智能无人船舶发展面临的问题和解决办法

2018-12-06范怀谷

船舶标准化工程师 2018年3期

范怀谷

（福建省海运集团有限责任公司，福州 350009）

0 引言

近年来，关于智能船舶的话题异常火热。中国船级社发布的《智能船舶规范》在2015年3月1日生效，劳氏船级社也发布了智能船舶入级指导文件。英国罗尔斯·罗伊斯公司2016年4月首次披露了自动无人驾驶货船岸基控制中心运营版本，展示了未来无人航运概念。随后发布了“高级无人驾驶船舶应用开发计划”，发布了项目白皮书，阐述了实现遥控与无人驾驶船舶的未来愿景，并认为无人船“这一切即将发生”。美国、日本和韩国等国家也在各自的无人船研究方面加大了投入。2017年，大连海事大学校长王祖温提出我国应加强无人驾驶船舶技术和法规的研究。2011年7月6日，由中国船舶工业集团公司、大连海事大学、中国船级社、交通运输部水运科学研究院共建的“无人船技术与系统联合重点实验室”在大连海事大学揭牌，围绕无人船舶设计建造及运营所涉及的共性技术、关键系统和工程装备，以及相关法规和标准开展研究。《财富》网站2017年7月23日报道的全球第一艘无人驾驶船舶“YARA Birkeland”号下水航行，仿佛无人船的时代已经近在咫尺。然而，智能船舶到底离我们有多远，本文将探讨智能船舶发展面临的真正问题。

1 当前智能船舶发展面临的问题

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、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，以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠。据经济日报报道，我国研制的全球第一艘智能船舶于2017年12月5日在上海正式交付使用，但实际上这艘名为“大智”号的所谓智能船舶只是在信息采集和分析方面有一定的智能化，并没有实现自动航行靠泊，自动维修等功能，仍需按要求配备足够的船员。关于智能化无人船舶何时能实现，一直就存在着设计者和使用者之间的争议。设计者掌握的资源较多，所以在媒体的曝光度也较多，而作为使用者，笔者认为智能化是大势所趋，船舶行业和任何行业的智能化升级都是必然的，然而就现阶段而言，发展智能船舶至少面临以下问题。

1.1 法规

《国际海上人命安全公约》中规定“各船旗国要根据自己制定的最低配员规定为船舶配备合格船员”，显然无人驾驶船舶不满足该项条款。为与无人驾驶船舶发展趋势相适应，加强海事公约和法律等的修订与完善极为必要。要让最低配员降到零，必须解决以下法律问题：

1）船员如何重新定义。现行的船员工作包括理货、维修、驾驶等。既是操作主体也是责任主体。如果离开了船，驾驶就改用程序执行，那么这些编程者是否也要接受船员对应的培训。在各国PSC（港口国监控）检查中，查出问题都由船长签字确认，如果没了船员，至少要先出台规定谁来替代船长承担各种责任。

2）安全方面法律责任由谁承担。当一艘配备完全符合自动驾驶和避碰系统要求的船舶出现海损、机损事故时，责任应该由谁来承担。船东、岸基操控人员、设备制造商、系统维护人员都有可能要承担责任，责任的鉴定需要有新的法律来规定。建立监督管理相关法律，确保无人驾驶船舶至少达到与目前的船舶相同的安全水准，避免发生事故也是主管机关的职责所在。

3）船东和货主的损失由谁负责。现行的船舶运行中，货物的交接由大副负责，燃油的加装由轮机长负责。如果船上没有船员，这些就由港口直接安排了。如果船东抽查时发现存油对不上账，就无法确定在哪个港口亏了舱，也就无法找到相关责任人。

总之，要实现无人船舶，现行的 SOLAS、STCW、MLC等公约内容都是保护或约束船员的，如果没了船员，就得废止或重新修订，这需要一个相当长的时间去研究、讨论和磨合。

1.2 基础设备的可靠性

现在研究智能船舶的机构都在研究感应和操纵方面，而船员的主要作用不在于操作，而在于管理。人工智能要代替人的智能，首先要明白这些人平时在做什么。不妨举几个例子来说明问题。

1）机舱污水井出现了高位报警。如果在有人值班的船上，肯定会顺着水的来源逐步找出问题，那么在无人的船舶上，那些传感器或者监视器能否发现并解决问题。从目前来讲，采用固定的检测系统是无法解决这些问题的，除非有机器人代替人去巡逻。

