海上水面自主船舶發(fā)展分析

邢 川 李 偉 李國寅

對于船舶工業(yè)而言，智能船舶的發(fā)展已具備技術可行性。大數據、移動互聯、云計算、人工智能等新技術與海運業(yè)的結合，將從根本上改變傳統海運生產、運營、管理技術和模式。目前IMO已著手開始制定國內外海上水面自主船舶（簡稱MASS）發(fā)展標準，國內外企業(yè)、科研院所針對MASS提出了自己的主張和研究方向。船舶智能化的發(fā)展將導致船舶建造運營、管理全產業(yè)鏈的變革，因而了解和把脈智能船舶發(fā)展趨勢、緊跟發(fā)展形勢尤為迫切。

一、IMO框架下關于MASS的發(fā)展

MASS是IMO在MSC98會議上的新增議題，目前僅僅在IMO的海上安全委員會（簡稱MSC）第98次、第99次、第100次會議上進行了討論，初步形成了發(fā)展路線圖和研究報告?？傮w而言IMO對MASS的發(fā)展還停留在法規(guī)梳理層面，試圖為MASS發(fā)展掃清法規(guī)障礙。

（1）在MSC98上，英國、丹麥、芬蘭、荷蘭、日本、挪威、韓國、美國、愛沙尼亞等國家提出IMO應增加對MASS的研究，因為目前關于MASS的商業(yè)研發(fā)和應用規(guī)模正在增長，但對于這類船舶如何適用，現有法規(guī)并未涉及，因此應進行立法范圍界定，建議開展關于MASS的監(jiān)管范圍界定工作（Regulatory scoping exercise for the use of MASS），目標完成日期是2020年。主要任務包括三方面：①排除無人操作的IMO法規(guī)；②不適用無人操作的IMO法規(guī)（即僅涉及船上人員的法規(guī)）；③未排除無人操作，但為保障MASS建造和營運的安全、安保和環(huán)境友好，需要進行修改的現有IMO法規(guī)。會后，各成員國同意新增產出，決定開展法規(guī)梳理工作，識別IMO框架下與MASS的安全和操作相關的條款，并明確完成時間是MSC99到MSC102。

（2）在MSC99上，關于MASS的提案，各方共遞交17份，其中信息類提案6份，中國提案2份。17份提案涵蓋了MASS的定義與分級、法規(guī)梳理、MASS工作計劃及MASS經驗分享等方面。中國的主張是MASS的完全自主無人運行應分階段逐步實現，建議法規(guī)梳理工作應按照有人MASS和無人MASS分別進行，并且在開展技術法規(guī)梳理工作的同時優(yōu)先考慮基于GBS（Goal Based Standard ）架構制定。會后形成了法規(guī)梳理的工作框架，框架中包括目標、概念和定義、分級、方法論、工作計劃等要素。基于會上的討論和共識，會議結束后成立了通信組專題開展工作。該工作組由芬蘭牽頭，其他134個成員或組織參與；其目的是試圖確定MASS定義和分級，確定法規(guī)梳理的方法、范圍、內容等，用以保障法規(guī)梳理的有效性和針對性，為后續(xù)的工作提供指導。同時決定在法律委員會的雙年度議程和第106屆法委會的臨時議程中納入一個題為“開展關于MASS的監(jiān)管范圍界定工作”的工作計劃，目標完成時間為2022年。

（3）MSC100已于2018年12月3日召開但尚未有工作報告披露，根據會議目前披露的文件，共提交提案12份，其中9份動議性提案，3份信息類提案。其中芬蘭遞交的通信組工作報告（MSC100/5）是本次會議的重點，IMO秘書處、中國、美國、日本、芬蘭對該提案都發(fā)表了各自的評論。對于MSC100/5的內容，各方主要爭論焦點為立法界定的框架、工作方法等。美國主張分組討論，中國主張簡化梳理范圍，澳大利亞等國建議重新定義分級方法。從各方的主張看，秘書處的評論更加符合實際，希望在通信組報告的基礎上，建立相應的工作組和工作平臺，開展工作。

