智能航行支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系研究

文 捷，洛佳男，李春旭，呂旭煒，姚治萱

（1.交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院，北京 100088；2.交通運(yùn)輸部東海航海保障中心，上海 200086）

一、 引言

隨著人工智能、低軌道衛(wèi)星通信、5G、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的不斷發(fā)展與突破，航運(yùn)業(yè)也逐步融入到越來(lái)越數(shù)字化和智能化的時(shí)代，具備遙控駕駛、自主航行能力的智能船舶成為了國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究焦點(diǎn)?？紤]到未來(lái)船舶智能化的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢(shì)，目前我國(guó)已啟動(dòng)了智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系研究，工業(yè)和信息化部、交通運(yùn)輸部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)組織制定了《智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（征求意見(jiàn)稿）》[1]，并于2021年2月公開(kāi)征求意見(jiàn)，旨在加快推動(dòng)智能船舶發(fā)展，逐步構(gòu)建覆蓋設(shè)計(jì)、建造、測(cè)試與驗(yàn)證、營(yíng)運(yùn)等方面的智能船舶規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系。

船舶智能航行離不開(kāi)船岸間的交互與協(xié)同，《智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》從船舶智能化發(fā)展出發(fā)，提出了標(biāo)準(zhǔn)體系框架，但關(guān)于岸基服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)尚未開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)體系的深化研究工作，標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)思路和實(shí)施要點(diǎn)、層次設(shè)計(jì)與子類(lèi)劃分、重點(diǎn)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展需求仍不明確，船舶不同自主等級(jí)岸基服務(wù)能力和水平缺乏規(guī)范、統(tǒng)一的指導(dǎo)依據(jù)，無(wú)法對(duì)支撐船舶智能航行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施方案與評(píng)價(jià)規(guī)則，因此，進(jìn)一步深入研究和細(xì)化岸基服務(wù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系非常必要。團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了工信部高技術(shù)船舶智能船舶綜合測(cè)試與驗(yàn)證研究(〔2018〕473)項(xiàng)目，旨在深入開(kāi)展智能船舶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系岸基部分研究工作，明確岸基部分重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展需求。

二、 智能航行相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分析

國(guó)際海事組織（IMO）高度重視海上自主水面船舶（MASS）的安全、安保等一系列問(wèn)題。2017年，IMO第99屆海上安全委員會(huì)（MSC）正式將MASS列入議程。2018年，第99屆MSC會(huì)議上成立MASS工作組，并啟動(dòng)相關(guān)法規(guī)的梳理和修訂工作；第100屆MSC會(huì)議上，決定采用丹麥海事局對(duì)船舶自主水平的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]，將自主水面船舶的自主程度分為4個(gè)等級(jí)。在測(cè)試與驗(yàn)證方面，2019年，MSC第101屆會(huì)議批準(zhǔn)MSC.1/Circ.1604《MASS試航暫行指南》[3]，提出了試航的原則和主要目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)MASS試航需要遵循的風(fēng)險(xiǎn)管理、人員、通信和數(shù)據(jù)交換、網(wǎng)絡(luò)安全等法定要求。此外，IMO高度關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全和電子數(shù)據(jù)模型等。2017年，MSC第98屆會(huì)議批準(zhǔn)MSC-FAL.1通函 Circ.3《海上網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)管理指南》[4]，從風(fēng)險(xiǎn)管理的角度給出了防范海事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)攻擊的原則和要求。

海上導(dǎo)航和無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備及系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)（IEC/TC 80）目前約有13項(xiàng)智能船舶相關(guān)在研和已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及船用導(dǎo)航設(shè)備、航海和無(wú)線(xiàn)電通信、接口數(shù)據(jù)庫(kù)、甚高頻數(shù)據(jù)交換、航線(xiàn)控制等內(nèi)容；工業(yè)過(guò)程測(cè)量、控制和自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)（IEC/TC 65）已制定300余項(xiàng)工業(yè)自動(dòng)化國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其中系統(tǒng)集成、測(cè)控裝置、通信網(wǎng)絡(luò)、能效、功能安全、工業(yè)信息安全等已成為國(guó)際公認(rèn)的智能領(lǐng)域的核心支撐標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)智能船舶系統(tǒng)集成性要求、能效管理系統(tǒng)研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)和信息安全等具有一定參考價(jià)值。

