智能船，一路好風(fēng)景

丁 杰

海運(yùn)，自古是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)。來自歐洲海事局的事故年報(bào)的數(shù)據(jù)顯示，全球范圍內(nèi)，在2011～2016期間，總計(jì)有18655起事故報(bào)告，其中傷亡16539人次，死亡600人次。在高發(fā)的海上事故背后，人為失誤的影響不可忽視。據(jù)世界海事大學(xué)人為因素研究專家鮑姆樂教授介紹，航運(yùn)界60%～90%的事故是由人為失誤引起的。另外，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，船員費(fèi)用已成為船舶在航運(yùn)過程中僅次于燃料費(fèi)用的第二大支出項(xiàng)目。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新理念、新技術(shù)的突飛猛進(jìn)，船舶自動(dòng)化水平不斷提高，通過高科技的智能機(jī)器人代替海員，提高航運(yùn)安全以及降低航運(yùn)成本的設(shè)想，有了現(xiàn)實(shí)科技的支撐。海上自主水面船，又稱智能船舶、無人駕駛船舶，引起了航運(yùn)界極大的興趣。目前，在全球范圍內(nèi)，多個(gè)國家的科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)和高校，正在開展海上自主水面船項(xiàng)目的研究、測試工作。

海上自主水面船的定義

海上自主水面船（MASS），又稱無人駕駛船船或智能船或遙控船。不同的國家、機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)其定義不盡相同。本文，節(jié)選其中具有代表性的幾個(gè)，具體如下：

1、知名船級(jí)社對(duì)海上自主水面船的定義

中國船級(jí)社（CCS）將海上自主水面船定義為智能船舶，是指利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動(dòng)感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸?shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶。

美國船級(jí)社（ABS）將海上自主水面船定義為集成各種傳感器、智能導(dǎo)航系統(tǒng)、主推進(jìn)裝置和輔助機(jī)械并具有相關(guān)邏輯決策能力的船舶。該邏輯決策能力，可以使船舶在沒有人員干預(yù)的情況下，根據(jù)環(huán)境變化對(duì)任務(wù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

英國勞氏船級(jí)社（LR）將海上自主水面船視為有網(wǎng)絡(luò)控制能力的船（cyber enabled ships），并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能的深淺，分為AL0--AL5六個(gè)等級(jí)。

挪威-德國勞氏船級(jí)社（DNVGL）將海上自主水面船定義具有一定程度的自動(dòng)和自我調(diào)控能力的船舶。

2、IMO對(duì)海上自主水面船的定義

在國際海事組織（IMO）海上安全委員會(huì)第99次會(huì)議上，IMO對(duì)無人船和無人船的自動(dòng)化程度進(jìn)行了初步定義。MASS被定義為能在不同程度上可以獨(dú)立于與人類交互作用獨(dú)立運(yùn)行的船舶。MASS的自動(dòng)化程度也被劃分了如下幾個(gè)層級(jí)：

1）具有自動(dòng)化流程和自動(dòng)化決策支持的船舶：海員在船上操作和控制船載功能系統(tǒng)。一些操作可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

2）船上有海員的遠(yuǎn)程控制船舶：這種船舶需要有人員在另一個(gè)地方進(jìn)行控制和操縱，但船上也需要配備一定數(shù)量和功能的海員。

3）船上沒有海員的遙控船舶：船舶的控制和操作在另一個(gè)地方進(jìn)行，同時(shí)船上不用配置海員。

4）完全無人的自動(dòng)船：這類船舶的操作系統(tǒng)能夠自主決定并做出反應(yīng)和行動(dòng)。

海上自主水面船的國外發(fā)展現(xiàn)狀

1、歐盟MUNIN項(xiàng)目

2012年9月至2015年8月，來自德國、挪威、瑞典、冰島及愛爾蘭的八家研究所共同開展了“海上無人駕駛智能網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航（Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks，簡稱MUNIN）”項(xiàng)目，以無人散貨船為對(duì)象開展大型無人駕駛船舶的研究，旨在從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和法律三個(gè)方面，對(duì)在公海上運(yùn)行一艘無人駕駛商用船舶的可行性進(jìn)行評(píng)估，項(xiàng)目總的花費(fèi)為380萬歐元。目標(biāo)船的測試區(qū)域在挪威境內(nèi)，先進(jìn)感知系統(tǒng)、自主航行系統(tǒng)、機(jī)艙自主檢測和控制系統(tǒng)、路上控制中心等概念均在該項(xiàng)目中得到驗(yàn)證。最終，該項(xiàng)目得出結(jié)論，海上自主水面船與傳統(tǒng)的船舶相比，具有減少航運(yùn)公司操作成本和減少污染物排放方面的明顯優(yōu)勢。