二、MASS發(fā)展綜述

與傳統船舶相比，MASS排除了人為因素的干擾，不用建設生活區(qū)，在設計上可以選擇更加優(yōu)化的方案，因而在運營效率、航運安全性、節(jié)能減排等方面具備突出的特點。基于此，業(yè)界對MASS的研究熱情高漲，又各具特點。

（一）國外方面

20世紀70年代，無人水面艇（USV）就被廣泛應用于美軍的反水雷艦艇系統上。2000年初期，美國在其沿海形成具有戰(zhàn)斗力的海上無人水面艇（USV）船隊。2016年，在美國國防部高級研究計劃局（DARPA）主導下，美國下水當時世界上最大的“海上獵手”無人反潛船。2018年1月，在過去兩年進行廣泛海試后，美國國防部高級研究計劃局完成“海上獵手”無人水面艇項目。海軍研究署計劃進一步開展海試，開發(fā)包括自動化有效載荷和傳感器數據處理，快速開發(fā)針對新的特定任務的自主能力，并探索多艘無人水面艇協同能力。非軍方方面，位于弗吉尼亞州的UOV公司研發(fā)了理論上續(xù)航能力為無限長的UOV，適用于海洋數據收集、測量等。

英國是最早開始MASS研究的國家之一。2014年9月英國就已正式開始MASS的研究工作，并在2015年的MSC95會議上，提交了一份關于MASS的提案，希望國際航運業(yè)利益相關者參與該項研究。此后，2016年3月，英國航運業(yè)協會發(fā)布了《關于MASS的推薦性行業(yè)行為指南》。2018年11月，該協會發(fā)布了修訂版的《關于MASS的推薦性行業(yè)行為指南》。英國羅爾斯-羅伊斯公司在2014年首次推出了自動無人版本未來航運概念， 2017年6月與馬士基集團旗下拖輪公司Svitzer共同完成了全球首次商船遠程操作，2017年10月與谷歌達成合作共同研究無人自主航運。2018年7月，挪威康士伯集團宣布與羅爾斯-羅伊斯公司達成協議，收購羅爾斯-羅伊斯公司的商用船舶（Rolls-Royce Commercial Marine）業(yè)務。

2015年，芬蘭國家技術創(chuàng)新局（TEKES）資助并啟動了“高級自主航行應用計劃”（AAWA）的項目，該項目由芬蘭國家技術研究中心、坦佩雷理工大學、奧伯學術大學、阿爾托大學、圖爾庫大學等芬蘭科學研究機構與羅爾斯-羅伊斯公司、德他馬林公司（Deltamarin）、納帕公司（NAPA）、DNVGL集團和國際海事衛(wèi)星組織（Inmarsat）等知名海事企業(yè)組成，努力探求集技術性、經濟性、合理性、安全性為一體的船舶自主航運綜合解決方案。2016年，TEKES推出 “新商業(yè)生態(tài)系統”，以研發(fā)自主航運解決方案，計劃于2025年實現自主航運。

2016年，挪威在特隆赫姆峽灣設立全球首個無人船測試基地，該測試基地由挪威大學自主海洋運行科技中心（NTNU AMOS）和挪威政府合作建立。測試區(qū)域位于特隆赫姆港，已經被用于測試導航和防撞系統。2017年，挪威康士伯集團（Kongsberg）與亞拉公司（Yara）聯手建造世界上第一艘實現零排放、全電推、自主航行的集裝箱船“YARA Birkeland”號，在2018年將其作為一艘人為操控的船舶運營，在2019年轉為遠程遙控操作，并預計從2020年開始能夠執(zhí)行完全自主操作。

2017年5月16日，日本商船三井航運公司（MOL）宣布，與三井造船株式會社聯合開發(fā)的自主遠洋運輸系統技術，已入選日本國土、基礎設施、交通和旅游?。∕LIT）的“FY2017 交通運輸研究和技術推廣計劃”，計劃在2025年打造出大型無人駕駛船隊。