2）船上出现了火警报警。现在船员听到报警声首先想到的不是哪里着火了，而是哪个传感器出问题了，如果没有人及时处理，就会出现一系列的保护措施，最终使船舶停航。

3）在天气不好的情况下，油柜的沉淀物被搅起，有可能一个小时洗数次滤器，甚至一组没洗好，备用的又已经脏了，这是现行的自清滤器无法解决的问题。到现在也没有解决相关问题的报告。

4）船舶的卫生如何解决。做卫生看上去无足轻重，但是设备不及时清洁很容易引发故障，特别是电气设备，如果灰尘多了容易引发电路故障，也无法到每个港口都安排岸基人员上船清洁。

5）主配电屏或发电机在进出港时自动跳电，跳电的原因很多，各条船原因不同。现在很多船上采取的做法是，进出港时人为切断某些保护，改为人工监控。保护系统多了，那么误动作的机会多，但是保护少了又怕不能很好地保护设备，这是目前无法解决的矛盾，提高这些设备的可靠性还有很长的路要走。

当然还有很多方面都是船员的日常工作，目前的自动化都是无法替代的。

1.3 网络通讯及安全

智能化指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、智能控制技术等汇集而成的针对某个对象的应用，这些应用通常包括但不限于评估、诊断、预测和决策等。要实现周期性无人操纵，起码要有智能感知中心、智能决策中心、执行机构这3个部分。海上通信系统是连接船端自主航行系统和岸基支持系统的桥梁，必须达到高效、安全、低费用等要求.

1）对海上通信系统提出了高带宽、低延时、低费用等要求。由于需要在船岸之间传输大量的传感器信息和设备状态信息，以及雷达图像、海面视频等，通信量较大。为在不同的天气海况下保证船岸之间通信畅通，需要在无人驾驶船舶上配备不同种类的通信系统，包括海事卫星系统、铱星系统、公众移动通信系统、北斗系统等，在不同情境下智能选择数据的发送途径，提高海上通信系统整体效能。目前船舶使用的通信费用高、速度慢，需要几种通信技术同时提高，再采用智能路由选择技术，当只有1个通信系统可用的情况下，优先发送高优先级的数据，如在岸基遥控船舶避碰情况下，优先发送控制指令，后发送气象信息。

2）对网络安全问题提出新要求。随着船岸通信量的增加，无人驾驶船舶也更多地暴露在网络通信中，因此，海上通信系统的安全性变得越来越重要，如何避免黑客攻击、避免关键信息泄露、在网络攻击时无人驾驶船舶应急预案等都是需要进一步研究的问题。DNV GL、ABS、LR等船级社已经开展了海上网络安全方面的研究，但展开应用还是要从具体实践中才能检验结果。

1.4 资金

智能无人船舶是一个新生事物，和很多新产品一样，开始出来的试验品必然价格高，质量差，运行稳定性差，需要销售量来回笼资金，然后才能在实践中发现产品问题，再利用回笼资金来提高产品质量。

智能船舶的功能分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台。所以智能船舶牵涉的领域广、产品多，当然发展不会那么快，但初期的成本却很高。例如，根据华尔街日报，“YARA Birkeland”号耗资2 500万美元，相当于17 000万人民币，是相似规模的常规船舶的3倍的船，可装载100个～150个集装箱，服务速度为6 kn。挪威的造船价格不方便了解，但如果在中国，据笔者向一些船厂询价，建造一艘100个～150个箱位，航速达6 kn的普通船，以目前的行情需要1 500万人民币。可以算出，这差价的利息足够发工资。船东追求的是企业利润，显然在技术还不成熟的情况下，船东是不会去订造这些半成品的。如果没有市场购买力，就无法回笼资金，研究经费还要不断地投入，这其中的问题要解决还需要各方协调。

2 解决智能船舶发展问题的方法

尽管智能化无人船舶的研发面临诸多问题，但是利用先进的网络技术和信息技术，推动船舶向数字化、网络化、智能化方向发展，从而提高船舶营运的安全性和效率，帮助航运业降低成本、提升竞争力，是获得发展新动力的必由之路。为了赢得最终的发展，可以从以下几个方面着手解决发展面临的问题。

2.1 先军后民，共同研发

军工优先已是众多国家的共识。无人船的研究费用庞大，作为企业首先要考虑这些投入能不能带来利润，什么时候能带来利润。而军队可以使用国家资源制造无人船，用于执行特殊任务。而且民用船舶受很多国家公约和法规的限制，各国之间很难达成共识。而军用船则不受此约束。事实上，无人驾驶水面舰艇已开始崭露头角，逐渐应用于水雷侦察和战场环境评估，而且在港口护卫、传感器部署、情报、监视侦察、猎雷、反潜、后勤支援和反舰作战等方面也表现出巨大的发展潜力。所以可以采用先军后民的路线，共同研发，逐步提高。

