船舶自主化與自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)述*

周翔宇 楊 雪 費(fèi)珊珊

一、引言

伴隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為航運(yùn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了無(wú)限的可能。以安全、數(shù)字、綠色、智能為指向的航運(yùn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新業(yè)已成為加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換和打造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要支撐。在此背景下，國(guó)際海事組織（International Maritime Organization, IMO）在海上安全委員會(huì)（Maritime Safety Committee, MSC）第98屆會(huì)議中首次提出海上自主水面船舶（Maritime Autonomous Surface Ship,MASS，以下簡(jiǎn)稱自主船舶）的概念，并在MSC 99（海上安全委員會(huì)第99屆會(huì)議，下同）、MSC 100、MSC 101、MSC 102、MSC 103、MSC 104上對(duì)自主船舶進(jìn)行了深入討論。2022年4月20日至29日，MSC 105完成了基于目標(biāo)的自主船舶文書(shū)路線圖草案，主要包括審議自主船舶文書(shū)制定的主要原則、宗旨與目標(biāo)、范圍與結(jié)構(gòu)，對(duì)自主船舶術(shù)語(yǔ)的共同理解，以及如何解決IMO文書(shū)中發(fā)現(xiàn)的共同挑戰(zhàn)等[1]。

在過(guò)去的幾年時(shí)間里，各國(guó)對(duì)自主船舶的科研投入顯著增加，探索其可行性的研究課題大量啟動(dòng)，已有多個(gè)自主船舶的原型在不同授權(quán)水域進(jìn)行了示范測(cè)試，并取得了令人欣喜的成果。2022年以來(lái)，日本的MEGURI 2040項(xiàng)目已針對(duì)自主船舶開(kāi)展了6次較為深入的試驗(yàn)，涵蓋自主避碰、自動(dòng)靠離泊、自主導(dǎo)航、岸基控制中心（Shore Control Centre,SCC）應(yīng)急監(jiān)測(cè)與運(yùn)營(yíng)、路徑跟蹤等內(nèi)容。德國(guó)DB Schenker公司于5月5日宣布將在Ikornnes碼頭和挪威Alesund港之間運(yùn)營(yíng)一條零排放的沿海集裝箱支線，承擔(dān)營(yíng)運(yùn)任務(wù)的船舶為一艘自主電動(dòng)沿海集裝箱支線船。6月2日，韓國(guó)現(xiàn)代重工旗下子公司Avikus與SK Shipping公司使用自主導(dǎo)航技術(shù)HiNAS 2.0實(shí)現(xiàn)了世界首次大型LNG運(yùn)輸船的自主導(dǎo)航跨洋航行。同樣地，我國(guó)也在自主船舶、智能船舶等領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。4月22日，我國(guó)自主研發(fā)的智能航行300 TEU集裝箱商船“智飛”號(hào)在山東港口青島港前灣港區(qū)集裝箱碼頭投入運(yùn)營(yíng)。5月18日，隸屬于南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）的“珠海云”號(hào)智能型無(wú)人系統(tǒng)母船在廣州下水，為全球首艘智能型無(wú)人系統(tǒng)母船。根據(jù)相關(guān)分析報(bào)告，預(yù)計(jì)到2030年，自主船舶的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到142億美元，其中，2020—2030年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為9.3%[2]?？偟膩?lái)說(shuō)，作為航運(yùn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和新技術(shù)革新的代表，自主船舶已然成為未來(lái)航運(yùn)的載體，并已成為現(xiàn)階段全球航運(yùn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。

就現(xiàn)階段而言，自主船舶的經(jīng)濟(jì)性和所帶來(lái)環(huán)保效益是其發(fā)展的動(dòng)力來(lái)源，世界各國(guó)已從各個(gè)角度進(jìn)行了卓有成效的探索。有的科研成果雖已得到了工程化應(yīng)用，但仍主要處于試驗(yàn)測(cè)試階段，相關(guān)技術(shù)的成熟度、安全性和可靠性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。為進(jìn)一步厘清船舶在不同自主水平下能夠?qū)崿F(xiàn)何種形式的“人機(jī)等效替代”，明確人在控制環(huán)路中發(fā)揮的具體作用，本文從當(dāng)前具有重要影響力的15家權(quán)威機(jī)構(gòu)或組織發(fā)布的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)入手，分析不同劃分標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)，以期明確船舶智能化、船舶自動(dòng)化與船舶自主化的區(qū)別和聯(lián)系，在一定程度上促進(jìn)智能船舶、自動(dòng)化船舶和自主船舶的高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展。