2、挪威“Yara Birkeland”號(hào)項(xiàng)目

圖1：MUNIN項(xiàng)目概念圖

2017年，康士伯和全球最大化肥制造商挪威Yara集團(tuán)以及Marin Teknikk公司聯(lián)手開展了全球首個(gè)采用電力推進(jìn)的零排放無人船舶項(xiàng)目。該項(xiàng)目試驗(yàn)船舶“Yara Birkeland”號(hào)集裝箱完全按照無人船模式設(shè)計(jì)，沒有傳統(tǒng)的橋樓和駕駛艙，船長80米，寬15米、能夠裝載120個(gè)20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，正常航速6節(jié)，最大速度13節(jié)。該船除了不用配備船員之外，船上還采用電池作為動(dòng)力，設(shè)計(jì)也不需要壓載水艙。該船利用自身安裝的全球定位系統(tǒng)、雷達(dá)、攝像機(jī)和傳感器等，能夠在航道中實(shí)現(xiàn)避讓其他船舶，另外，船上還配有一套自動(dòng)系泊系統(tǒng)，停泊和起航都無需人力介入，并在到達(dá)終點(diǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)自行?？?。康士伯負(fù)責(zé)提供“Yara Birkeland”號(hào)所需要的全部關(guān)鍵能動(dòng)技術(shù)，包括遠(yuǎn)程和全自動(dòng)操作需要的傳感器和集成，以及電力驅(qū)動(dòng)、電池和推進(jìn)控制系統(tǒng)。據(jù)悉，“Yara Birkeland”號(hào)于今年開始試運(yùn)營，在挪威南部一條長37英里（約合59．5公里）的航線上運(yùn)送肥料。2019年投入運(yùn)營，初期該船將配備船員運(yùn)營，預(yù)計(jì)2020年開始實(shí)現(xiàn)完全無人自動(dòng)航行。

圖3：Jaakonmeri測試區(qū)示意圖

3、首個(gè)海上水面自主船測試區(qū)在芬蘭正式運(yùn)營

圖2：“Yara Birkeland”號(hào)無人駕駛集裝箱船在Sintef的水池中進(jìn)行模型測試

2017年8月，全球首個(gè)與無人駕駛航運(yùn)項(xiàng)目相關(guān)的測試區(qū)域在芬蘭正式運(yùn)營。據(jù)悉，這是全球首個(gè)國際性測試區(qū)，對(duì)于任何希望測試無人駕駛的海上運(yùn)輸、船舶或者相關(guān)的技術(shù)，都可提供服務(wù)。這個(gè)測試區(qū)將被命名為Jaakonmeri測試區(qū)，位于芬蘭西部海岸埃烏拉約基市，由DIMECC公司控制和管理，北部地區(qū)最長的一側(cè)長約17．85公里（9．9海里），西側(cè)長約7．10公里（3．9海里）。該地區(qū)由公海中的開闊水域組成，深度介于16至60米之間，并且在冬季期間還提供了冰情條件下的測試機(jī)會(huì)，整個(gè)測試區(qū)具有卓越的數(shù)據(jù)連接能力。

4、首個(gè)海山自主水面船航運(yùn)公司 Massterly 在挪威成立

2018年4月，挪威航運(yùn)巨頭威爾森集團(tuán)（Wilhelmsen）和康士伯（Kongsberg）聯(lián)手建立全球首家無人船航運(yùn)公司——“Massterly”，新公司設(shè)在挪威呂薩克。該公司旨在為無人船提供完整的價(jià)值鏈服務(wù)，涵蓋設(shè)計(jì)、開發(fā)、控制系統(tǒng)、物流服務(wù)和船舶運(yùn)營。公司將建立陸基控制中心，來監(jiān)測和運(yùn)營挪威和其他國家的無人船。據(jù)最新消息，康士伯公司（Kongsberg）的TomEyst 先生已經(jīng)被任命為該公司總經(jīng)理，將負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)Massterly公司的成立和發(fā)展，提高和加強(qiáng)威爾森和康士伯的力量和競爭力。

