“筋斗云0號”，夢想十萬八千里

本刊記者 胥苗苗

“筋斗云0號”首航，標(biāo)志著我們國家在智能船領(lǐng)域有了新的探索。

2019年12月15日，由珠海云航智能技術(shù)有限公司組織研發(fā)的“筋斗云0號”自主航行貨船正式啟航，駛向港珠澳大橋1號碼頭。標(biāo)志著“筋斗云0號”正式開啟自主航行的探索和實(shí)踐，推動智能航運(yùn)發(fā)展進(jìn)程，加速智能航運(yùn)時代到來。

“筋斗云0號”首航意義重大

入了大眾視野，作為四大主要交通工具之一的船舶，其無人駕駛也在2010年前后正式啟動。歐洲通過相關(guān)項(xiàng)目的研究率先掀起了“無人駕駛”船舶浪潮，此后全球范圍內(nèi)不斷涌現(xiàn)出無人駕駛船舶項(xiàng)目，并提出多個無人駕駛船舶測試場。在以安全為核心的船舶工業(yè)和航運(yùn)界，較“無人駕駛”更科學(xué)的概念是“自主航行船舶”。國際海事組織（IMO）開始關(guān)注船舶領(lǐng)域的無人駕駛，并在MSC99次會議上提出了L1-L4自主航行四級劃分。至2019年6月，國際海事組織 MSC101次會議，通過了“自主船舶試航暫行指南”，標(biāo)志著船舶與汽車一樣，具備了試航的法規(guī)基礎(chǔ)。正是在這樣的背景下，船舶的分階段智能，包括增強(qiáng)感知、輔助駕駛，遠(yuǎn)程遙控、自主航行在內(nèi)，以智能航行為核心,涵蓋智能機(jī)艙、智能船體、智能貨物管理、智能能效管理和智能集成平臺的智能船舶不同方向均在我國逐漸清晰并延伸。

“筋斗云0號”正是在這樣的背景下誕生的。據(jù)云航智能總經(jīng)理王興平介紹，“筋斗云0號”的初衷，是通過建造實(shí)船，實(shí)現(xiàn)自主航行技術(shù)落地。為技術(shù)研發(fā)、測試驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定提供平臺。通過演示驗(yàn)證和示范運(yùn)營，為面向自主航行船舶的管理制度、法規(guī)提供研究和探索的條件，逐步構(gòu)建自主航行船舶乃至智能航運(yùn)的生態(tài)體系。

“筋斗云0號”的誕生獲得巨大關(guān)注，其根本原因在于該船是依照船舶設(shè)計、建造流程，考慮貨運(yùn)船舶運(yùn)營需求，首次完成了從概念到設(shè)計、建造全過程構(gòu)建自主航行貨船。為長期的技術(shù)研發(fā)、演示驗(yàn)證和示范運(yùn)營提供了一個可見、可用、可迭代的平臺。從科研界、產(chǎn)業(yè)界到海事管理、航海保障，都有了一個實(shí)實(shí)在在、具體的“筋斗云0號”，可供各方展開各自領(lǐng)域的探索和研究，更為各方提供協(xié)同創(chuàng)新的試驗(yàn)平臺。

中國船級社科創(chuàng)試驗(yàn)中心主任蔡玉良對記者表示，“筋斗云0號”的成功首航，對于船舶自主航行技術(shù)的研發(fā)、測試、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定有著極其重要的開創(chuàng)性意義，將成為船舶自主航行及遠(yuǎn)程控制技術(shù)探索和應(yīng)用實(shí)踐的試驗(yàn)平臺，推動自主船舶技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)落地。中國工程院院士嚴(yán)新平表示，智能船發(fā)展是行業(yè)熱點(diǎn)，“筋斗云0號”首航，標(biāo)志著我們國家在智能船領(lǐng)域有了新的探索。