二、權(quán)威機(jī)構(gòu)或組織的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

（一）IMO的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

在2018年5月舉行的MSC第99屆會(huì)議上，IMO首次針對(duì)自主船舶的自主等級(jí)進(jìn)行了定義，將其劃分為具有自動(dòng)化過(guò)程和決策支持的船舶、有海員在船的遠(yuǎn)程控制船舶、無(wú)海員在船的遠(yuǎn)程控制船舶和完全自主船舶4個(gè)等級(jí)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)自主船舶可以在單次航程期間以一個(gè)或多個(gè)自主水平運(yùn)行，IMO的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。IMO提出的劃分標(biāo)準(zhǔn)將是業(yè)界針對(duì)自主船舶開(kāi)展相關(guān)研究的主要依據(jù)和準(zhǔn)則，影響最為廣泛。

表1 IM O的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

（二）不同船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.勞氏船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2016年7月8日，勞氏船級(jí)社（Lloyd’s Register,LR）在《ShipRight程序指南》中將船舶的自主水平分為AL0～AL6共7個(gè)等級(jí)，這是全球權(quán)威機(jī)構(gòu)首次對(duì)船舶的自主水平進(jìn)行等級(jí)劃分，也是自主水平分級(jí)領(lǐng)域中的標(biāo)志性文件[3]。2017年2月，在《ShipRight程序指南》的基礎(chǔ)上，LR發(fā)布《無(wú)人船舶系統(tǒng)規(guī)范》，旨在提供一種獨(dú)特而有價(jià)值的保證流程，以證明無(wú)人船舶系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)符合既定的框架。LR的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 LR的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.法國(guó)船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2017年12月，法國(guó)船級(jí)社（Bureau Veritas,BV）發(fā)布《自主航運(yùn)指南》，對(duì)可用于提高自主船舶（至少500 GT，不包括小型船舶、無(wú)人水面艇等）運(yùn)輸自主能力的設(shè)計(jì)或系統(tǒng)操作提出了相應(yīng)的建議，并提出了0～4共5個(gè)等級(jí)的自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)。其中，0級(jí)為常規(guī)船舶，1級(jí)為智能船舶，2～4級(jí)為自主船舶。2019年10月，BV對(duì)該指南進(jìn)行了更新，將指南的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了配備自動(dòng)化系統(tǒng)的船舶及相關(guān)的SCC。然而，該版指南使用術(shù)語(yǔ)“自動(dòng)化等級(jí)（Degree of Automation）”描述從人到系統(tǒng)的決策等級(jí)，而非使用上一版指南中的術(shù)語(yǔ)“自主水平（Level of Autonomy）”表述。2019年版《自主航運(yùn)指南》將船舶的自動(dòng)化等級(jí)分為A0～A4共5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表3。其中，A0為人工操作，A4為完全自動(dòng)化，同時(shí)強(qiáng)調(diào)術(shù)語(yǔ)“自主”僅限于在等級(jí)A4中使用，不能用于其他等級(jí)。

表3 BV的船舶自動(dòng)化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.中國(guó)船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2018年10月，中國(guó)船級(jí)社（China Classification Society，CCS）發(fā)布《自主貨物運(yùn)輸船舶指南》，旨在為自主貨物運(yùn)輸船舶的設(shè)計(jì)和建造提供依據(jù)。在該指南中，CCS采用了IMO對(duì)自主船舶的定義來(lái)界定自主貨物運(yùn)輸船舶，即“在不同程度上可以獨(dú)立于人員干預(yù)運(yùn)行的船舶”。在此基礎(chǔ)上，CCS直接采用了IMO對(duì)于船舶自主水平的4級(jí)劃分，并強(qiáng)調(diào)該指南主要用于涵蓋自主水平為第3等級(jí)和第4等級(jí)的船舶技術(shù)要求。

4.日本船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2020年1月，日本船級(jí)社（ClassNK）發(fā)布《船舶自動(dòng)化/自主操作指南》1.0版本，其認(rèn)為自主船舶的發(fā)展方向大致可分為兩種：一是以減少船員數(shù)量為目的，對(duì)無(wú)人駕駛船舶和短途小型船舶進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)；二是針對(duì)船上任務(wù)的部分自動(dòng)化或遠(yuǎn)程支持進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。在該指南中，并未直接對(duì)船舶的自主水平進(jìn)行等級(jí)劃分，而是從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、安裝和操作的角度對(duì)自動(dòng)化操作系統(tǒng)（Automated Operation Systems，AOS）和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)（Remote Operation Systems，ROS）進(jìn)行分類，總體上將自動(dòng)化類別劃分成3類，見(jiàn)表4。

