船舶智能化將重塑行業(yè)生態(tài)邏輯
—— 訪中國工程院嚴(yán)新平院士

本刊記者 楊培舉

智能船舶是時(shí)下航運(yùn)和造船界的最熱詞匯之一。船舶智能化將給古老的船舶行業(yè)帶來哪些變化？面對洶涌澎湃的智能化浪潮，造船界和航運(yùn)界如何實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展？武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心首席教授、國家水運(yùn)安全工程技術(shù)研究中心主任嚴(yán)新平院士在接受本刊記者專訪時(shí)，給出了獨(dú)到的見解。

· 岸基船舶遠(yuǎn)程操控人員將成為船員從事的新型職業(yè)模式。

· 編隊(duì)航行的自主式水路運(yùn)輸系統(tǒng)將成為船舶的新型航行模式。

· 數(shù)字航運(yùn)將成為積極發(fā)展的新型航運(yùn)企業(yè)業(yè)態(tài)。

記者：近年來，船舶智能化技術(shù)是當(dāng)下業(yè)界普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題，您認(rèn)為，船舶智能化技術(shù)發(fā)展的趨勢是什么？實(shí)現(xiàn)船舶智能化的核心技術(shù)有哪些？

嚴(yán)新平院士：船舶智能化技術(shù)發(fā)展的總體趨勢是船舶技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)和新一代人工智能技術(shù)進(jìn)一步深度融合，通過智能化的設(shè)備、技術(shù)、方法減少當(dāng)前航運(yùn)體系中、船舶航行過程中、設(shè)備維護(hù)中的人員負(fù)擔(dān)和人因干擾，實(shí)現(xiàn)船舶安全、綠色、高效、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)。船舶智能化技術(shù)發(fā)展的趨勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是從智能化技術(shù)的功能實(shí)現(xiàn)上，按照感知增強(qiáng)、遠(yuǎn)程駕控、半自主航行、自主航行的趨勢發(fā)展。二是在船舶智能化程度劃分上，根據(jù)2019年9月IMO海上自主水面船舶（MASS）工作組的研究，船舶智能化程度按照4級(jí)劃分，其中：1級(jí)–船舶擁有自動(dòng)化處理及決策支持功能；2級(jí)–海員在船但可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控；3級(jí)–實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控但海員不在船；4級(jí)–完全自主船舶。三是在船舶智能化實(shí)現(xiàn)的船舶類型上，其趨勢應(yīng)該按照內(nèi)河船舶、沿海船舶、遠(yuǎn)洋船舶的次序來實(shí)現(xiàn)?？傮w而言，實(shí)現(xiàn)船舶智能化，應(yīng)該經(jīng)歷自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的過程。

實(shí)現(xiàn)船舶智能化的核心技術(shù)包括人工智能、大數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)演算、虛實(shí)融合、人機(jī)共融、先進(jìn)感知、高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全等多學(xué)科、多專業(yè)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)智能船舶環(huán)境感知、態(tài)勢認(rèn)知、行為判斷、避碰決策、智能控制、能效管理、遠(yuǎn)程運(yùn)維、船岸協(xié)同、空天通信、數(shù)據(jù)融合等方面的功能。最重要的是要研發(fā)具有類腦功能的“航行腦”系統(tǒng)，這是一套服務(wù)于船舶智能航行的人工智能系統(tǒng)，它由感知、認(rèn)知、決策執(zhí)行等三個(gè)功能空間組成。其中，“感知空間”獲取船舶在航環(huán)境和自身狀態(tài)信息；“認(rèn)知空間”根據(jù)感知的信息抽象出航行態(tài)勢、實(shí)現(xiàn)自身狀態(tài)辨識(shí)，最終基于人工駕駛記錄與機(jī)器學(xué)習(xí)建立智能船舶駕駛行為譜；“決策執(zhí)行空間”利用“感知空間”的反饋信息，修正“認(rèn)知空間”的態(tài)勢認(rèn)知，在駕駛行為譜的支持下，實(shí)現(xiàn)對智能船舶的魯棒控制。

