智能船舶的践行与渐进

本刊记者 刘 萧

智能船舶的践行与渐进

本刊记者 刘 萧

有人曾总结，智能船舶的发展其实是一个循序渐进的过程，遵循着先局部后整体，先船上再岸上的原则。此话说来简单，但不可否认的是，前者与后者却是量变与质变的关系。所以面对智能船舶的方兴未艾，如何提升质变速度成为了当下热议的话题。

物联网、云计算、大数据等新兴技术正在推动信息大潮的来临，与此同时一场工业智能化革命也正在酝酿。对于船舶行业而言，近年来智能船舶概念的出现以及智能船舶技术的日益发展，为智能航运的发展增添了动力。有人曾总结，智能船舶的发展其实是一个循序渐进的过程，遵循着先局部后整体，先船上再岸上的原则。此话说来简单，但不可否认的是，前者与后者却是量变与质变的关系。如何找到症结、突破瓶颈，自然成为了当下值得探讨的问题。

技术尚待成熟

近年来，伴随着越来越多的智能船舶相关技术走向成熟，智能船舶和智能航运概念也日益为人熟知。那么，千呼万唤的智能船舶发展现状是怎样的呢？据相关专家介绍，目前与智能船舶相关的环境感知技术、通信导航技术、状态监测与故障诊断技术等相关技术理论已经较为成熟。但客观来看，依然有些技术理论，如能效控制技术、航线规划技术、安全预警技术、自主航行技术等，缺少在真实环境下的验证。因此，严格意义上来讲智能船舶总体仍处于快速发展阶段，还未完全成熟。他继续补充谈到，根据CCS《智能船舶规范》对智能船舶的定义：智能船舶系指利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段，自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理和分析技术，在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶。“不可不说，每个环节都关乎船舶的营运安全。从这个角度来说，我们更希望智能船舶‘待成熟期’能够更长一些。”

为何如是说？业内专家以“导航雷达如何才算真正适应智能规范要求”为例向记者做出了详尽解释。他告诉记者，ARPA是在普通雷达的基础上，根据人工标绘原理，增加计算机的输入、存储、计算、判断、输出、模拟、绘图、报警等功能发展而成的一种新型雷达（避碰雷达）。他补充道：“不同船型有不同的回转半径，不同速度下有不同的转弯角速度。所以要想真正实现船舶避碰ARPA功能，自然每种船型的数学模型是不一样的。而且就算同种运输船舶，不同装载量下，ARPA特性也存在一定的差别。回到智能船舶话题上来，其与传统的‘ARPA功能’相比，必不可少地需要其与‘船舶能效管理系统’有接口关系，实现自身船型特性数据的输入和实时修正。换言之，唯有避碰ARPA软件具备‘学习’能力时才能真正成为名副其实的智能。”

学习能力对于智能船舶意义几何？专家引用“Alpha Go”的深度学习算法给记者打了个比方。他告诉记者，“Alpha Go”的伟大之处就在于运用了最新的深度学习算法，开启了从“计算”到“智能”的飞跃。这一学习算法可以说弥补了以往计算机在处理一些问题的时候往往给出的结果只能是“非黑即白”。他坦言，对于航运而言，船舶营运中的天气、环境以及突发状况几乎都属于开放性问题。如果船舶没有具备学习能力，那么这些问题很难得到妥善解决，也将会给船舶营运安全带来高风险。“依我所见，未来智能船舶应该以数据为核心，不仅需要能够实现全船数据共享，具备自主分析和决策能力，而且还要具备能够通过船岸一体化进行远程支持和服务。然而这些功能的开发并非一蹴而就，需要大量的时间与真实环境下的验证。”

网络安全难题

2016年底，SAFETY4SEA发起了一场名为“分享你的智能航运见解”的调查。调查结果显示，网络安全、使用新技术和软件的船员培训、能源管理和排放监测、电子航海和电子海图显示与信息系统（ECDIS）分别入选了航运业前五大智能航运挑战名单。其中，网络安全更以40.6%的占比成为了航运人最为关注的未来智能船舶的高风险点。

网络安全如此之高的投票数背后，到底有何深意？在此记者分享一下去年3月的“RSA加密算法安全大会”上，Verizon RISK安全团队所披露的一起安全案例。案例显示，一群海盗在劫持了某航运企业的货船后并没有针对船上人员和船舶本身索要赎金，而是迅速找到目标集装箱，抢走箱内的贵重货物后扬长而去。事故发生后，Verizon RISK安全团队在调查中发现，海盗在实施抢劫前其实早已成功入侵这家企业的提单管理系统，并对船舶载运的货物进行了详尽了解。总而言之，这期“精确抢劫”事件背后，是不安全的航运网络安全的始作俑者。当然，这起案件也向航运业敲响了安全警钟：未来的智能船舶上不免要运用实时的数据传输、人工智能与远程控制等技术，如何做才能在为船舶驾驶带来种种便利的同时，不为海盗抢劫提供途径，非常值得重视。