表4 ClassNK對(duì)船舶自動(dòng)化的分類

5.韓國(guó)船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2019年1月，韓國(guó)船級(jí)社（Korean Register，KR）發(fā)布《自主船舶指南》，并于2020年7月進(jìn)行了修訂，旨在通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確保自主船舶或自主操作所需的系統(tǒng)和功能的安全性和可靠性。在該指南中，KR根據(jù)船舶的數(shù)據(jù)獲取、決策和執(zhí)行功能對(duì)船舶的自主水平進(jìn)行劃分，分為AL1～AL5共5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表5。當(dāng)處于AL5時(shí)，包括數(shù)據(jù)獲取/分析、決策、行動(dòng)在內(nèi)的所有功能均由系統(tǒng)執(zhí)行，系統(tǒng)可對(duì)異常操作場(chǎng)景（系統(tǒng)故障等）做出響應(yīng)，操作員僅在緊急情況時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。

6.俄羅斯船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2020年6月，俄羅斯船級(jí)社（Russian Maritime Register of Shipping，RS）發(fā)布《海上自主和遠(yuǎn)程控制水面船舶入級(jí)規(guī)范》，并于2022年1月修訂。該規(guī)范明確了自主船舶設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中的技術(shù)監(jiān)管要求，同時(shí)，對(duì)自主船舶進(jìn)行了分類以表示在開(kāi)闊水域和受限空間（受限水域、停泊區(qū)和港內(nèi)）中移動(dòng)時(shí)控制船舶的能力，并引入自主等級(jí)符號(hào)，見(jiàn)表6。在對(duì)自主船舶進(jìn)行分類時(shí)，將使用兩個(gè)符號(hào)分別表示自主船舶在開(kāi)闊水域和受限空間的控制能力。例如，AC-MC表示船舶在開(kāi)闊水域可自主控制，但在受限水域和港口口門(mén)處移動(dòng)時(shí)需要手動(dòng)控制；RCMC-MCDS表示船舶在開(kāi)闊水域時(shí)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（具有手動(dòng)控制覆蓋能力），但在受限水域和港口口門(mén)處時(shí)僅能進(jìn)行手動(dòng)控制（具有決策支持）。

表5 KR的船舶自主水平等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

自主等級(jí) 描述手動(dòng)控制具有決策支持的手動(dòng)控制具有手動(dòng)控制覆蓋能力的遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制自主控制備注有人在船有人在船有人在船無(wú)人在船無(wú)人在船MC MCDS RCMC RC AC

7.挪威船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2021年9月，挪威船級(jí)社（Det Norske Veritas，DNV）發(fā)布《自主與遠(yuǎn)程控制船舶入級(jí)指南》的最新修訂版，旨在為在自主船舶和/或遠(yuǎn)程控制船舶中實(shí)施新技術(shù)提供指導(dǎo)，從而確保其能夠達(dá)到與常規(guī)船舶相當(dāng)或更高的安全水平。與其他船級(jí)社的劃分原則不同，在該入級(jí)指南中，DNV將自主或遠(yuǎn)程控制視為實(shí)現(xiàn)某些功能和任務(wù)的手段，基于功能所使用環(huán)境的不同，從而確定相應(yīng)的自主水平。本文以代表性的航行功能（navigation function）和船舶工程功能（vessel engineering function）為例，對(duì)其自主水平進(jìn)行描述。針對(duì)航行功能，DNV將其自主水平劃分為5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表7。與航行功能不同，DNV針對(duì)船舶工程功能的分類較為簡(jiǎn)單，主要從自動(dòng)化的角度對(duì)其進(jìn)行定義，見(jiàn)表8。

8.美國(guó)船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 0 2 1年7月 和2 0 2 2年2月，美 國(guó) 船 級(jí) 社（American Bureau of Shipping，ABS）相繼發(fā)布了《自主和遠(yuǎn)程控制功能指南》和《自主船舶白皮書(shū)》，為自主船舶制定了一個(gè)基于目標(biāo)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)框架，以支持安全創(chuàng)新和自主化技術(shù)的應(yīng)用。在《自主和遠(yuǎn)程控制功能指南》中，ABS基于數(shù)據(jù)處理、決策和執(zhí)行過(guò)程中的人機(jī)交互水平將自主水平劃分為4個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表9，并認(rèn)為自主船舶的發(fā)展要經(jīng)歷智能、半自主直至全自主，即認(rèn)為自主是智能的高級(jí)形式。

表7 DNV對(duì)船舶航行功能的自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

表8 DNV對(duì)船舶工程功能的自動(dòng)化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