5、日本自主運(yùn)輸系統(tǒng)概念技術(shù)項(xiàng)目

2017年5月16日，日本商船三井（MOL）宣布，與三井造船合作研發(fā)的海上自主運(yùn)輸系統(tǒng)概念技術(shù)項(xiàng)目，已獲得日本國土交通省（MLIT）認(rèn)可，作為其2017財(cái)年交通運(yùn)輸技術(shù)開發(fā)推進(jìn)項(xiàng)目。參與該項(xiàng)目的研究財(cái)團(tuán)包括商船三井、三井造船、日本國立研究海上港灣航空技術(shù)研究所、東京海洋大學(xué)、日本船級(jí)社、日本船舶技術(shù)研究協(xié)會(huì)和三井造船昭島研究所。該財(cái)團(tuán)成員將研發(fā)船舶自動(dòng)自主航運(yùn)技術(shù)概念，結(jié)合各個(gè)參與公司和機(jī)構(gòu)的實(shí)力，實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)輸船技術(shù)發(fā)展，提供可靠、安全和高效的海上運(yùn)輸服務(wù)。除了促進(jìn)自治海運(yùn)系統(tǒng)技術(shù)外，該項(xiàng)目將帶動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，并通過共享船級(jí)社和海事行業(yè)研究進(jìn)展的成果，贏得公眾對(duì)推行先進(jìn)技術(shù)的支持。該項(xiàng)目還將檢驗(yàn)與無人遠(yuǎn)洋運(yùn)輸相關(guān)的業(yè)務(wù)概念、系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施以及社會(huì)推進(jìn)之間的關(guān)系，這一計(jì)劃由日本船舶技術(shù)研究協(xié)會(huì)提出。

6、美國軍方Sea Hunter 項(xiàng)目

美國軍方已經(jīng)開始試驗(yàn)世界上最大無人駕駛船。這艘被命名為長“Sea Hunter”號(hào)的132英尺長無人駕駛船將在世界各大洋巡邏追逐和跟蹤目標(biāo)潛艇?！癝ea Hunter”船原型航行速度大約為30英里每小時(shí)，配備了多種傳感器和先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以檢測其他船只。五角大樓的研究機(jī)構(gòu)國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）以及Leidos公司共同合作研發(fā)了“Sea Hunter”。未來兩年，DARPA將和美國海軍在加州海岸進(jìn)行“Sea Hunter”的測試工作，測試主要關(guān)注“Sea Hunter”在航海過程中避免碰撞的反應(yīng)能力。一旦證實(shí)“Sea Hunter”是安全、可靠的，該船只將自動(dòng)行駛并將一次性出海幾個(gè)月，行駛距離將達(dá)10000海里。

無人船的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

1、中國船級(jí)社與海上自主水面船規(guī)范和指南

2015年，中國船級(jí)社頒布《智能船舶規(guī)范》，2016年3月1日正式生效。規(guī)范將智能船舶分為智能航行、智能船體、智能機(jī)艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺(tái)六大功能模塊，是全球首部涵蓋了從智能船舶從設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)營生命周期的船級(jí)社規(guī)范。

2017年12月6日，中國船級(jí)社舉辦智能船/無人船新技術(shù)論壇。論壇分為智能船舶、無人貨物運(yùn)輸船舶、無人水面艇、新檢驗(yàn)技術(shù)等4個(gè)專題。在無人貨物運(yùn)輸船舶專題，CCS介紹了為滿足業(yè)界對(duì)無人貨物運(yùn)輸船的開發(fā)需求，針對(duì)無人船操作場景及風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采用目標(biāo)型標(biāo)準(zhǔn)（GBS）方法編寫的無人貨物運(yùn)輸船舶技術(shù)要求，包括無人貨物運(yùn)輸船舶功能要求、實(shí)現(xiàn)功能的規(guī)定要求和檢驗(yàn)試驗(yàn)要求等。在無人水面艇專題，CCS介紹了為滿足國內(nèi)外軍民融合無人艇的研發(fā)和應(yīng)用需求，基于GBS理念編寫的《無人水面艇檢驗(yàn)指南》。

2、大連海事大學(xué)無人船技術(shù)與系統(tǒng)聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2017年7月，由中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司、大連海事大學(xué)、中國船級(jí)社、交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院共建的無人船技術(shù)與系統(tǒng)聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在大連海事大學(xué)正式揭牌成立。該實(shí)驗(yàn)室將重點(diǎn)圍繞無人船舶設(shè)計(jì)建造及運(yùn)營所涉及的共性技術(shù)、關(guān)鍵系統(tǒng)和工程裝備，以及相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)開展研究，加強(qiáng)無人船舶、智能船舶領(lǐng)域的深度合作。2018年4月27日，大船集團(tuán)與大連海事大學(xué)簽署“無人船技術(shù)創(chuàng)新”戰(zhàn)略合作協(xié)議。圍繞無人船技術(shù)研究開展全方位、多領(lǐng)域的合作，力爭實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，推動(dòng)我國無人駕駛船的技術(shù)進(jìn)步及相關(guān)學(xué)科建設(shè)和該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)。