小塊頭，大智慧

據(jù)云航智能研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，“筋斗云0號”是按照中國船級社《沿海小船入級與建造規(guī)范》要求設(shè)計和建造的，將按照IMO《MASS試航暫行指南》展開評估和測試。雖然“筋斗云0號”船舶的尺度較小，核定船長12.86m，總噸位24噸，但是在設(shè)計時充分考慮到了研發(fā)的可持續(xù)性和系統(tǒng)的可遷移性，船體按照“國際拖曳水池會議（iTTC）”推薦的KVLCC2線型進(jìn)行了縮比，保留了母船的水動力特性和操縱性，船舶的直線穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性和原船接近。本船的設(shè)計考慮到貨船的推進(jìn)系統(tǒng)特性，采用了定距螺旋槳推進(jìn)和流線型普通舵操縱，其運(yùn)動和動力特征具有高度非線性，作為欠驅(qū)動系統(tǒng)，其控制的維度高、惰性明顯。鑒于其在船體結(jié)構(gòu)、水動力特性、操縱性等方面與常規(guī)貨船的一致，項(xiàng)目組研發(fā)的自主航行系統(tǒng)可快速在貨運(yùn)船舶快速推廣應(yīng)用，具有極高的研究開發(fā)價值。

“筋斗云0號”從設(shè)計階段就充分考慮自主航行系統(tǒng)部署的需求。該船采用電力推進(jìn)系統(tǒng)，數(shù)字化控制，全船為自主航行鋪設(shè)的線纜超過1000m，重量超過250kg，整船具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和報警功能，是典型的數(shù)字化船舶。自主航行系統(tǒng)的構(gòu)建充分借鑒了“網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS”、“信息物理系統(tǒng)CPS”、“分布式計算DCS”等領(lǐng)域的成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。項(xiàng)目組構(gòu)建了以平臺為基礎(chǔ)，以算法為支撐的系統(tǒng)，可以進(jìn)行船端的“感知”“決策”和“控制”，同時借助“數(shù)字孿生技術(shù)”在岸基控制中心實(shí)時監(jiān)督和控制船舶，初步實(shí)現(xiàn)自主航行。接下來，項(xiàng)目組將在該系統(tǒng)的支持下開展多船會遇避碰、自主靠離泊試驗(yàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)沿海和內(nèi)河自主航行示范。

同時，“筋斗云0號”在實(shí)用性方面，也充分考慮了近岸海島補(bǔ)給需求，其滿載油箱350L，經(jīng)濟(jì)航速下，續(xù)航可達(dá)150nm以上?！敖疃吩?號”凈載重噸3.5t，可滿足海島日常物資如食物、日雜的運(yùn)輸需求。

據(jù)有關(guān)報告顯示，未來船舶實(shí)現(xiàn)無人自主航行，船舶設(shè)計建造將有革命性突破，同樣載重能力下節(jié)約超過20%的建造成本、20%的運(yùn)營成本，減少15%的燃油消耗并大幅度降低排放。對于萬億美元的船舶、航運(yùn)市場而言，空間巨大。

2019年12月1日，研發(fā)團(tuán)隊在港珠澳大橋1號碼頭完成遠(yuǎn)程遙控靠離泊，并在珠海水域完成自主避碰（對遇）測試，證明“筋斗云0號”整套自主航行系統(tǒng)已初步實(shí)現(xiàn)自主航行功能。事實(shí)上，“筋斗云0號”實(shí)現(xiàn)自主航行需要克服非常多的難題，尤其是完善系統(tǒng)功能、提高可靠性等方面需要長期大量的工作。據(jù)云航智能研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，船舶實(shí)現(xiàn)自主航行，要依賴船端自主航行系統(tǒng)完成環(huán)境感知、會遇避碰決策，船舶操縱等功能，是人工智能技術(shù)在船舶領(lǐng)域的垂直深化。以感知技術(shù)為例，除雷達(dá)、AIS等傳統(tǒng)感知設(shè)備用于中遠(yuǎn)距離達(dá)到環(huán)境感知，越來越多團(tuán)隊提出了視覺技術(shù)、激光雷達(dá)（近距離）在船舶感知領(lǐng)域的技術(shù)方案。船舶自身是一個多自由度的位移狀態(tài)，在陸地上已較為成熟的感知技術(shù)受到了極大挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步開發(fā)完善。