9.印度船級(jí)社的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2021年12月，印度船級(jí)社（Indian Register of Shipping，IRClass）發(fā)布《遠(yuǎn)程操作船舶和自主水面船舶指南》，旨在為遠(yuǎn)程控制船舶和自主水面船舶的安全操作提供指導(dǎo)并提出相應(yīng)的要求。在該指南中，IRClass直接采用了IMO在MSC.1/Circ.1638中對(duì)于船舶自主等級(jí)的分類，即將其分為具有自動(dòng)化過(guò)程和決策支持的船舶、有海員在船的遠(yuǎn)程控制船舶、無(wú)海員在船的遠(yuǎn)程控制船舶和完全自主船舶。

表9 A BS的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

（三）其他組織或機(jī)構(gòu)的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.挪威自主船舶論壇的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 0 1 7年1 0月1 0日，挪 威 自 主 船 舶 論 壇（Norwegian Forum for Autonomous Ships，NFAS）在其經(jīng)批準(zhǔn)的第一個(gè)公開(kāi)版本中，將自主船舶分為自主輔助駕駛臺(tái)（Autonomy Assisted Bridge，AAB）、定期無(wú)人駕駛臺(tái)（Periodically Unmanned Bridge，PUB）、定期無(wú)人駕駛船舶（Periodically Unmanned Ship，PUS）和持續(xù)無(wú)人駕駛船舶（Continuously Unmanned Ship，CUS）4類，見(jiàn)表10。同時(shí)，自主船舶的操作自主水平被分為決策支持、自動(dòng)化、受限自主和完全自主4個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表11。在此基礎(chǔ)上，NFAS定義了6種自主水平，分別面向有人駕駛臺(tái)和無(wú)人駕駛臺(tái)，見(jiàn)表12。

表10 NFA S對(duì)自主船舶的分類

表11 NFA S的操作自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

自主水平?jīng)Q策支持自動(dòng)化受限自主完全自主有人駕駛臺(tái)AAB/PUB直接控制（無(wú)自主）自動(dòng)化駕駛臺(tái)— —無(wú)人駕駛臺(tái)（有船員在船）PUB—無(wú)人駕駛臺(tái)（無(wú)船員在船）PUS/CUS遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化船舶受限自主遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化控制受限自主完全自主

2.丹麥海事局的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

丹麥海事局（Danish Maritime Authority，DMA）在其2017年提交給IMO的有關(guān)監(jiān)管障礙的分析報(bào)告中，將船舶的自主水平劃分為M、R、RU和A共4個(gè)等級(jí)，并詳細(xì)闡述了在不同自主水平下船舶操作員的角色內(nèi)容，見(jiàn)表13。該標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上參考了LR自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，其中，A級(jí)與AL6級(jí)均表明系統(tǒng)已經(jīng)具備自主決策、行動(dòng)和對(duì)周?chē)敖煌ㄐ袨檫M(jìn)行預(yù)測(cè)的能力，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障或提示人為干預(yù)，則由岸基控制人員參與決策。

表13 DM A的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.英國(guó)海上自主系統(tǒng)監(jiān)管工作組的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2014年9月，由英國(guó)政府出資成立了海上自主系統(tǒng)監(jiān)管工作組（Maritime Autonomous System Regulatory Working Group，MASRWG），該工作組的主要職責(zé)在于識(shí)別和確認(rèn)現(xiàn)行IMO監(jiān)管體系中與海上自主系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方法。2017年11月，MASRWG首次發(fā)布《自主船舶行業(yè)行為守則和實(shí)踐規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《行為守則》），旨在為24 m以下的自主和半自主船舶的設(shè)計(jì)、建造和安全操作提供實(shí)用指南，同時(shí)制定更詳細(xì)的自主船舶監(jiān)管框架。隨后，在2018年11月、2019年11月和2020年12月，MASRWG相繼發(fā)布了該《行為守則》的2.0版本、3.0版本和4.0版本。在最新版本中，MASRWG從控制能力的角度將自主船舶的自主水平分為0～5共6個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表14。

表14 M A SRW G的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

4.萊茵河航行中央委員會(huì)的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

1816年成立的萊茵河航行中央委員會(huì)（Central Commission for the Navigation on the Rhine，CCNR）現(xiàn)有5個(gè)成員國(guó)，分別為德國(guó)、比利時(shí)、法國(guó)、荷蘭和瑞士，其主要職責(zé)是制定和修改有關(guān)萊茵河航運(yùn)有關(guān)的規(guī)定，以保障萊茵河的環(huán)境和航運(yùn)安全。2018年12月，CCNR通過(guò)了國(guó)際上第一個(gè)關(guān)于內(nèi)河航行自動(dòng)化水平的定義，其將自主等同于完全自動(dòng)化，并劃分為0~5共6個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表15。