3、中船集團(tuán)綠色海豚項(xiàng)目首船交付

2017年12月4日，由中船集團(tuán)旗下中船黃埔文沖船舶有限公司建造的中船Idolphin 38800噸智能散貨船“大智”輪正式交付使用。該船首次實(shí)現(xiàn)了智能船舶的實(shí)船自主研制并投入商業(yè)化運(yùn)營，是中船集團(tuán)智能船舶示范工程的創(chuàng)新產(chǎn)品，也是全球第一艘按照中國船級(jí)社（CCS）智能船舶規(guī)范建造并申請(qǐng)CCS智能船符號(hào)I-SHIP(N M E I)的船舶，第一艘申請(qǐng)英國勞氏船級(jí)社（LR）智能船符號(hào)CYBERSAFE、CYBER-PERFORM、CYBER-MAINTAIN的 船 舶。該船安裝了船舶運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)（SOMS）和智能航行系統(tǒng)，SOMS系統(tǒng)擁有智能航行、智能機(jī)艙、智能能效管理三套子系統(tǒng)。其中，智能航行系統(tǒng)預(yù)設(shè)了110余個(gè)智能數(shù)據(jù)分析模型，將多種航運(yùn)線路的船舶狀況、海洋環(huán)境、衛(wèi)星導(dǎo)航信息進(jìn)行計(jì)算分析，給出省時(shí)、省油、舒適和低成本的綜合路線建議；智能機(jī)艙通過船舶健康管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)傳遞船舶設(shè)備健康狀況，可以在設(shè)備出現(xiàn)故障前預(yù)警，并告知排除解決的方法，比如系統(tǒng)分析出主機(jī)的一個(gè)噴油嘴該更換，就會(huì)提示工程師提前檢查更換，實(shí)現(xiàn)“近零故障”、無憂管理的運(yùn)營目標(biāo)；智能能效系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析評(píng)估船舶海上航行能源消耗、設(shè)備性能狀態(tài)，提供基于數(shù)據(jù)的能效分析結(jié)果，以及航線優(yōu)化、最佳配載等能耗優(yōu)化決策建議，以降低全船整體能源成本。該船成功面世，標(biāo)志著智能船舶、智能航運(yùn)時(shí)代的到來。

4、云洲智能不只有“筋斗云”

2017年，云洲智能與珠海市政府、中國船級(jí)社和武漢理工大學(xué)，共同啟動(dòng)全球首艘投入商業(yè)運(yùn)營的小型無人貨船“筋斗云”號(hào)項(xiàng)目，寓意“云”上航行，智能自主化運(yùn)行。項(xiàng)目規(guī)劃為500噸級(jí)無人貨船，船身長度為50米，采用電力推進(jìn)，續(xù)航能力可達(dá)500海里，預(yù)計(jì)將在2019年率先在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營。

圖4：云洲智能無人艇

圖5：珠海萬山無人船海上測試場

2017年12月，珠海云洲智能有限公司無人艇獲得CCS頒發(fā)首本的原則認(rèn)可證書，成為第一艘獲得CCS原則認(rèn)可的無人艇。

在2018年央視春晚的珠海分會(huì)場上，一艘7．5米長的“瞭望者”號(hào)海洋無人艇帶領(lǐng)著80艘1．6米長的小型無人船列隊(duì)通過港珠澳大橋。本次演出的現(xiàn)場環(huán)境屬于三級(jí)海況，既要滿足隊(duì)形變換，又要避免碰撞，難度和挑戰(zhàn)非常高。此次編隊(duì)航行，也是全球首次無人船大規(guī)模編隊(duì)航行。

5、無人船測試區(qū)