（二）國內方面

由于MASS相關技術的快速發(fā)展，國內企業(yè)、科研院所和高等學校在MASS研究方面形成了一定的規(guī)模，在國際上具備了一定的競爭力。

1.中國船級社（CCS）

2015年，CCS發(fā)布了《智能船舶規(guī)范》，明確了智能船舶在智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物管理、智能集成平臺等方面的具體要求。2017年，中國船級社、珠海市政府和武漢理工大學、云洲智能公司四方共同啟動國內首個小型無人智能貨船項目。2017年6月，美國船級社、中國船級社、中國艦船研究設計中心、滬東中華造船（集團）有限公司等多家全球船舶行業(yè)頂級企業(yè)和機構齊聚上海，共同成立無人貨物運輸船開發(fā)聯盟。通過近幾年的科研和實踐，中國船級社在智能船艇領域已積累了大量的實船數據和經驗，并完成了多個研究項目。CCS開展了智能化船舶相關設計指標、規(guī)范標準、驗證模式及相關數據庫與應用平臺的研究開發(fā)工作；同時，還開展了以三維船體維護保養(yǎng)體系和機械設備維護保養(yǎng)體系為基礎的船舶全生命周期在線監(jiān)控及船岸一體化研究工作；完成了與智能船舶相關的智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物控制、智能船舶信息管理等方面的規(guī)范研究等一系列工作，為智能船舶的發(fā)展做好技術儲備。

2.交通運輸部水運科學研究院

目前，交通運輸部水運科學研究院正在積極申報國家重點研發(fā)計劃“綜合交通運輸與智能交通”重點專項“基于船岸協同的船舶智能航行與控制關鍵技術”（重大共性關鍵技術類）。計劃在2018—2022年內開展面向船岸協同技術前沿、內河和沿海條件下船岸協同技術測試體系，支撐船舶智能航行的智能化電子海圖、智能感知和認知、岸基信息支持、通信及網絡安全、遠程駕駛技術，船舶智能航行信息集成與自主駕駛技術研發(fā)，內河船舶重點航段的智能航行系統，以及沿海船舶航線智能優(yōu)化及自主航行系統開發(fā)等方面的研究。同時聯合智慧航海（青島）科技有限公司，在青島建設智能航運技術創(chuàng)新與綜合試驗基地。該基地啟動區(qū)位于青島市即墨鰲山灣畔的青島藍谷，規(guī)劃占地750畝，計劃總投資100億元，形成智能航運產業(yè)集群?；氐闹饕δ苡校褐悄艽昂Ｉ显囼灉y試場——提供法規(guī)制度與基礎設施條件健全的實驗與測試環(huán)境；智能船舶遠程航行監(jiān)控中心；智能船舶試驗項目——應用已有智能機艙和智能配載技術，5年內完成一艇、三船建造，并具備自主航行系統。其中，青島海上智能船舶測試場位于嶗山灣北部的田橫島外海，面積240平方海里，包括無人艇測試區(qū)、無人船航行測試區(qū)、靠離泊測試區(qū)和錨泊測試區(qū)等多個測試功能區(qū)，未來還可以向附近具備條件的區(qū)域擴展延伸。

3.珠海云洲智能科技有限公司

珠海云洲智能科技有限公司是我國首家專注于無人船艇研發(fā)領域的高新科技企業(yè)，先后推出世界第一艘環(huán)保無人船、中國第一艘海洋調查無人艇、中國第一艘隱身無人艇等多款創(chuàng)新產品，擁有無人船艇技術專利過百項，涉及環(huán)保、海洋勘察、安防、軍用等多個領域。聯合中國船級社、珠海市政府、武漢理工大學共同研發(fā)的全球首艘小型無人貨船“筋斗云”也將在2020年初下水，主要用于內河航運和中國海域內的海島日常補給，解決遠距離海島補給成本高的問題。在建的全國首個無人船研發(fā)測試基地——香山海洋科技港，將重點圍繞無人船海洋裝備產業(yè)鏈，集聚新一代信息技術、高端智能裝備、新材料三大高新技術，打造成為面向粵港澳大灣區(qū)的無人船產業(yè)集聚地。珠海萬山無人船海上測試場也由云洲智能牽頭建設，已于2018年11月投入使用。