采访中一位业内人士据此问题谈出了自己的看法。首先其认为，一直以来岸基系统的网络安全没能得到重视，将不免成为未来智能船舶的一大短板。他谈到：“据我说知，尽管不少航运企业早已配备了先进的系统，可以在系统上实时查看货物与船舶的状态，甚至船上某一具体设备的运转状况。但不可否认的是目前这些系统大多处于‘裸奔’状态。”目前电子海图都是离线版，装船后其可与GPS设备相接并将每日的船舶航行位置、航次信息返回给岸基系统。所以只要是岸基被攻破，黑客便可窃取其想知道的一切。如果任由这一短板存在，那么未来海盗即使无法破解“无人船”的控制系统，也可以攻击航运企业的船队管理系统，通过数据分析准确筛选出可用信息，以提高抢劫过程中精准度。

此外，针对“分享你的智能航运见解”调查中的其余高占比风险，专家也在采访中谈出了相应的观点。其认为，目前不少业内人士对智能船舶的认知可能还存在不足。其坦言，未来的智能船舶从广义上讲应是一个船岸统一的大的集成系统，这其中便包括船舶的实时状态监测、控制、装卸货的智能控制、以及物流控制、船队调度和管理系统的统一监测和控制。正是由于智能船舶涉及的领域十分广泛，内涵极其丰富，涉及到设计院所、船厂、设备制造商、航运企业、货主等不同单位，这也就促使了设计者不仅要考虑船舶本身的智能性，还要考虑船岸一体；不仅要考虑船舶的智能化，更要理解和明确智能化的最终目的是提高船舶的安全性、运营经济性和航行的清洁性要求。只有这样才能保证未来智能船舶更加安全、环保、经济、可靠。

铺垫智能未来

与传统船舶相比，未来“智能船舶”优势明显。最为显著的优势莫过于其可从根本上减少人为因素对船舶航行安全的影响。目前，随着现代船舶性能的不断提升，由船员疲劳与不良情绪而导致的操作性失误已成为危害船舶航行安全的最主要因素之一。在未来，智能船舶将从设计之初，便开始执行通过岸上专家决策系统与远程遥控系统对船舶进行操纵的理念。这种设计一方面将极大减少船上配员数量，并且其也或将终结船东每每需要支付的救生、消防、防污染等设备的维护保养费用。

此外，采访中一位业内人士还向记者谈道，据其了解一些国外的船舶设计厂商为了更好地赋予未来智能船舶防海盗功能，甚至欲将未来智能船舶设计为全封闭式。不可否认，智能船舶的出现给予了航运业对未来无限憧憬，但与此同时，它的出现也提醒着业界“不积跬步无以至千里”，当下需要为其准备的“铺垫”还有很多。

最为直观的当属目前许多船舶设备厂商所能提供的单个设备或系统的监控和维护系统仅仅是以自身为主导，实现了部分智能化功能。这就导致了由于各个系统缺乏统一协调，这些设备仅立足于系统本身进行优化，没有从全船角度去考虑。因此，在越来越多的系统装船后，出现了相关问题。鉴于此问题，不少专家在采访中建议，应从设计阶段就开始考虑传感器的布局，建立全船信息感知体系，在统一的数据和接口格式下搭建全船智能网络平台，完成全船大数据采集，实现全船各系统及设备的信息融合与共享。此外，在船舶授予智能集成平台功能标志时，应至少集成智能航行、智能机舱和智能能效管理三个系统的数据，形成船上数据与应用的统一集成平台。集成平台应具备开放性，能够整合现有船上信息管理系统及后续新增系统，以实现对船舶的全面监控与智能化管理，并与岸上实现数据交互。

不仅如此，为了更好帮助船东完成“智能能效管理”目标，现下也需要进行一系列的相关研发。据介绍，“智能能效管理”是指能够通过对船舶航行状态、耗能状况的在线监测与数据的自动采集，对船舶能效状况、航行及装载状态等进行评估，并通过大数据分析、数值分析及优化技术，为船舶提供数据评估分析结果和辅助决策建议，以及航速优化、基于纵倾优化的最佳配载等解决方案，实现船舶能效实时监控、智能评估及优化，不断提高船舶能效管理水平。不仅如此，记者在采访中也了解到。想要真正使“智能能效管理”名副其实，还需要赋予智能船舶的航路的设计和优化能力。根据船舶所具有的技术条件和性能，特定的航行任务、吃水情况、货物特点和船期计划，充分考虑风、浪、流、涌等因素，在保证船舶、人员和货物安全的条件下，设计和优化航路、航速，尽量减少燃料消耗，并在整个航行期间不断优化。