無人駕駛船舶“靠岸”需“破冰”

文 田瑞穎 沈春蕾

無人駕駛船舶目前的技術(shù)難點(diǎn)主要是智能感知、導(dǎo)航定位和自主巡航，其核心仍然是人工智能軟硬件技術(shù)，包括核心傳感器和智能算法。

1912年，英國(guó)大型豪華客船泰坦尼克號(hào)因撞上大西洋的冰山而沉沒，造成1500多名船員和旅客死亡。倘若泰坦尼克號(hào)客船擁有強(qiáng)大的自主航行智能系統(tǒng)，可自動(dòng)感知獲取船舶及其環(huán)境信息，自動(dòng)航行靠泊、報(bào)警、維修、啟動(dòng)應(yīng)急方案，歷史的悲劇或被改寫。

不久前，勞斯萊斯技術(shù)公司和芬蘭國(guó)有渡輪運(yùn)營(yíng)商Finferries在芬蘭圖爾庫(kù)市南部的群島上展示了世界上第一艘完全自主運(yùn)行的渡輪。近日，中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所副主任余道洋在接受采訪時(shí)表示：“隨著技術(shù)的成熟和資本的介入，無人駕駛船舶將是大勢(shì)所趨?！?/p>

無人駕駛船舶的時(shí)代，似乎離“靠岸”越來越近。然而，真正“靠岸”還需對(duì)核心智能技術(shù)、法規(guī)政策等困境進(jìn)行“破冰”。

顛覆船舶行業(yè)

無人駕駛船舶技術(shù)是指人工智能技術(shù)在船舶上的應(yīng)用。隨著傳感器和智能駕駛技術(shù)的突破，多國(guó)已開始涉足無人駕駛船舶領(lǐng)域。2016年，羅爾斯·羅伊斯（又稱勞斯萊斯）公司就發(fā)布了“高級(jí)無人駕駛船舶應(yīng)用開發(fā)計(jì)劃”（AAWA）。

倘若泰坦尼克號(hào)客船擁有自主航行智能系統(tǒng)，歷史悲劇或被改寫。（圖片來自影視劇照）

“目前，美國(guó)、以色列、英國(guó)、法國(guó)、意大利和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在USV（無人水面艇）領(lǐng)域的技術(shù)水平較高?！庇嗟姥笳f，“我國(guó)也已開展相關(guān)研究，但船體智能化總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件、智能軟件和數(shù)學(xué)模型等方面的關(guān)鍵技術(shù)還較為薄弱，且無人水面艇主要集中于民用領(lǐng)域?！?/p>

據(jù)國(guó)際海事局（IMO）通過的《國(guó)際安全管理規(guī)則》（ISM－CODE）顯示，在所有的海上事故中，約80%是人為因素造成的。無人駕駛船舶技術(shù)的應(yīng)用被認(rèn)為將大幅提高船舶航行的安全性，降低船舶運(yùn)營(yíng)成本。

除安全性外，船員成本也是船舶運(yùn)營(yíng)中的一大難題。余道洋表示，長(zhǎng)江航道有70萬艘船舶，其中1000噸以上的船舶占50%，僅長(zhǎng)江航道上船員缺口就達(dá)近萬人。

智慧航海（青島）科技有限公司董事長(zhǎng)姜海鷹告訴記者，目前船東們?yōu)榫S持航運(yùn)低谷期的運(yùn)營(yíng)，都在設(shè)法降低人員成本，這也是船舶為何越建越大的原因之一。“自主航行運(yùn)輸貨船的發(fā)展，是不可逆的趨勢(shì)，這對(duì)人員安全、成本、監(jiān)管和環(huán)保等方面的改善，都是非常有必要的。”

此前，對(duì)即將在2020年實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)的Yara Birkeland無人駕駛電動(dòng)集裝箱船，《華爾街日?qǐng)?bào)》刊文稱：“其運(yùn)載能力相當(dāng)于傳統(tǒng)貨船的3倍左右，由于不再需要燃料和船員，每年可以節(jié)約最多90%的運(yùn)營(yíng)成本?！?/p>

仍需突破核心技術(shù)

2018年12月，工業(yè)和信息化部、交通運(yùn)輸部、國(guó)防科工局聯(lián)合印發(fā)了《智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019—2021年）》（以下簡(jiǎn)稱《行動(dòng)計(jì)劃》），明確提出初步建立智能船舶規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系，突破航行態(tài)勢(shì)智能感知、自動(dòng)靠離泊等核心技術(shù)，“保持我國(guó)智能船舶發(fā)展與世界先進(jìn)水平同步”。

雖然世界主要造船國(guó)家正大力推進(jìn)智能船舶的研制與應(yīng)用，但《行動(dòng)計(jì)劃》指出，全球智能船舶仍處于探索和發(fā)展的初級(jí)階段，智能感知等核心技術(shù)尚未突破。以亮相芬蘭的世界首艘完全自主運(yùn)行的渡輪為例，其航行水域環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單、水流平穩(wěn)、航道交通流量較小，而真正的水域環(huán)境往往復(fù)雜多變且可能出現(xiàn)各種突發(fā)情況。

