場景;與人工智能產(chǎn)業(yè)合作，有智能船舶的物流、出租、自動接駁等場景。

測試場應(yīng)了解測試主體客戶真正需求及需求量的大小，探索開放水域測試，半開放水域測試以及封閉水域測試的不同服務(wù)形式，避免利用率低的資源浪費;以測試場為橋梁，多方面擴(kuò)展測試平臺服務(wù)、科普文創(chuàng)等周邊產(chǎn)業(yè);創(chuàng)新服務(wù)方式，拓展測試檢驗服務(wù)外延，提升競爭力;用補(bǔ)助補(bǔ)貼、設(shè)備租賃優(yōu)惠、專項基金支持、政府招標(biāo)采購等方式，積極調(diào)動多方面經(jīng)濟(jì)支持要素投入測試場商業(yè)市場;測試場所在地方政府在海域租用、稅收、信貸等方面給出政策扶持，幫助測試場商業(yè)規(guī)?；?。

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