此外，國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)（SAE）則在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)領(lǐng)域制定了多項(xiàng)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，包括網(wǎng)絡(luò)安全、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的分級(jí)方法等，對(duì)基于船岸協(xié)同的船舶智能航行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用具有一定借鑒作用。

三、智能航行岸基支持保障運(yùn)作流程

岸基支持保障對(duì)于智能航行船舶來(lái)說(shuō)，最終的體現(xiàn)形式是不同類(lèi)型的服務(wù)，包括信息服務(wù)、通信服務(wù)、技術(shù)服務(wù)等。每種類(lèi)別的服務(wù)具有相對(duì)固定的生命周期，在不同階段體現(xiàn)為不同的形態(tài)，同時(shí)隨著船舶智能航行技術(shù)的不斷演進(jìn)和智能航運(yùn)發(fā)展的總體要求，服務(wù)內(nèi)容、服務(wù)方式均會(huì)發(fā)生變化，具有明顯的分階段特征，應(yīng)在不同歷史發(fā)展階段對(duì)整體運(yùn)作流程和方式進(jìn)行不斷改進(jìn)。在現(xiàn)階段，岸基對(duì)智能航行船舶提供服務(wù)的基本運(yùn)作流程見(jiàn)圖1。

圖1 智能航行支持保障基本運(yùn)作流程

圖中，岸基服務(wù)首先通過(guò)數(shù)據(jù)采集及通信傳輸設(shè)施進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)建立現(xiàn)實(shí)事物到計(jì)算機(jī)表達(dá)的映射模型，即數(shù)據(jù)建模標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)主要為地理事物和信息事物建模，形成具有統(tǒng)一分類(lèi)與編碼、分布式/集中存儲(chǔ)的基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)。在原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，按照岸基服務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的服務(wù)分類(lèi)、編碼格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、可視化、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行服務(wù)加工，形成岸基服務(wù)數(shù)據(jù)集。然后，通過(guò)建立的船岸數(shù)據(jù)通信和交換協(xié)議進(jìn)行信息交換，確保信息的安全性、可靠性、準(zhǔn)確性。最終在智能船舶終端進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示，并用于船舶智能航行決策，為船端智能集成平臺(tái)提供決策信息。

四、國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系分析

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行分析，見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系

續(xù)表

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)涉及航行支持保障信息化、智能化相關(guān)標(biāo)委會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行分析，部分標(biāo)委會(huì)涉及到船用設(shè)備制造、通信導(dǎo)航、測(cè)繪等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，但從航運(yùn)整體運(yùn)行角度出發(fā)、從船舶智能航行需求出發(fā)構(gòu)建支撐船舶智能航行的岸基支持保障缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系指導(dǎo)。

五、智能航行支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建思路

（一）立足船岸協(xié)同，與船舶智能航行技術(shù)發(fā)展需求總體相適應(yīng)。充分考慮船舶智能航行技術(shù)發(fā)展需求，從通信傳輸、信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全、決策控制等角度，構(gòu)建智能航行船舶岸基服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

（二）實(shí)現(xiàn)國(guó)際接軌，與國(guó)際海事公約規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范頂層要求總體協(xié)調(diào)。形成的智能航行岸基支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系總體上與IMO MSC.1Circ.1604《MASS試航暫行指南》等公約規(guī)則、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）“智能航運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)化路線(xiàn)圖”、國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）E航海戰(zhàn)略等要求相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述要求的具體支撐與細(xì)化落實(shí)。