表15 CCNR的船舶自動(dòng)化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

5.芬蘭自主海上生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2016年，One Sea自主海上生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱One Sea）成立，作為一家專注于自主船舶的泛行業(yè)全球聯(lián)盟，目前共有康士伯、瓦錫蘭等十余家成員單位，其目標(biāo)是在2025年前帶來(lái)一個(gè)經(jīng)過(guò)充分研究、測(cè)驗(yàn)并具有實(shí)力的自主航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。2022年3月，One Sea發(fā)布了一份名為《自主船舶：規(guī)則制定參考術(shù)語(yǔ)》的白皮書(shū)，旨在為開(kāi)發(fā)和實(shí)施自主船舶的國(guó)際監(jiān)管框架提供一條前進(jìn)路線。在該白皮書(shū)中，將船舶自主水平劃分為0~5共6個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表16。其中，自主被視為最高等級(jí)的自動(dòng)化。同時(shí)，該白皮書(shū)強(qiáng)調(diào)，船舶自主水平的劃分不應(yīng)與人員所處的位置和船舶配員水平混淆，應(yīng)根據(jù)人類的關(guān)注度和參與度的需求來(lái)定義。

表16 One Sea的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

三、船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)析

通過(guò)對(duì)以上15家機(jī)構(gòu)或組織的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)的梳理可知，目前所公布的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)總體上可分為4種主要類別，不同類別的劃分方法和思路各有不同，下面將對(duì)其進(jìn)行逐一分析和評(píng)述。

（一）基于框架的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

在該類別中，共有5家機(jī)構(gòu)或組織直接采用或基本采用了IMO所提出的4級(jí)自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，包括IMO、CCS、RS、IRClass、DMA。其中，CCS和IRClass直接采用了該劃分標(biāo)準(zhǔn)，而RS則在該劃分標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步的細(xì)化，由4個(gè)等級(jí)擴(kuò)展為5個(gè)等級(jí)。在該類別的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)中，主要描述了對(duì)船舶自主水平的總體分類，并表明了處于不同自主水平時(shí)人員的配備情況和人員所處位置，但并未對(duì)具體的功能和操作進(jìn)行拆解，是一種框架式的自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)。

值得注意的是，盡管該劃分標(biāo)準(zhǔn)較為粗略，但由于IMO的最高權(quán)威性使得其必然成為開(kāi)展自主船舶相關(guān)研究的主要依據(jù)和準(zhǔn)則，影響最為廣泛。同時(shí)，IMO提出該劃分標(biāo)準(zhǔn)的目的是用于監(jiān)管范圍界定工作的順利開(kāi)展，而框架式的劃分有助于各成員國(guó)根據(jù)本國(guó)自身發(fā)展的實(shí)際情況提出更為詳盡的自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，起到重要的指導(dǎo)作用。

（二）基于功能或操作的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

在該類別中，以LR提出的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)為典型代表，還包括DNV、KR、NFAS和MASRWG，共有5家機(jī)構(gòu)或組織。相比于IMO提出的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，此種劃分標(biāo)準(zhǔn)更為細(xì)致，主要以特定的功能或操作為對(duì)象，對(duì)其自主水平進(jìn)行劃分，覆蓋手動(dòng)操作到完全自主。例如，將船舶功能分成數(shù)據(jù)獲取和分析（環(huán)境感知）、制定決策、采取行動(dòng)等階段，并在各階段詳細(xì)描述了不同自主等級(jí)下系統(tǒng)和人類的任務(wù)或職責(zé)，以及不同特定情景下人機(jī)交互的內(nèi)容和形式。

除直接采用IMO提出的分類標(biāo)準(zhǔn)外，基于該方法制定的自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)占據(jù)著重要地位，其思路也影響著其他船舶自主水平劃分方法。從航海實(shí)踐的角度來(lái)說(shuō)，該類別的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)從特定、具體的功能或操作出發(fā)，詳細(xì)地闡明了處于不同自主水平時(shí)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)哪些功能或操作的替代，能夠較好地回答船舶駕駛?cè)藛T的關(guān)切，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值更高、實(shí)踐性更強(qiáng)。

（三）基于智能到自主的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

在該類別中，自主被視為智能的高級(jí)形式，船舶自主水平的發(fā)展需要經(jīng)過(guò)手動(dòng)、智能、半自主和自主等4個(gè)階段。區(qū)別在于，智能僅能滿足由系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和分析，而不能進(jìn)行決策和行動(dòng)。智能系統(tǒng)主要通過(guò)在監(jiān)控和分析階段提供相應(yīng)的支持以實(shí)現(xiàn)人類能力的增強(qiáng)，并不直接制定決策。