“筋斗云0號”電力推進(jìn)系統(tǒng)

據(jù)云航智能研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，自主航行系統(tǒng)除了船端的高度智能化，還需要一套岸基系統(tǒng)支持。岸基系統(tǒng)主要用于航行任務(wù)控制，并通過必要的通信實(shí)時監(jiān)控船舶狀態(tài)和航行情況。該負(fù)責(zé)人透漏，“筋斗云0號”通信系統(tǒng)采用衛(wèi)星通信、4G/5G公網(wǎng)通信和自研的寬帶、窄帶通信多套通信體制。以滿足研發(fā)前期的需要。“通信在船舶實(shí)現(xiàn)完全自主航行后，將不再是瓶頸”，他很肯定地表示，“未來的航行決策在船端，也就是不需要岸基實(shí)時掌握船舶航行環(huán)境這一類需要高帶寬通信的數(shù)據(jù)”，同時，利用信息融合、去冗余技術(shù)，團(tuán)隊已能通過衛(wèi)星通信（帶寬在1Mb以下）等方式實(shí)現(xiàn)機(jī)艙數(shù)據(jù)、雷達(dá)、AIS等實(shí)時回傳。

在“筋斗云0號”項(xiàng)目進(jìn)展過程中，除開技術(shù)方面的問題，團(tuán)隊還需要應(yīng)對更多具體的困難。團(tuán)隊首先需要平衡實(shí)際需求與研發(fā)需求。船舶不同于普通設(shè)備，其運(yùn)營維護(hù)涉及面廣，需要考慮因素特別多。噸位做大，海況適應(yīng)性更強(qiáng)、運(yùn)力也會更大，但同時也意味著建造成本上升，需要更多的配員，提高運(yùn)營維護(hù)成本。云航智能負(fù)責(zé)人表示，自項(xiàng)目發(fā)布以來，圍繞需求論證、技術(shù)開發(fā)，項(xiàng)目合作四方做了大量工作。珠海市投入建設(shè)海上測試場，為測試驗(yàn)證提供環(huán)境和條件；武漢理工大學(xué)參與需求和方案論證，完成了平臺的設(shè)計；中國船級社給予了大量的指導(dǎo)意見，并在船舶入級檢驗(yàn)方面給予了大力支持。任何新生事物要想取得好的結(jié)果，都離不開自我堅持和伙伴的支持。正是各方的共同推動和全方位合作，才加速了“筋斗云0號”的技術(shù)開發(fā)和測試驗(yàn)證，共同翻開自主航行技術(shù)的新篇章。

“筋斗云0號”只是開始

“筋斗云0號”項(xiàng)目，涉及的范圍不僅僅在于船舶平臺本身，也不僅僅在于自主航行系統(tǒng)的研發(fā)測試，“筋斗云0號”項(xiàng)目計劃未來還將從以下幾個方面逐步推進(jìn)。據(jù)云航研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，自主航行涉及技術(shù)領(lǐng)域眾多，以“筋斗云0號”自主航行系統(tǒng)為基礎(chǔ)，團(tuán)隊還將進(jìn)一步展開信息融合與態(tài)勢感知、高精度循跡航行、碰撞態(tài)勢感知與會遇避碰決策技術(shù)、船端自主航行系統(tǒng)集成、岸端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研發(fā)、信息去冗余與通信集成技術(shù)、船舶運(yùn)動模型技術(shù)、基于以上技術(shù)的駕駛意識與駕駛技藝構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)安全、船舶數(shù)字孿生、定義船舶自主航行系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和界面接口（API），構(gòu)建國產(chǎn)船舶自主航行操作系統(tǒng)（OS）等。