記者：船舶從智能化到自主化將經(jīng)歷什么樣的發(fā)展軌跡？船舶智能化技術(shù)將如何重塑行業(yè)生態(tài)？

嚴(yán)新平院士：自主化是智能化的最終形態(tài)，必將通過一個(gè)漫長的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)成熟的過程。智能化發(fā)生在當(dāng)下，自主化著眼于未來。智能化將從單個(gè)設(shè)備、單項(xiàng)功能的改善、突破、替代興起，朝著全船、全系統(tǒng)、全生態(tài)的智能化發(fā)展。以智能技術(shù)輔助人員、提升能力，從人機(jī)共融、人機(jī)共生入手，減少人為誤操作、提升駕駛安全，提供全航程支持、全周期規(guī)劃和全周期維護(hù)，將重復(fù)的、單一的航運(yùn)活動(dòng)和操作交給智能系統(tǒng)，減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度、解放人的創(chuàng)造力。船舶智能化技術(shù)將重塑全行業(yè)生態(tài)，從設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、保險(xiǎn)、運(yùn)營、保養(yǎng)、維護(hù)、回收等全周期提升航運(yùn)業(yè)的智能化水平。隨著船舶智能化技術(shù)發(fā)展，岸基船舶遠(yuǎn)程操控人員將成為船員從事的新型職業(yè)模式；編隊(duì)航行的自主式水路運(yùn)輸系統(tǒng)將成為船舶的新型航行模式；數(shù)字航運(yùn)將成為積極發(fā)展的新型航運(yùn)企業(yè)業(yè)態(tài)。

記者：智能化作為一項(xiàng)新興技術(shù)，其在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用方興未艾。您認(rèn)為當(dāng)前制約船舶智能化技術(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸有哪些？

嚴(yán)新平院士：造船業(yè)與航運(yùn)業(yè)屬于典型的重工業(yè)、重資產(chǎn)行業(yè)，相對封閉、保守，對安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性要求高。船舶智能化技術(shù)是一項(xiàng)世界各國都在探索的高新技術(shù)，是全球范圍內(nèi)智能汽車、智能飛機(jī)等運(yùn)載工具智能化發(fā)展的一個(gè)方面，其發(fā)展過程不會(huì)一帆風(fēng)順。我認(rèn)為當(dāng)前制約船舶智能化技術(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸在以下幾個(gè)方面：一是在智能船舶發(fā)展初期勢必經(jīng)歷高風(fēng)險(xiǎn)、低效率、高成本、低收益等發(fā)展的陣痛期，短期內(nèi)難以攻克所有技術(shù)瓶頸，真正大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用還需要時(shí)間積累；二是人工智能技術(shù)本身還有不少難題需要攻克，所研發(fā)的“航行腦系統(tǒng)”達(dá)到替代船員的水平，需要大樣本數(shù)據(jù)、高質(zhì)量知識(shí)、長時(shí)間訓(xùn)練，現(xiàn)行深度學(xué)習(xí)等人工智能算法的適用性，還有待驗(yàn)證；三是船舶智能化的目的之一是使船舶更安全，因此船舶搭載的智能化系統(tǒng)必須經(jīng)歷數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)、場景實(shí)驗(yàn)和實(shí)際航行環(huán)境實(shí)驗(yàn)等充分驗(yàn)證，才能真正投入商用；四是與船舶智能化應(yīng)用的配套標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等的建設(shè)，以及船舶智能化的社會(huì)適應(yīng)性，也是制約船舶智能化發(fā)展的瓶頸。

記者：我們應(yīng)如何應(yīng)對？

嚴(yán)新平院士：針對上述瓶頸，我覺得主要應(yīng)從三個(gè)方面予以應(yīng)對：首先，船舶是多設(shè)備、多系統(tǒng)、多功能耦合的復(fù)雜集合體，涉及到的軟件、硬件、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)橫跨多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，因此，要實(shí)現(xiàn)全船的智能化、自主化，必須打破過去系統(tǒng)之間的技術(shù)壁壘和通信屏障，必須解決傳統(tǒng)上各自為政、各成體系的局面；其次，從微觀技術(shù)層面上講，需要融合傳統(tǒng)船舶設(shè)計(jì)、性能分析、運(yùn)動(dòng)控制、感知傳感等經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合人工智能、區(qū)塊鏈、5G等新興技術(shù)，借鑒其他智能運(yùn)載工具發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，針對船舶這一特殊的對象有針對性地融合傳統(tǒng)技術(shù)并吸納新興事物，實(shí)現(xiàn)船舶智能化技術(shù)的創(chuàng)新模式和跨越發(fā)展；另外，積極培育智能船舶的創(chuàng)新人才也是應(yīng)對智能船舶發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，大力培育面向現(xiàn)代船舶工業(yè)和水運(yùn)行業(yè)發(fā)展、轉(zhuǎn)型、升級(jí)和提質(zhì)增效急需和緊缺的科技人才隊(duì)伍，全面加強(qiáng)智能船舶總體設(shè)計(jì)、感知決策、運(yùn)動(dòng)控制、協(xié)同優(yōu)化、船岸通訊、遠(yuǎn)程運(yùn)維、先進(jìn)推進(jìn)、動(dòng)力總成等重點(diǎn)領(lǐng)域和特種專業(yè)急需人才的培養(yǎng)。