4.中遠海運特種運輸股份有限公司

中遠海運特種運輸股份有限公司主營特種船，目前擁有規(guī)模和綜合實力居世界前列的特種運輸船隊，其中“新光華”號半潛船為10萬噸級半潛船，為國內最大、全球第二大半潛船，也是目前全球最大的具備DP2動力定位系統的半潛船。2018年，中遠特運發(fā)布了《智慧航運發(fā)展行動綱要》，力求沿著“人-船-貨”“箱-船-港”等要素，解決“科技-數據-業(yè)務”的深度融合，重構航運生態(tài)，對智能船舶的關鍵技術展開研究。提出基于船岸協同的“STC+”船舶智能航行技術研究（S：See，T：Touch，C：Control），開展智能船2.0的前期研究。重點解決以下問題：船岸通信信息傳輸安全技術，包括船舶內部系統之間、船岸之間和用戶訪問過程等全流程的數據和信道安全技術；基于岸基支持中心的遠程駕駛和船隊控制技術；基于船岸協同的船舶靠離泊控制技術；基于船岸協同的船舶自動駕駛技術；基于信息感知和目標識別的態(tài)勢重構和智能航行決策支持平臺技術。

5.國家層面

2017年5月科技部聯合交通運輸部印發(fā)的《“十三五”交通領域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》明確了“十三五”交通領域科技創(chuàng)新的總體思路、發(fā)展目標、重點任務布局和規(guī)劃實施，提升了交通領域技術研發(fā)與科技創(chuàng)新能力。2017年7月國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確了我國新一代人工智能“三步走”的戰(zhàn)略目標，提出了各參與方的六大重點任務，同時配套發(fā)布了資源配置方案和發(fā)展保障措施以確保落實發(fā)展規(guī)劃。2018年科技部發(fā)布國家重點研發(fā)計劃“智能機器人”等重點專項，其中包含綜合交通運輸與智能交通項目。

三、MASS研究方向

MASS的本質特征是高度自動化，部分自主決策甚至完全自主決策和執(zhí)行，因此其對現行公約、船舶運營及監(jiān)管、海上環(huán)境保護、船員群體、通信安全、船舶管轄等方面將產生深刻影響，是未來研究的重要課題。

1.MASS試驗標準

MASS的發(fā)展將是一個長期的過程，與此相關公約的制定、修訂、完善預計需數十年時間。根據IMO的計劃，2020年，即MSC102次會議上將完成MASS相關操縱和安全方面公約的梳理，意在為推進MASS的發(fā)展掃清法規(guī)障礙。按照行業(yè)發(fā)展的規(guī)律和特點，我國可以采用由點到面的方式發(fā)展：

（1）國家設立試驗區(qū)域，出臺相應的試驗法規(guī)。設立小范圍的試驗區(qū)具有通信成本低、維護方便和法規(guī)設立相對容易等優(yōu)勢，研發(fā)出來的無人船可以在這個范圍內試驗使用，一旦發(fā)現故障可以及時得到岸基支持。同時試驗區(qū)域的設立有利于MASS實驗數據的收集，有利于行業(yè)的發(fā)展。

（2）逐步推進試驗，適時推廣到固定航線船舶，測試MASS關鍵功能的可靠性。在前期測試的基礎上，可以開辟具體航線，測試MASS關鍵設備的可靠性。根據試驗的數據，設計單位可以及時對航行時間、航行能耗和避障效果等方面進行優(yōu)化，對系統進行升級，探索長時間無人干預下的實際應用。

（3）當MASS的可靠性得到驗證后，就可以組織相關單位對建造規(guī)范、責任劃分、保險理賠等作出相應的規(guī)定，根據成本、能效、市場等情況，適時進行推廣。