目前，在15家組織或機(jī)構(gòu)中，僅有ABS使用了該方法對(duì)船舶的自主水平進(jìn)行劃分。由此可見(jiàn)，基于該方法的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)并未被廣泛接受，同時(shí)，智能與自主存在本質(zhì)區(qū)別，能否劃歸于統(tǒng)一范疇，存在一定的爭(zhēng)議。

（四）基于自動(dòng)化到自主的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

該類別的劃分標(biāo)準(zhǔn)將自主與自動(dòng)化等同起來(lái)，使用自動(dòng)化等級(jí)定義自主水平，其中，自主被視為最高等級(jí)的自動(dòng)化。在上述15家組織或機(jī)構(gòu)中，共有4家采用該方法對(duì)船舶的自主水平進(jìn)行劃分，包括BV、ClassNK、CCNR和One Sea，其中以BV和One Sea為典型代表。受到基于功能或操作的船舶自主水平劃分方法的影響，在對(duì)于自動(dòng)化的等級(jí)劃分中也考慮并明確了系統(tǒng)和人類在不同功能和操作中扮演的角色。

在該類別的劃分標(biāo)準(zhǔn)中，主要依據(jù)自動(dòng)化等級(jí)進(jìn)行劃分，力求證明船舶自動(dòng)化水平越高則自主水平越高，完全自動(dòng)化被等同于自主。盡管有4家組織或機(jī)構(gòu)采用該思路制定了相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在相關(guān)研究中占據(jù)一席之地，但從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，自主與自動(dòng)化存在顯著差異，其對(duì)于船舶系統(tǒng)的本質(zhì)要求不具有相同的邏輯關(guān)系。船舶的自動(dòng)化水平高，說(shuō)明船舶的設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程控制可以根據(jù)人的要求，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)，但仍需要人的監(jiān)控、授權(quán)和批準(zhǔn)[3]。無(wú)論何種等級(jí)的自動(dòng)化均不具有“獨(dú)立于人的干預(yù)”自主完成任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)功能的能力，僅可以作為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)船員或岸基操作人員信息獲取和分析、制定決策、采取行動(dòng)時(shí)的輔助和增強(qiáng)。

四、船舶智能化、自動(dòng)化與自主化的區(qū)別與聯(lián)系

根據(jù)對(duì)以上不同類別船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)的分析結(jié)果可知，不同類別的劃分標(biāo)準(zhǔn)采用的劃分方法和思路存在明顯不同，特別是基于智能到自主的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)和基于自動(dòng)化到自主的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)。這兩類自主水平的劃分標(biāo)準(zhǔn)將智能與自主、自動(dòng)化與自主劃歸到同一范疇，認(rèn)為自主是智能的高級(jí)形式、自主等同于完全自動(dòng)化。然而，從船舶自主化、船舶智能化和船舶自動(dòng)化的角度來(lái)說(shuō)，這三者間存在本質(zhì)區(qū)別。

（一）船舶智能化與船舶自主化

2017年，IMO在MSC 99上對(duì)自主船舶的定義進(jìn)行了界定，自主船舶系指“在不同程度上，可以獨(dú)立于人的干預(yù)而運(yùn)行的船舶”[3]。2015年和2020年，CCS在其發(fā)布的《智能船舶規(guī)范》和《智能船舶規(guī)范（2020年）》中對(duì)智能船舶進(jìn)行了定義，即“智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動(dòng)感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸?shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶，以使船舶更加安全、更加環(huán)保、更加經(jīng)濟(jì)和更加高效”。

從智能船舶的定義上看，智能船舶的本質(zhì)即“船舶智能化”。根據(jù)CCS的定義，智能化系指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)等匯集而成的針對(duì)某個(gè)對(duì)象的應(yīng)用，這些應(yīng)用通常包括但不限于評(píng)估、診斷、預(yù)測(cè)和決策等。從這個(gè)定義可以看出，智能是一個(gè)涵蓋一系列技術(shù)的統(tǒng)稱，包括數(shù)字化和新技術(shù)、節(jié)能和綠色運(yùn)營(yíng)、創(chuàng)新和可持續(xù)的解決方案等。與火車(chē)、汽車(chē)等運(yùn)載平臺(tái)不同，船舶具有單個(gè)資產(chǎn)規(guī)模大、裝備系統(tǒng)復(fù)雜、航行環(huán)境多變、安全保障要求高等特點(diǎn)。因此，智能船舶技術(shù)將包括船舶設(shè)計(jì)、船舶制造和船舶裝備，并與智能港口、智能航運(yùn)、智慧海事等技術(shù)緊密相關(guān)。因此，船舶智能化的根本目的并不是追求“無(wú)人”，而應(yīng)是專注于支持?jǐn)?shù)字能力的技術(shù)和解決方案，通過(guò)應(yīng)用相關(guān)和可用的解決方案來(lái)優(yōu)化船舶整個(gè)生命周期的性能，進(jìn)一步提高組織和決策效率、提高船舶性能、降低運(yùn)營(yíng)成本，從而實(shí)現(xiàn)來(lái)自運(yùn)營(yíng)者/船東、設(shè)計(jì)建造者、各服務(wù)和支持方以及監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、便利性及可持續(xù)性的追求，最終推動(dòng)船舶產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)。

