智能船舶遠程控制技術(shù)發(fā)展與應(yīng)對策略

上海交通大學(xué) 王鴻東 中國船級社 于 淳

無人船舶是智能船舶發(fā)展的高級階段，一般可通過遠程控制或自主控制來實現(xiàn)船舶的操控。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，無人系統(tǒng)本質(zhì)上是“人機協(xié)作系統(tǒng)”，自主控制的技術(shù)成熟度仍有待提高，相關(guān)系統(tǒng)在逐漸代替人員操控動作的同時，并不能完全把人從船舶的控制環(huán)路中去掉。在相當(dāng)一段時間內(nèi)，隨著智能船舶向無人、自主方向發(fā)展，遠程控制將作為不可或缺的重要關(guān)鍵技術(shù)得到應(yīng)用。

遠程控制關(guān)鍵技術(shù)

為實現(xiàn)船舶遠程控制功能，需要以下關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1、通信傳輸技術(shù)

為實現(xiàn)岸基系統(tǒng)對船載系統(tǒng)的“實時”操控，兩者之間要不斷進行大量的音視頻數(shù)據(jù)信號遠程傳輸，需要從高效性、可靠性和安全性三個方面來考慮。目前，馬斯克的SpaceX公司正基于其“星鏈計劃”，構(gòu)建覆蓋全球海洋的移動“通信”網(wǎng)絡(luò)，有可能顛覆基于現(xiàn)有高軌道衛(wèi)星通信的模式。

2、環(huán)境感知技術(shù)

圖1 典型船舶遠程控制系統(tǒng)

遠程控制需要一整套成熟的感知系統(tǒng)獲取外部環(huán)境信息，并對內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)測與診斷。在感知過程中往往涉及多傳感器的協(xié)作與信息融合，例如光學(xué)圖像與海事雷達共同作業(yè)，特性互補，信息融合，能有效降低識別虛警率。多傳感器測量與信息融合技術(shù)的目標(biāo)是替代船員觀測，綜合各種感知數(shù)據(jù)與信息，運用信息融合算法精確描繪目標(biāo)對象的狀況。

3、定位導(dǎo)航技術(shù)

遠程控制需要通過無線電信號、衛(wèi)星定位及多種方式組合運用，實時監(jiān)測并獲取船舶的動態(tài)和位置等參數(shù)與信息。長期以來，全球定位系統(tǒng)GPS在海事導(dǎo)航領(lǐng)域占有重要份額。然而，伴隨我國最后一顆北斗衛(wèi)星成功上天組網(wǎng)，可以預(yù)見，基于北斗的海事導(dǎo)航系統(tǒng)將成為我國智能船舶未來的主流選擇。

4、輔助控制技術(shù)

遠程控制系統(tǒng)的輔助決策主要體現(xiàn)在航線輔助規(guī)劃和應(yīng)急自主控制。隨著人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，基于海洋氣象等信息的船舶航線優(yōu)化算法應(yīng)運而生，可為無人船舶規(guī)劃能耗低、時間短、海況佳的航線。同時，無人船舶在感知到通信受擾或中斷時，必須自主采取一套應(yīng)對措施，避免諧搖、沖浪、穩(wěn)性損失、碰撞、擱淺等危險情況。

5、超視距操控技術(shù)

遠程控制技術(shù)的本質(zhì)是人在岸基與船舶遠程“人機交互”。船舶航行過程產(chǎn)生大量的多源異構(gòu)信息。如何處理、呈現(xiàn)這些信息，為岸基控制人員提供極具臨場感的操控環(huán)境，并予以精確的操作指導(dǎo)，是超視距操控技術(shù)的難點問題。最終目標(biāo)是實現(xiàn)身臨其境的效果。

應(yīng)對策略分析

1、針對船舶遠程控制的技術(shù)發(fā)展，我國相關(guān)行業(yè)機構(gòu)應(yīng)主動把握關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展動態(tài)及相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)進展，積極參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，指導(dǎo)行業(yè)健康有序地發(fā)展。以下是船舶遠程控制關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向：

（1）針對通信傳輸技術(shù)需求，未來將逐步建設(shè)覆蓋目標(biāo)海域的星基/?；摹靶l(wèi)星+5G”通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建針對智能船舶通信傳輸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究并提出確保船舶遠程控制通信傳輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性的解決方案。

（2）針對環(huán)境感知技術(shù)需求，探索開發(fā)適用于復(fù)雜海洋環(huán)境的智能識別與多源信息融合技術(shù)，并構(gòu)建基于“云架構(gòu)”的船-岸協(xié)同感知體系，將所有船舶接入“云端”，使得單船能夠獲取遠超自身能力的海量數(shù)據(jù)與計算能力。

（3）針對定位導(dǎo)航技術(shù)需求，持續(xù)建設(shè)基于北斗星載/船載差分系統(tǒng)，完善自主可控的海洋高精度定位導(dǎo)航服務(wù)，并朝著“通信與導(dǎo)航功能的一體化”的方向邁進。