國(guó)際上無人船舶的關(guān)鍵技術(shù)被總結(jié)為“GNC”，即Guidance（自主巡航）、Navigation（導(dǎo)航定位）、Control（自動(dòng)控制），具體包括船體設(shè)計(jì)、自主巡航、導(dǎo)航定位、自動(dòng)控制、通信網(wǎng)絡(luò)、自主決策、傳感與感知、電源系統(tǒng)、動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)等。

“目前的技術(shù)難點(diǎn)主要是智能感知、導(dǎo)航定位和自主巡航，其核心仍然是人工智能軟硬件技術(shù)，包括核心傳感器和智能算法。”余道洋告訴記者。

為應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的海上環(huán)境，無人駕駛船舶對(duì)海上通信系統(tǒng)的高寬帶、低延時(shí)、低成本等提出了更高要求。一般而言，需要在船舶上配備北斗系統(tǒng)、公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)、銥星系統(tǒng)、海事衛(wèi)星系統(tǒng)等，以提高通信效率。然而，隨著船岸通信量的增加，如何規(guī)避黑客攻擊、信息泄露等網(wǎng)絡(luò)安全問題也接踵而至。

對(duì)此，余道洋認(rèn)為，無人駕駛船舶的關(guān)鍵技術(shù)之一是系統(tǒng)冗余，需要具備多路通信信道，且相互獨(dú)立。此外，還需建立高可靠性和安全性的云系統(tǒng)以防范黑客攻擊，同時(shí)使其在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下也具備自主決策能力，例如，長(zhǎng)時(shí)間沒有通信網(wǎng)絡(luò)將自主返航。

攻克關(guān)鍵技術(shù)離不開資金的支持?！澳壳盁o人駕駛船舶缺少大型企業(yè)和資本的戰(zhàn)略性投資，因?yàn)橘Y本還沒有看到短期內(nèi)的巨大市場(chǎng)前景和市場(chǎng)容量?！庇嗟姥笳f，“目前無人駕駛船舶的研究還需要國(guó)家和地方政府提供資金支持。”

加快推進(jìn)頂層設(shè)計(jì)

《行動(dòng)計(jì)劃》還指出，目前全球智能船舶的定義、分級(jí)分類尚未統(tǒng)一，智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系、測(cè)試與驗(yàn)證體系亟待建立，智能技術(shù)工程化應(yīng)用十分有限，相關(guān)國(guó)際海事公約法規(guī)研究剛剛起步。

《國(guó)際海上人命安全公約》中規(guī)定“各船旗國(guó)要根據(jù)自己制定的最低配員規(guī)定為船舶配備合格船員”。此公約內(nèi)容顯然不符合無人駕駛船舶的實(shí)際發(fā)展情況。

業(yè)內(nèi)人士提出，交通運(yùn)輸部應(yīng)鼓勵(lì)有關(guān)研究部門提早開展相關(guān)法規(guī)研究，提出法規(guī)修正提案，重點(diǎn)應(yīng)開展保障無人駕駛船舶的海上航行安全、船舶海上避碰規(guī)則、法律責(zé)任和保險(xiǎn)等法規(guī)研究，提出修改建議案，提高我國(guó)在國(guó)際海事領(lǐng)域的話語權(quán)。

“無人駕駛船舶要想獲得海事部門的‘通行證’，還需要相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指導(dǎo)?！庇嗟姥笳f，無人船舶整機(jī)和關(guān)鍵部件目前沒有形成相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，因此要加快制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

《智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019—2021年）》解讀

姜海鷹對(duì)此也表示，如何使無人駕駛船舶符合國(guó)內(nèi)、國(guó)際規(guī)定，需要相關(guān)部門和國(guó)際海事相關(guān)組織盡快研究制訂，“否則將制約智能航運(yùn)的發(fā)展”。

“在現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)還沒有出臺(tái)的情況下，應(yīng)在相關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)下，加快測(cè)試場(chǎng)的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)船的運(yùn)營(yíng)實(shí)驗(yàn)，只有掌握大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能夠?yàn)榧夹g(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制訂提供可靠的支撐，進(jìn)而投入自主航行運(yùn)輸船舶的建造和經(jīng)營(yíng)?！苯ｚ椷M(jìn)一步說道。

受訪專家還表示，無人駕駛船舶技術(shù)的推進(jìn)還需加快人才培養(yǎng)，引進(jìn)智能船舶專業(yè)人才，增強(qiáng)后備人才培養(yǎng)；加強(qiáng)國(guó)際合作，利用全球創(chuàng)新資源，加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、價(jià)值鏈的全球配置，全面提升智能船舶發(fā)展能力。