與智能化不同，自主化主要用于描述工程系統(tǒng)在執(zhí)行不同任務(wù)時(shí)自行決定其行為而無(wú)須外部系統(tǒng)或人員參與的能力，其表達(dá)的是行為方式。從IMO對(duì)自主船舶的定義來(lái)看，自主船舶或船舶自主化強(qiáng)調(diào)的是船舶能夠獨(dú)立于人的干預(yù)而運(yùn)行，包括自主感知、自主決策和自主行動(dòng)，最終目的是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)人的等效替代。

由此可見(jiàn)，從某種程度上來(lái)說(shuō)，智能船舶與自主船舶并不是線性發(fā)展的關(guān)系，而是兩個(gè)不同范疇的概念，其代表了船舶領(lǐng)域數(shù)字化發(fā)展的兩個(gè)不同維度。

（二）船舶自動(dòng)化與船舶自主化

對(duì)于自動(dòng)化船舶來(lái)說(shuō)，其早在20世紀(jì)50年代便得以蓬勃發(fā)展，大致可分為單元自動(dòng)化、機(jī)艙自動(dòng)化、全船自動(dòng)化3個(gè)主要階段，其相關(guān)技術(shù)始于機(jī)艙設(shè)備的自動(dòng)控制，由機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展至航行自動(dòng)化、貨物裝卸自動(dòng)化、錨泊及動(dòng)力定位自動(dòng)化，直至形成集成船舶管理系統(tǒng)。目前，自動(dòng)舵、電站自動(dòng)控制系統(tǒng)、液貨裝卸自動(dòng)化系統(tǒng)等系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟并得到了廣泛應(yīng)用。

為了更好地理解船舶自動(dòng)化與船舶自主化的區(qū)別，需要從這兩種技術(shù)的工作原理入手進(jìn)行分析?！白詣?dòng)化（automated）”一般是被用于過(guò)程的通用語(yǔ)言，意為通過(guò)多種信息化手段使船舶能夠在無(wú)人控制的情況下進(jìn)行某些操作，其名詞形式“automation”主要用于描述機(jī)械工作過(guò)程中對(duì)計(jì)算機(jī)指令的響應(yīng)能力，是已預(yù)設(shè)的決策和控制程序，系統(tǒng)無(wú)須根據(jù)實(shí)際情況以任何不同的方式進(jìn)行選擇。也就是說(shuō)，自動(dòng)化的核心在于通過(guò)機(jī)械或電子設(shè)備替代人工對(duì)設(shè)備、過(guò)程或系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制和操作。但上述任務(wù)必須是在預(yù)定條件下的常規(guī)或重復(fù)性任務(wù)，即外部觸發(fā)輸入必須處于預(yù)設(shè)的邊界條件之內(nèi)，系統(tǒng)才能自動(dòng)判斷，并執(zhí)行相應(yīng)的功能指令。相同的邊界條件下，功能指令執(zhí)行相同。然而，自動(dòng)化系統(tǒng)中的預(yù)設(shè)命令主要源于人類的歷史經(jīng)驗(yàn)，即將人類經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為邊界條件并在系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)設(shè)。當(dāng)系統(tǒng)功能較為復(fù)雜或現(xiàn)有的人類經(jīng)驗(yàn)不能覆蓋新的任務(wù)場(chǎng)景時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)則難以滿足保障船舶安全的基本需求。