军用转民用需要多长时间，可以参照无人机的发展。从1927年，由A.M.洛教授参与研制的“喉”式单翼无人机在英国海军“堡垒”号军舰上成功试飞，至今已过去近一个世纪，技术比较成熟。但是2011年12月4日，美军的RQ-170无人机被伊朗军队在伊朗东北部城市卡什马尔附近捕获，又暴露了这一领域仍没突破网络安全问题。所以民航领域至今也未采取无人驾驶技术。无人船要推广，也至少需要数十年的时间去不断实践和提高。

2.2 由点到面，逐步推广

目前无人船最大的障碍是复杂的国际航海规则。理清这些规则并重新谈判可能需要数十年时间。另外，各处的服务配套网络要组建起来也要很长时间。既然国际上众多的法规难以修改，就暂时抛开这些法规。既然岸基服务网络一时难以形成，就先不管服务网络。采取由点到面的方式，分几个阶段去推广无人船。

1）国家设立试验区域，出台地方性法规，这个区域可以是河流的一段，可以是某个湖泊的一定范围，也可以是沿海的某个区域。设立小范围的试验区具有通信成本低、维护方便和法规设立相对容易等优势，研发出来的无人船可以在这个范围内试验使用，发现故障可以及时等到帮助，靠泊后可以及时安排人员检修，随着可靠性增强，检修周期也可以延长。

2）推广到固定航行船舶，让其他船舶进入，检验其自动避碰功能。在航行的起点和终点港口都安排一定数量的维护人员，航行一定时间后对这些船舶进行检查，向设计单位提出改进意见。设计部门及时进行系统升级，对航行时间、航行能耗和避障效果等方面进行优化，探索长时间无人干预下的实际应用。

3）当智能无人船舶的可靠性得到验证时，就可以组织相关部门立法，对建造规范、责任划分、保险理赔等作出相应的规定，原有的地方立法可以参考。如果再把建造成本降下来，就可以进行全面推广了。

2.3 循序渐进，逐步减员

《智能船舶规范（2015）》中提到智能船舶的功能分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台。船员的作用不仅仅在于开船，更多是管理、维护和保养。每一部分智能化的实现，都意味着船员数量也可以相应减少，可以分为以下几个阶段。

1）真正无人机舱阶段。先实现机舱的零配员，检验动力设备及其辅助设备的可靠性。无人机舱的研究经历了很多年，Auto—0的证书也发了不少，但主管机关却没发过机舱允许零配员的最低配员证书，很显然是这些设备的可靠性不够强，更多时候需要人为干预。不妨在可靠性高的船上先减掉轮机长和轮机员，由持有机工水手双证的普通船员负责日常操作。在有困难的情况下可以请岸基技术人员远程协助。

2）远程控制航行阶段。通信技术进一步发展，船上的各种参数及安装在各处的摄像头视频都可以及时传递到公司的岸基控制中心，操车、操舵以及调整各种参数都可以在岸基完成。这时可以不需要船舶驾驶员，但可以保留船长和水手。因为看见控制有故障时仍需要船长应急控制，而水手的作用仍在于日常保养和应急时协助操作。

3）人工智能航行阶段。《智能船舶规范（2015）》提到智能的特点：一是具有感知能力，即具有能够感知外部世界、获取外部信息的能力；二是具有记忆和思维能力，即能够存储感知到的外部信息及由思维产生的知识，同时能够利用已有的知识对信息进行分析、计算、比较、判断、联想、决策；三是具有学习能力和自适应能力，即通过与环境的相互作用，不断学习，积累知识，使自己能够适应环境变化；四是具有行为决策能力，即对外界的刺激做出反应，形成决策并传达相应的信息。如果这些特点得以实现，船舶可以实现自动驾驶，船上可以安排一些能学习的机器人负责日常维护。岸基负责监视，在紧急情况下可以采取遥控操作进行干预。

4）旧船智能化改造阶段。人工智能进一步升级，前面提到的4个特点集中在可以到处移动的机器人身上，待这些机器人也学到了船舶驾驶和维修管理技术，就可以把这些机器人放到普通船舶上，给出指令就能把船正常运行起来，远程控制人员可以通过机器人头上的摄像头实时监控它们的动作，必要时进行人工干预。