（三）體系完整清晰，有效支撐基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)能力提升。標(biāo)準(zhǔn)體系框架系統(tǒng)完整、界面清晰，覆蓋基礎(chǔ)、技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)四大類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)需求，支撐基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)能力升級(jí)。

（四）動(dòng)態(tài)開(kāi)放管理，充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)體系指導(dǎo)、規(guī)范和引領(lǐng)作用。智能航行岸基支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)該是一個(gè)開(kāi)放的體系，能與時(shí)俱進(jìn)、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，以適應(yīng)船舶智能航行技術(shù)的發(fā)展需求，保持一定的先進(jìn)性。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的開(kāi)放性使得標(biāo)準(zhǔn)的制定工作可以循序漸進(jìn)地進(jìn)行。

六、智能航行支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系

（一）標(biāo)準(zhǔn)體系目標(biāo)分析。標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建既要面向目標(biāo)對(duì)象，研究分析目標(biāo)對(duì)象對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的需求，也要面向支持對(duì)象，研究分析用哪些標(biāo)準(zhǔn)支持目標(biāo)對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化。目前，圍繞船舶智能航行技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的一系列影響和變化，《智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（征求意見(jiàn)稿）》從船舶制造和運(yùn)行角度出發(fā)提出了基礎(chǔ)共性（A）、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用（B）、智能船舶設(shè)計(jì)（C）、智能船載系統(tǒng)及設(shè)備（D）、智能船舶測(cè)試與驗(yàn)證（E）、岸基服務(wù)（F）、運(yùn)營(yíng)管理（G）等7方面的體系架構(gòu)。對(duì)于智能航行支持保障系統(tǒng)構(gòu)建，涵蓋了基礎(chǔ)、技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)各方面的內(nèi)容，需要在原標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化和明確。

（二）標(biāo)準(zhǔn)體系框架。根據(jù)當(dāng)前國(guó)際組織關(guān)于岸基支持保障標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和應(yīng)用情況，船舶智能航行對(duì)岸基支持保障主要包括通信傳輸、導(dǎo)航增強(qiáng)、感知支持、信息服務(wù)、算力支持、遙測(cè)遙控、網(wǎng)信安全等7個(gè)方面的需求。通過(guò)對(duì)《智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（征求意見(jiàn)稿）》的深入分析，智能航行支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系框架如圖2所示，總體結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)要素見(jiàn)表2：

圖2 智能航行支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系框架

表2 智能航行支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系總體結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)要素

續(xù)表

（三）重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)分析

在標(biāo)準(zhǔn)體系框架基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)智能交通運(yùn)輸及相關(guān)信息化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，結(jié)合國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、指南內(nèi)容，經(jīng)過(guò)分析研究，初步提出了智能航行支持保障方面重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)清單，具體見(jiàn)表3～表6。

表3 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表

表4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表5 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

表6 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

七、結(jié)語(yǔ)

智能航行支持保障標(biāo)準(zhǔn)體系與其他眾多標(biāo)準(zhǔn)體系的形成環(huán)境有較大差異，如航測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系、集裝箱標(biāo)準(zhǔn)體系等是在行業(yè)發(fā)展較為成熟，有關(guān)既定標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)積累到一定程度的情況下形成的。智能航行支持保障系統(tǒng)隨著信息化、數(shù)字化、智能化發(fā)展，已經(jīng)顯露出迅猛發(fā)展的勢(shì)頭，標(biāo)準(zhǔn)體系及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)隨著智能船舶、智能航保、智能港口的發(fā)展，及時(shí)制定新標(biāo)準(zhǔn)或修訂原有標(biāo)準(zhǔn)體系和標(biāo)準(zhǔn)，以保證隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化工作應(yīng)起到引領(lǐng)和促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展技術(shù)進(jìn)步的作用。另外，為推動(dòng)智能航行支持保障系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)國(guó)內(nèi)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的范圍一致時(shí)，應(yīng)通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，盡量將國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。