基于此，無人試驗場的標準制定、試驗方法、功能要求將是現階段需要解決的一個問題。MSC100會議中，芬蘭和韓國分別就海上自主水面船舶試航提交了臨時導則，我國在IMO也可以圍繞這個議題發(fā)出我們的聲音。目前，我國智能船舶和試驗區(qū)建設正在不斷推進，但往往是企業(yè)或當地政府的行為，相應的規(guī)范、標準依舊沒有，對于這個新生事物，亟待進行立法和規(guī)范。

2.船舶配員及人才教育

智能航運的快速發(fā)展中，船舶配員將發(fā)生變化，船員崗位將逐漸從船上轉移到控制中心，這也給船員知識結構、能力要求帶來變化。MASS的出現將使在船船員大幅減少，船員人數減少后，將導致甲板部和輪機部的劃分模式的改變，給船員的心理和生理帶來一定改變，因此對當前船員進行強化培訓變得相當迫切，船員教育、培訓應提前布局。鑒于目前航海類專業(yè)的培養(yǎng)目標是針對現有船舶的船員制訂的，而船舶智能化和無人駕駛船舶的出現將導致船員的結構和職責發(fā)生改變，因此建議在現有航海類專業(yè)的培養(yǎng)目標中增添“適應船舶智能化發(fā)展”或“適應無人駕駛船舶發(fā)展”等內容。但是考慮到MASS的發(fā)展，以及無人船和有人船將長期共存的問題，船舶配員的縮減將是一個持續(xù)、漸進的過程。

基于此，針對STCW配員縮減和船員教育的問題將是一個持續(xù)性的議題。我國可以根據這個議題的方向分階段提出方案。

3.新航運體系構建

新業(yè)態(tài)的發(fā)展給行業(yè)帶來的挑戰(zhàn)涉及方方面面，如船旗國、港口國、船東、管理公司、保險、物流、船級社等，需要靠業(yè)態(tài)的重構或者流程再造來解決。針對智能航運業(yè)態(tài)下的新風險、新問題和監(jiān)管需求，研究探索高效、透明、經濟的監(jiān)管模式、方法、手段，建立促進和保障智能航運安全有序發(fā)展的監(jiān)管機制與規(guī)則，構建智能航運監(jiān)管系統與平臺。根據不同發(fā)展階段和需求評估現有國際海事公約對智能系統風險控制措施的有效性，前瞻性地提出國際海事公約和規(guī)則的制定或修訂建議方案，將是一個長期的議題。

4.通信及網絡安全

通信及網絡安全是研究智能船不可避免的重要環(huán)節(jié)。如何避免黑客攻擊、避免關鍵信息泄露、在網絡攻擊時應急等都是需要進一步研究的問題。一方面是因為數據網絡安全問題，現在業(yè)界談論的智能船舶基本以“大數據”為基礎，運用先進的信息化技術，如實時數據傳輸和匯集、大計算容量、數字建模能力、遠程監(jiān)控、傳感器等，實現船舶智能化的感知、判斷分析、決策、控制及成長，從而更好地保證船舶的航行安全和效率。另一方面是數據的所有權障礙依然存在，航運業(yè)的很多信息現階段還做不到完全透明化、公開化。

四、結語

總體來說，部分智能船舶相關技術較為成熟，如環(huán)境感知技術、通信導航技術、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術等已經得到實際應用，但有些技術理論缺少在真實環(huán)境下的驗證。未來10到20年船舶智能化的發(fā)展將是決定未來船舶行業(yè)發(fā)展方向的重要因素。除了信息感知、通信導航、能效管控等關鍵技術，自動靠泊和離岸、自主維修、自動清洗、自動更換設備部件、自我防護等同樣將趨于智能化。

MASS可以在最大程度上降低人為因素的風險，促進行業(yè)發(fā)展，但同時也給整個航運業(yè)帶來了新的考驗。與MASS配套的海事法規(guī)的出臺將是一個漫長的過程，相關行業(yè)包括船級社、造船行業(yè)、船公司、船舶管理公司、航海教育等都需要在這個過程中努力推進?，F階段，由于MASS發(fā)展而面臨的關于試驗區(qū)域、試驗標準、船舶配員、通信安全等方面的問題，是當前亟待解決和研究的議題。