海上無人駕駛船舶的探討

陳昌明 廣州航海學(xué)院海運學(xué)院

湯敏惠 廣東海事局交管中心

回顧航運歷史，航運業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而變化。從獨木舟到小艇、船、超大型船舶、航空母艦和巨大型船舶，船舶隨之變得越來越大，速度也是越來越快，構(gòu)造變得越來越復(fù)雜。自20世紀(jì)以來，航運業(yè)已經(jīng)成為世界上最重要的產(chǎn)業(yè)之一，一些關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)也隨之產(chǎn)生，包括運輸、國際貿(mào)易、軍事、國際公關(guān)、保險理賠等等。分析航運的發(fā)展趨勢，無人駕駛船舶在不久的未來將會出現(xiàn)。

1.無人駕駛亟需解決的問題

1.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

無線通信技術(shù)縮短了岸基控制中心和船上終端的距離[1]。通過局域網(wǎng)，岸上的指揮人員可以實時發(fā)送指令給船舶控制中心。由岸上發(fā)送的指令被船上的接收終端收到，然后傳輸指令到船上中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)把收到的指令解碼后發(fā)送給機器和其他設(shè)備的應(yīng)答器，隨后對收到的信號做出相應(yīng)的行動，并且把完成指令動作的信號通過各種各樣的傳感器和數(shù)據(jù)鏈反饋到船上的中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)再把完整的指令信息反饋給岸基操作員。（如圖1所示）這個程序的運轉(zhuǎn)基于目前的科技水平是可以實現(xiàn)的。但是目前設(shè)備的可靠性，兼容性和穩(wěn)定性仍需要改進(jìn)。

1.2 通信費用

目前海上的無線通信費用比較昂貴。為了達(dá)到岸基和船舶的良好通信，需要大容量的數(shù)據(jù)通訊?，F(xiàn)在遠(yuǎn)洋船舶通信方式是高價格的衛(wèi)星通信，這些因素會局限到岸基對船舶的操控通信。然而，低軌衛(wèi)星移動通訊系統(tǒng)可以解決這個問題。這種衛(wèi)星高度只有750-1000公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)在的通訊衛(wèi)星高度（大約35786公里高度）。由于距離縮短，船上的衛(wèi)星通信收發(fā)器功率可以降低到類似于移動無線電話。通過縮短距離的升級，還可以提高通信的可靠性。另外，由于衛(wèi)星的輕型化（大概130公斤），使得其更容易發(fā)射和運轉(zhuǎn)，相應(yīng)的費用也被減少。海上的通信費用將和陸地上的相等，這樣將有利于船岸通信。

1.3 推進(jìn)系統(tǒng)

推進(jìn)系統(tǒng)從原始的人力到風(fēng)力，燒煤的蒸汽機，柴油內(nèi)燃機，變頻馬達(dá)的電動力推進(jìn)器。對于無人駕駛船舶來說，首選電動力推進(jìn)系統(tǒng)，電動力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點是工作穩(wěn)定，變動平穩(wěn)，易于和計算機兼容，震動小，運轉(zhuǎn)時的溫度更低。當(dāng)然，它也有缺點，比如很難通過大功率輸出電源來產(chǎn)生高頻電源去滿足船舶推進(jìn)器的需要，低能效率。當(dāng)前大部分船舶使用重油或者柴油，但是最終的能效來源是由發(fā)電機提供的。從柴油轉(zhuǎn)換到電動力的能效率大約為70%。電動力轉(zhuǎn)換到推進(jìn)系統(tǒng)的能效率僅僅70%左右。因此，最終的變頻能效僅僅49%。在當(dāng)前時代，全球氣溫升高和防止污染是一個全球性的問題，低變頻能效率意味著更多的CO2排放。因此，必須為無人駕駛船舶尋求低污染或者高變頻能效率的新能源[2]。

目前，許多海事研究機構(gòu)正在研究船舶清潔能源，包括風(fēng)動力，太陽能潮汐能，氫燃料電池，核動力，化學(xué)電池，等等。由于多種原因，比如能源密度，能源轉(zhuǎn)化率，船上的空間，可利用性等等，致使研究進(jìn)度緩慢。目前認(rèn)為核能源是最適合無人駕駛船舶的。

1.4 海上避碰及相關(guān)法律

海上無人駕駛船舶是一個新設(shè)想，現(xiàn)行的國際避碰規(guī)則還沒有涉及這方面的相關(guān)條款。[3]但是無人駕駛船舶會出現(xiàn)，因此規(guī)則要更新和增加無人駕駛船舶之間避碰，無人駕駛船舶和正常船舶之間避碰，無人駕駛船舶航行信號顯示，和其他船舶之間的信息交換的條款。事實上無人駕駛船舶的航行現(xiàn)在不是困難的事，GPS系統(tǒng)相當(dāng)完美，在偏航許可的范圍內(nèi)，通過軌跡舵功能，船舶可以沿著計劃好的航路到達(dá)預(yù)設(shè)目的地。無人駕駛船舶可以通過動力定位系統(tǒng)，采取改變航向和速度的手段去避免碰撞。但是在經(jīng)濟不發(fā)達(dá)區(qū)域，仍然有許多問題關(guān)聯(lián)到安全和保安問題。