反觀自主化系統(tǒng)，其一般不進(jìn)行邊界條件的預(yù)設(shè)，不僅可以執(zhí)行預(yù)定義的動(dòng)作，還可以結(jié)合其他條件的態(tài)勢(shì)感知和機(jī)器學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)外部觸發(fā)進(jìn)行判斷，進(jìn)而生成決策和控制方案。同時(shí)，系統(tǒng)能夠自適應(yīng)環(huán)境條件，并在最佳或最適合的選項(xiàng)中進(jìn)行自主選擇，而不受預(yù)設(shè)的邊界條件或外部控制的影響。因此，自主船舶之所以被稱為“自主”，主要體現(xiàn)在人的控制行為或其發(fā)揮的作用將逐步由系統(tǒng)自主完成，船舶會(huì)像人（船員）一樣能感知、能思考、能決策、能行動(dòng)等，即船舶自主化技術(shù)的核心是實(shí)現(xiàn)船舶控制的“人機(jī)等效替代”。船舶自主化系統(tǒng)與人類對(duì)于特定事件的處理流程類似，主要分為信息采集、信息分析、決策和行動(dòng)選擇、行動(dòng)實(shí)施等4個(gè)階段，分別位于自主化系統(tǒng)架構(gòu)的感知層、決策層和控制層，如圖1所示。其中，感知層包括信息采集和信息分析，基于傳感器感知和/或人類感知采集相關(guān)信息，并對(duì)獲取的有效信息分析、融合、解釋為態(tài)勢(shì)理解，從而為決策層提供信息輸入；決策層利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)和推理算法，同時(shí)根據(jù)感知層輸入的信息制定決策，并將系統(tǒng)性能保持在適用框架內(nèi)；控制層根據(jù)生成的執(zhí)行方案控制船舶，以實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的調(diào)整。感知層和決策層將主要依靠自主化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而控制層一般采用自動(dòng)化技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)，與基于現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)系統(tǒng)差異不大。

圖1 船舶自主化系統(tǒng)架構(gòu)

因此，船舶自動(dòng)化與船舶自主化存在著本質(zhì)區(qū)別，如圖2所示。但從技術(shù)應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化技術(shù)仍可以在自主化系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，使得高級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)可以具有自主化的外觀，即在預(yù)設(shè)的邊界條件內(nèi)或預(yù)定范圍內(nèi)，任務(wù)或功能可以通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，然而一旦超出預(yù)定范圍，則需要自主化技術(shù)的介入，由系統(tǒng)進(jìn)行自主決策和行動(dòng)選擇。

圖2 船舶自動(dòng)化與船舶自主化的區(qū)別

綜上所述，自主船舶、智能船舶、自動(dòng)化船舶的概念、構(gòu)想、目的和發(fā)展路線各不相同，卻又相互聯(lián)系。從本質(zhì)與內(nèi)涵出發(fā)，船舶自主化、船舶智能化和船舶自動(dòng)化分別從不同維度表征了船舶的行為方式和完成行為過(guò)程的能力，其最大差異體現(xiàn)在人在控制環(huán)路中發(fā)揮的作用。但從技術(shù)手段上來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)又可以促進(jìn)自主化技術(shù)的發(fā)展，三者間相互聯(lián)系、相互融合。以制定決策和行動(dòng)選擇階段為例，在系統(tǒng)預(yù)設(shè)的邊界條件內(nèi)，可采用自動(dòng)化技術(shù)；而在系統(tǒng)預(yù)設(shè)的邊界條件之外，則可利用智能技術(shù)提供一整套的決策或行動(dòng)備選方案，以供人類選擇；或采用自主化技術(shù)獨(dú)立于人的干預(yù)自主決策并采取行動(dòng)。

五、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，將以更為安全、高效、綠色的方式運(yùn)載貨物和乘客的自主船舶正受到航運(yùn)領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者的廣泛關(guān)注，業(yè)已成為航運(yùn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和新技術(shù)革新的典型代表。眾多機(jī)構(gòu)或組織對(duì)于自主船舶進(jìn)行了大量有益探索，部分研究成果已取得突破性進(jìn)展，同時(shí)針對(duì)船舶自主水平提出了不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)。然而，不同劃分標(biāo)準(zhǔn)的背后彰顯著不同的劃分思路，尤其是對(duì)于船舶智能化、船舶自動(dòng)化與船舶自主化的理解各異，三者間的區(qū)別和聯(lián)系辨識(shí)不清。

本文通過(guò)梳理全球范圍內(nèi)15家權(quán)威組織或機(jī)構(gòu)的船舶自主水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，將其劃分為4個(gè)主要類別，并逐一評(píng)析其劃分方法和思路。分析結(jié)果表明，自動(dòng)化船舶、智能船舶與自主船舶并非是線性發(fā)展的關(guān)系，存在本質(zhì)區(qū)別，不應(yīng)將其混淆或劃歸到同一范疇。但從所采用的技術(shù)手段來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化技術(shù)、智能技術(shù)又促進(jìn)了自主化技術(shù)，乃至自主船舶的發(fā)展和進(jìn)步。在厘清船舶智能化、船舶自動(dòng)化與船舶自主化的同時(shí)，本文的研究結(jié)論在一定程度上可為我國(guó)航海教育面向船舶自主化進(jìn)行的適應(yīng)性調(diào)整提供參考。