圖6：“藍(lán)谷”海上自主水面船測試區(qū)位置

2017年，云洲智能與珠海市政府、中國船級(jí)社、武漢理工大學(xué)，共同啟動(dòng)珠海萬山無人船海上測試場建設(shè)項(xiàng)目，2018年11月30日正式啟用，中國船級(jí)社為其頒發(fā)測試場服務(wù)供應(yīng)方認(rèn)可證書。這是我國第一個(gè)經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可的無人船海上測試基地。通過在規(guī)劃水域附近島礁上建設(shè)網(wǎng)絡(luò)、通訊、導(dǎo)航、 雷達(dá)、光電、自動(dòng)系泊碼頭等測試場景系統(tǒng)工程和基礎(chǔ)設(shè)施，在規(guī)劃海域設(shè)計(jì)面向不同船型的多維度的測試和試驗(yàn)場景，如自主避障、協(xié)同編隊(duì)、遠(yuǎn)程駕駛、自主作業(yè)、警戒巡邏、通訊測試等，未來將成為我國無人船先進(jìn)技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究制訂、產(chǎn)品技術(shù)檢測認(rèn)證服務(wù)及應(yīng)用示范的高新技術(shù)主要基地，無人船新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式展示發(fā)布和國內(nèi)外交流合作的重要主要窗口。

2018年5月18日，中國智能航運(yùn)發(fā)展研討會(huì)在青島藍(lán)谷舉行，由交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院和智慧航海（青島）科技有限公司共同建設(shè)的智能航運(yùn)技術(shù)創(chuàng)新與綜合實(shí)驗(yàn)基地在青島藍(lán)谷正式啟動(dòng)。據(jù)了解，該基地啟動(dòng)區(qū)位于青島市即墨鰲山灣畔的青島藍(lán)谷，規(guī)劃占地約750畝，基地啟動(dòng)區(qū)一期投資約100億元，計(jì)劃于7月底進(jìn)場開工建設(shè)，將建航運(yùn)研發(fā)中心、運(yùn)控中心、測試中心、人才培訓(xùn)中心、學(xué)術(shù)交流中心。

6、智能航運(yùn)論壇

2018年7月31日至8月1日，“新時(shí)代·大航?！?qiáng)國夢—智能航運(yùn)與未來”峰會(huì)在上海召開，來自全國交通系統(tǒng)主管部門、國內(nèi)外知名港航企業(yè)、科研院所、相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)組織等單位的300名代表齊聚一堂，圍繞智能航運(yùn)的發(fā)展政策、技術(shù)規(guī)范、典型經(jīng)驗(yàn)、未來趨勢及發(fā)展思路等話題，展開了深入交流。此次峰會(huì)上，表明海上自主水面船的發(fā)展，引發(fā)了交通主管部門的深切關(guān)注，對(duì)國內(nèi)有關(guān)海上自主水面船發(fā)展政策和法規(guī)的研究和制定，具有積極意義。

IMO在行動(dòng)

作為主管全球航運(yùn)安全的政府間合作組織，IMO關(guān)注的熱點(diǎn)反映出的是航運(yùn)圈的熱點(diǎn)。2017年7月召開的IMO海安會(huì)（MSC）第98屆會(huì)議，考慮了挪威、丹麥、愛沙尼亞、芬蘭、日本、荷蘭、韓國、英國和美國提出的提案，將海上自主水面船（autonomous ships）列入IMO會(huì)議議程。IMO秘書長林基澤也在多個(gè)場合對(duì)“人、船、港”智能化管理表示期待和關(guān)注。

2018年5月，IMO海安會(huì)（MSC）第99屆會(huì)議正式宣布將研究并制定相關(guān)公約規(guī)范解決海上自主水面船（無人船/智能船/智慧船/智能船/自動(dòng)船等叫法需等業(yè)內(nèi)統(tǒng)一）安全、安保、環(huán)保等一系列問題。據(jù)IMO透露，作為正在進(jìn)行中的工作，目前海安會(huì)已經(jīng)簽署了一個(gè)監(jiān)管范圍界定的框架性文件，包括對(duì)MASS和自動(dòng)化程度的初步定義。在5月16日～25日召開的MSC99次會(huì)議上，MSC還成立了一個(gè)MASS通信協(xié)調(diào)小組，以監(jiān)測在本次會(huì)議上達(dá)成的框架和方法的可行性，并向下一屆海安會(huì)會(huì)議報(bào)告。

雖然，截止筆者行文之日，在世界范圍內(nèi)仍無一艘真正意義的海上自主水面船投入到商業(yè)運(yùn)行中，但正如文章分析的那樣，航運(yùn)界的新寵兒正在一步步的走向航運(yùn)市場，并隨之帶來航運(yùn)界的革命風(fēng)暴。作為船舶主管機(jī)關(guān)，海事管理機(jī)構(gòu)應(yīng)該設(shè)立專門的海上自主船研究團(tuán)隊(duì)，研究海上自主水面船時(shí)代國際公約、國內(nèi)法律法規(guī)的修改情況。