記者：新技術(shù)的應(yīng)用通常伴生諸多潛在的風(fēng)險(xiǎn)。那么，未來船舶智能化技術(shù)的應(yīng)用將面臨哪些風(fēng)險(xiǎn)？如何規(guī)避或解決這些風(fēng)險(xiǎn)？

嚴(yán)新平院士：船舶智能化技術(shù)的應(yīng)用所伴生的潛在風(fēng)險(xiǎn)，包括人工智能技術(shù)本身還有許多沒有攻克的難題；船舶的智能化系統(tǒng)可靠性問題；支撐船舶智能化的環(huán)境建設(shè)，例如通信鏈路的穩(wěn)定可靠、網(wǎng)絡(luò)安全等問題；船舶航行環(huán)境尚未遇到過的惡劣天氣和水文環(huán)境等等，船舶智能化系統(tǒng)無法應(yīng)對；岸基操控船舶人員的風(fēng)險(xiǎn)問題等等。應(yīng)對這些潛在風(fēng)險(xiǎn)，將需要逐步通過經(jīng)驗(yàn)的積累、系統(tǒng)的完善、技術(shù)升級(jí)等方面來實(shí)現(xiàn)。船舶智能化技術(shù)的應(yīng)用初期將經(jīng)歷一個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)期，最終通過更新、迭代與矯正將風(fēng)險(xiǎn)水平降低至人工操作無法企及的程度。

記者：我國在推進(jìn)船舶智能化過程中還應(yīng)關(guān)注哪些問題？

嚴(yán)新平院士：近年來我國在船舶智能化發(fā)展方面，得益于工信部、交通運(yùn)輸部等部委先后出臺(tái)了“智能船舶行動(dòng)計(jì)劃”“智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見”等文件，制定了明確的發(fā)展路徑，提出了有效的政策保障。我國在內(nèi)河和遠(yuǎn)洋船舶的航行感知、態(tài)勢認(rèn)知、自主避碰等技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)都開始了積極的探索，積累了一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但在總體技術(shù)路線論證、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范法規(guī)建設(shè)、產(chǎn)品功能可靠驗(yàn)證等方面還有需要不斷發(fā)展的問題。只有堅(jiān)持拓展理論與實(shí)踐相互結(jié)合、技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同進(jìn)步、傳統(tǒng)與創(chuàng)新技術(shù)共融的發(fā)展策略，才能促使我國在船舶智能化方面高效、穩(wěn)健、快速的發(fā)展。

記者：中國船級(jí)社作為第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)一直關(guān)注智能船舶的發(fā)展，并制定了相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)助力我國船舶智能化的技術(shù)進(jìn)步。您認(rèn)為中國船級(jí)社及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在促進(jìn)我國船舶智能化發(fā)展過程中處于什么樣的角色？應(yīng)該發(fā)揮什么樣的作用？

嚴(yán)新平院士：中國船級(jí)社在船艇智能化、綠色化方面開展了大量有效的工作，率先發(fā)布了《智能船舶規(guī)范（2015）》《綠色船舶規(guī)范（2016）》《自主貨物運(yùn)輸船舶指南（2018）》等技術(shù)規(guī)范，有力促進(jìn)了智能船舶相關(guān)技術(shù)的有序化、規(guī)范化發(fā)展，引領(lǐng)了船舶工業(yè)的技術(shù)變革，對于推動(dòng)我國和國際上的智能船舶發(fā)展做出了積極努力，發(fā)揮了重要的引領(lǐng)作用。今后應(yīng)大力促進(jìn)我國政府、產(chǎn)業(yè)、研究院所和高等院校加強(qiáng)合作，進(jìn)一步細(xì)化相關(guān)政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)智能船舶行業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新，加快中國標(biāo)準(zhǔn)的國際化進(jìn)程，提升我國在船舶智能化、綠色化發(fā)展的國際話語權(quán)，在實(shí)現(xiàn)我國海洋強(qiáng)國、交通強(qiáng)國的戰(zhàn)略中發(fā)揮更大的作用。