自主航行的測試技術(shù)開發(fā)、測試環(huán)境建設(shè)方面，由于自主航行的測試技術(shù)和測試環(huán)境目前尚未建立，依托“筋斗云0號”項(xiàng)目，船舶自主航行測試技術(shù)開發(fā)和測試環(huán)境建設(shè)將進(jìn)一步展開。具體包括：虛擬仿真測試，依托船級社仿真平臺，展開自主航行系統(tǒng)的仿真測試；虛實(shí)融合測試，依托仿真平臺、數(shù)字孿生平行系統(tǒng)，“筋斗云0號”實(shí)船、萬山測試場，展開虛實(shí)融合測試技術(shù)開發(fā)和環(huán)境建設(shè)；實(shí)船測試環(huán)境，依托萬山測試場，展開實(shí)船測試的環(huán)境建設(shè)，確保實(shí)船測試安全可控。

自主航行與航保方面，依托“筋斗云0號”，團(tuán)隊將積極聯(lián)系航保部門，在現(xiàn)有e航海等航保設(shè)施和系統(tǒng)基礎(chǔ)上，研究面向自主航行的航保需求，尤其是滿足自主航行船舶與有人駕駛船舶共生場景下的航保需求。

自主航行試驗(yàn)的海事管理方面，依托“筋斗云0號”，按照MASS試航暫行指南的要求，完成相關(guān)評估和論證，提出自主航行試驗(yàn)的通航安全保障方案，以此與海事部門共同研究自主航行試驗(yàn)的海事管理。并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步完善，形成面向未來自主航行船舶海事管理的方案。

在自主航行商業(yè)運(yùn)營示范方面，依托“筋斗云0號”，展開內(nèi)河、沿海的商業(yè)運(yùn)營示范，重點(diǎn)研究自主航行的運(yùn)營成本、運(yùn)營風(fēng)險，真實(shí)掌握自主航行的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。在自主航行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，“筋斗云0號”在自主航行系統(tǒng)研發(fā)過程中，逐步按照中國船級社智能船舶規(guī)范的要求，取得自主航行方向的符號。

“筋斗云0號”只是開始，業(yè)界看重的是首制船帶來的示范意義和推動作用。在首航儀式上，云洲智能董事長張云飛就向包括在場專家在內(nèi)的國內(nèi)外單位發(fā)出邀請，“筋斗云0號”將在萬山測試場的框架下，向國內(nèi)外科研單位、產(chǎn)業(yè)伙伴開放，用于自主航行相關(guān)的技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)和測試驗(yàn)證。云航智能負(fù)責(zé)人表示，希望“筋斗云0號”能吸引更多產(chǎn)業(yè)鏈伙伴投入自主航行相關(guān)設(shè)備的研制開發(fā)，更多業(yè)內(nèi)專家關(guān)注自主航行發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界能投入更多資源。在國際上，歐洲、日本、韓國、新加坡等都展開了多個智能船舶項(xiàng)目，并發(fā)布了相關(guān)成果?？梢哉f全球范圍內(nèi)，以自主航行為核心的智能船舶技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在進(jìn)入一個新的階段，圍繞智能船舶的標(biāo)準(zhǔn)體系、測試與驗(yàn)證體系正在逐步建立。中國方面，中國政府繼《智能船舶行動計劃2019-2021》后，在今年5月又發(fā)布了《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見》，政府的大力支持使得2019年智能船舶發(fā)展更是百花齊放、亮點(diǎn)多多。可以預(yù)見，船舶智能化技術(shù)將重塑全行業(yè)生態(tài)，從設(shè)計、制造、檢驗(yàn)、保險、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，但人工智能技術(shù)本身還有不少難題需要攻克。正因?yàn)榇耍悄艽耙呦蚋x煌的明天還需要全生態(tài)以一顆包容之心通力協(xié)作，不斷探索、勇于創(chuàng)新。

正如云洲智能董事長張云飛所說，“筋斗云”是美猴王的座駕，是中國人心中完美的無人駕駛神器，我們希望船舶實(shí)現(xiàn)自主航行，能在各方的包容和共同努力下向筋斗云一樣靈動飄逸，駛向未來！