1.5 建造無人駕駛船舶成本高昂

基于目前的航運設(shè)備，建造一艘無人駕駛船舶是昂貴的。無人駕駛船舶需要很多高配置的電腦或者中央處理器去組建船上中央控制系統(tǒng)以便像正常營運船舶一樣去完成各種復(fù)雜的任務(wù)。目前而言，無人駕駛船舶的機艙和駕駛臺設(shè)備是昂貴的?？紤]到可靠性，以及為了應(yīng)急，備用（多余）的設(shè)備也被裝在船上，成千上萬個傳感器被裝在無人駕駛船上去滿足要求，以便對船舶做到足夠控制，這些增加了船舶的建造成本。另外，由于復(fù)雜的船舶構(gòu)造，同樣也增加了常規(guī)保養(yǎng)和定期維修的費用。雖然無人駕駛船舶是未來航運的發(fā)展趨勢，但是的確還有很多的問題。

2.海上無人駕駛的優(yōu)越性

2.1 解決船員的職業(yè)危機

自古以來，船員的職業(yè)就充滿危險，他們必須去面對相當(dāng)差的船上居住條件，惡劣的天氣和海況，高噪音，強震動，高輻射，生活區(qū)內(nèi)部的不良空氣，不新鮮的食物，不干凈的飲用水，艱苦的工作和休息時間，等等。除此之外，他們還必須要面對心理健康方面的問題。他們思念自己的妻子、孩子、父母和朋友?？偟膩碚f，他們生活在相對孤獨和很差的居住環(huán)境里。通過對全世界和海員做總體調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分的海員都來自欠發(fā)達(dá)國家，他們從事海員職業(yè)是為了生存，而不是因為愛好。所以在發(fā)達(dá)國家，由于船上和陸上工資待遇的差別越來越小，致使人們不愿意去從事海員職業(yè)，這樣海運業(yè)將面臨缺乏船員的危機（圖2，近3年無限航區(qū)海員船員數(shù)量）。

從圖2 中可以看出近三年來船長、大副、二副人數(shù)基本不變，但三副人數(shù)在急劇減少，說明新加入的船員在減少，預(yù)示今后干部船員數(shù)量會急劇減少。

2.2 降低海運企業(yè)營運成本

根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗來看，船員工資占船公司營運成本35%的比例，但是由于近幾年的航運低迷導(dǎo)致該比例上升到45%左右甚至更高（見圖3，以甲板部干部船員工資為例）。由于在本世紀(jì)的早些年間航運產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，造船廠，船舶和港口設(shè)施都超額生產(chǎn)。2007年的全球金融危機刺穿了航運產(chǎn)業(yè)的繁榮泡沫，然后進(jìn)入2011年的航運產(chǎn)業(yè)破產(chǎn)和停業(yè)時期。很多航運公司，船廠，港口和其他關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)都破產(chǎn)或倒閉，近5年來，幾乎整個航運業(yè)都掙扎在生存邊緣。地中海海運指數(shù)曾經(jīng)跌破300點。但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的工資都在不斷上漲，船員工資也在隨之提高。在這樣的形勢下，造成了海運企業(yè)的營運成本進(jìn)一步提高。

從圖3可以看出近年來甲板部干部船員的工資在大幅提升，從中可以看出一艘船舶的營運費用會大幅增加，公司營運成本也會隨之大幅增加。

2.3 優(yōu)化船舶構(gòu)造

無人駕駛船舶可視為是一種全新的造船理念，相對于常規(guī)船舶而言，無人駕駛船舶很多構(gòu)造和設(shè)備都是不同的，或者是可以被省略的，或者被改進(jìn)的。比如說船員住所就可以被去掉，駕駛臺，機艙，主甲板，系泊設(shè)備可以被改進(jìn)或者簡化。船舶形狀將有別于現(xiàn)有的常規(guī)船舶。這樣將減少船舶建造成本，并且有更多的裝貨空間，也延長了船舶的營運壽命。

2.4 減少海洋環(huán)境污染

現(xiàn)在環(huán)境污染變成了全球性的重大問題。來自船舶活動的污染包括大氣污染，油類，危險品，垃圾，生活污水，噪音和防污材料等等。許多國家采取實施保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境法律和條例去限制船舶活動。事實上有很多的污染是由船舶活動造成的。例如碰撞或擱淺事故引起的油輪泄漏到海洋里；相當(dāng)大數(shù)量的機器處所和貨艙的油水混合物里被排放人海；船舶壓載水里運輸?shù)拇罅壳致孕晕锓N導(dǎo)致許多地方生態(tài)失去平衡甚至引起災(zāi)難。而無人駕駛使用新能源，[2]減少人類在船上活動，這樣就可以很好地解決此類問題。

3.結(jié)語

海上無人駕駛是一種新型海上運輸模式，現(xiàn)在人類還是處在一種探索階段，但只要考慮好航行過程中的每一個環(huán)節(jié)，合理配置，全方位設(shè)計和規(guī)劃，可以預(yù)見不久的將來一種全新的航運模式將會出現(xiàn)，人類的航海事業(yè)將會變得更安全、更智能、更節(jié)省、更環(huán)保。