（4）針對輔助控制技術(shù)需求，探索開發(fā)“智能船長”輔助控制終端平臺，集成感知、決策、操控等核心控制算法，降低惡劣海況等緊急情況對無人船舶的威脅，守好“應(yīng)急管理”的安全底線。

（5）針對超視距操控技術(shù)需求，探索開發(fā)沉浸式無人船舶遠程操控系統(tǒng)，綜合運用虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生等技術(shù)，增強遠程控制人員的臨場感與駕駛感，實現(xiàn)岸基與船舶的“無縫對接”。

2、智能船舶遠程控制的安全問題不容忽視。智能船舶遠程控制高度依賴自動控制、網(wǎng)絡(luò)通信和人工智能等技術(shù)，因此黑客不但可能攻擊船舶的計算機系統(tǒng)，還可以遠程控制衛(wèi)星通信和導(dǎo)航系統(tǒng)，讓船舶碰撞甚至發(fā)生爆炸沉沒。因此，應(yīng)高度重視智能船舶遠程控制的安全風(fēng)險，在《智能船舶規(guī)范》（2020）遠程控制附加標(biāo)志要求的基礎(chǔ)上，在船舶遠程控制動力裝置穩(wěn)定性、遠程操控可靠性、人為因素、信息傳輸和軟件安全性等高風(fēng)險方面提出管控措施，進一步明確涉及船舶遠程控制安全風(fēng)險的要求，并形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指南。

3、船舶遠程控制相關(guān)數(shù)據(jù)和信息監(jiān)管技術(shù)體系研究需提前布局。智能船舶在遠程控制過程中，通過安裝傳感器感知自身和外界環(huán)境大量的信息，運行過程中產(chǎn)生大量的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，能精準(zhǔn)描繪船舶運行狀況的畫像。與此同時，諸如數(shù)據(jù)劫持、數(shù)據(jù)造假、非法交易、違規(guī)使用等“風(fēng)險”防不勝防，這不僅侵害了客戶的合法權(quán)益，也對船舶遠程控制的安全造成潛在威脅。

4、一直以來，智能船舶及其系統(tǒng)的測試與驗證工作是重點，也是難點，許多原有的經(jīng)驗和規(guī)則已不適用，必須進行探索和創(chuàng)新。針對智能船舶遠程控制場景，應(yīng)開展測試與驗證技術(shù)研究，包括測試與驗證的方法、技術(shù)手段、評價指標(biāo)等方面，全面衡量智能船舶遠程控制的能力并做出合理評估，在測試與驗證階段盡早發(fā)現(xiàn)船舶遠程控制的不確定性和風(fēng)險。

5、由于船舶遠程控制的實際操作者和負責(zé)人不再是傳統(tǒng)意義上的“船員”和“船長”，有必要研究相關(guān)法律和法規(guī)的適用性并提出相應(yīng)的修訂草案，例如《國際海上避碰規(guī)則》中對船員、船長的定義，以及船長的責(zé)任等，可能不完全適用船舶遠程控制的實際情形。

6、船舶遠程控制過程中操縱系統(tǒng)或操縱人員與船舶分離，一旦發(fā)生設(shè)備故障，人員無法及時趕赴現(xiàn)場進行局面控制，因此必須從事故發(fā)生前的預(yù)防措施、事故發(fā)生過程中的緊急措施以及事故發(fā)生后的應(yīng)對措施三個方面出發(fā)，制定完善的應(yīng)急處理措施。

中國船級社召開東北地區(qū)委員會2020年年會

2020年10月28日上午，中國船級社（CCS）召開東北地區(qū)委會2020年年會，此次年會以“攜手戰(zhàn)疫克時艱、協(xié)同創(chuàng)新促發(fā)展”為主題，來自東北地區(qū)造船、航運、船舶配套制造企業(yè)、港航企業(yè)、金融機構(gòu)、高校、海事及交通主管部門等29家單位的委員、代表和特邀嘉賓參加了會議，CCS黨委副書記、副總裁孫峰出席會議。

孫峰副總裁在致辭中感謝東北地區(qū)各委員單位對CCS工作的支持與配合，介紹了2020年CCS各項事業(yè)發(fā)展的成效，以及在疫情防控中所發(fā)揮的“主力軍”和“國家隊”的作用，希望與各委員單位共同抓住發(fā)展機遇，深入合作、攻堅克難，為加快東北地區(qū)航運、造船業(yè)及相關(guān)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮積極的推動作用。

在交流發(fā)言中，與會委員代表圍繞會議主題暢所欲言，從各自行業(yè)特點和業(yè)務(wù)領(lǐng)域分析了新冠肺炎疫情對產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的影響和挑戰(zhàn)、國家發(fā)展戰(zhàn)略和雙循環(huán)新格局的機遇，展望了智能船舶技術(shù)、綠色低碳技術(shù)發(fā)展趨勢，交流了后疫情時代推進航運、造船及相關(guān)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略，與會委員代表均表示依托CCS東北地區(qū)委員會平臺，相互支持、共克時艱、協(xié)同發(fā)展，共同為推進行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和加快交通強國建設(shè)助力。