船舶智能化将重塑行业生态逻辑—— 访中国工程院严新平院士

本刊记者 杨培举

智能船舶是时下航运和造船界的最热词汇之一。船舶智能化将给古老的船舶行业带来哪些变化？面对汹涌澎湃的智能化浪潮，造船界和航运界如何实现创新发展、高质量发展？武汉理工大学智能交通系统研究中心首席教授、国家水运安全工程技术研究中心主任严新平院士在接受本刊记者专访时，给出了独到的见解。

· 岸基船舶远程操控人员将成为船员从事的新型职业模式。

· 编队航行的自主式水路运输系统将成为船舶的新型航行模式。

· 数字航运将成为积极发展的新型航运企业业态。

记者：近年来，船舶智能化技术是当下业界普遍关注的热点问题，您认为，船舶智能化技术发展的趋势是什么？实现船舶智能化的核心技术有哪些？

严新平院士：船舶智能化技术发展的总体趋势是船舶技术与现代信息技术和新一代人工智能技术进一步深度融合，通过智能化的设备、技术、方法减少当前航运体系中、船舶航行过程中、设备维护中的人员负担和人因干扰，实现船舶安全、绿色、高效、经济的发展目标。船舶智能化技术发展的趋势表现在以下几个方面：一是从智能化技术的功能实现上，按照感知增强、远程驾控、半自主航行、自主航行的趋势发展。二是在船舶智能化程度划分上，根据2019年9月IMO海上自主水面船舶（MASS）工作组的研究，船舶智能化程度按照4级划分，其中：1级–船舶拥有自动化处理及决策支持功能；2级–海员在船但可实现远程遥控；3级–实现远程遥控但海员不在船；4级–完全自主船舶。三是在船舶智能化实现的船舶类型上，其趋势应该按照内河船舶、沿海船舶、远洋船舶的次序来实现。总体而言，实现船舶智能化，应该经历自动化、数字化、网络化、智能化的过程。

实现船舶智能化的核心技术包括人工智能、大数据、动态演算、虚实融合、人机共融、先进感知、高性能计算、网络安全等多学科、多专业技术，以实现智能船舶环境感知、态势认知、行为判断、避碰决策、智能控制、能效管理、远程运维、船岸协同、空天通信、数据融合等方面的功能。最重要的是要研发具有类脑功能的“航行脑”系统，这是一套服务于船舶智能航行的人工智能系统，它由感知、认知、决策执行等三个功能空间组成。其中，“感知空间”获取船舶在航环境和自身状态信息；“认知空间”根据感知的信息抽象出航行态势、实现自身状态辨识，最终基于人工驾驶记录与机器学习建立智能船舶驾驶行为谱；“决策执行空间”利用“感知空间”的反馈信息，修正“认知空间”的态势认知，在驾驶行为谱的支持下，实现对智能船舶的鲁棒控制。

记者：船舶从智能化到自主化将经历什么样的发展轨迹？船舶智能化技术将如何重塑行业生态？

严新平院士：自主化是智能化的最终形态，必将通过一个漫长的技术发展和产业成熟的过程。智能化发生在当下，自主化着眼于未来。智能化将从单个设备、单项功能的改善、突破、替代兴起，朝着全船、全系统、全生态的智能化发展。以智能技术辅助人员、提升能力，从人机共融、人机共生入手，减少人为误操作、提升驾驶安全，提供全航程支持、全周期规划和全周期维护，将重复的、单一的航运活动和操作交给智能系统，减轻人的劳动强度、解放人的创造力。船舶智能化技术将重塑全行业生态，从设计、制造、检验、保险、运营、保养、维护、回收等全周期提升航运业的智能化水平。随着船舶智能化技术发展，岸基船舶远程操控人员将成为船员从事的新型职业模式；编队航行的自主式水路运输系统将成为船舶的新型航行模式；数字航运将成为积极发展的新型航运企业业态。

记者：智能化作为一项新兴技术，其在船舶领域的应用方兴未艾。您认为当前制约船舶智能化技术发展的技术瓶颈有哪些？

严新平院士：造船业与航运业属于典型的重工业、重资产行业，相对封闭、保守，对安全性、可靠性、经济性要求高。船舶智能化技术是一项世界各国都在探索的高新技术，是全球范围内智能汽车、智能飞机等运载工具智能化发展的一个方面，其发展过程不会一帆风顺。我认为当前制约船舶智能化技术发展的技术瓶颈在以下几个方面：一是在智能船舶发展初期势必经历高风险、低效率、高成本、低收益等发展的阵痛期，短期内难以攻克所有技术瓶颈，真正大规模的工业应用还需要时间积累；二是人工智能技术本身还有不少难题需要攻克，所研发的“航行脑系统”达到替代船员的水平，需要大样本数据、高质量知识、长时间训练，现行深度学习等人工智能算法的适用性，还有待验证；三是船舶智能化的目的之一是使船舶更安全，因此船舶搭载的智能化系统必须经历数值模拟实验、模型实验、场景实验和实际航行环境实验等充分验证，才能真正投入商用；四是与船舶智能化应用的配套标准、法规等的建设，以及船舶智能化的社会适应性，也是制约船舶智能化发展的瓶颈。

记者：我们应如何应对？

严新平院士：针对上述瓶颈，我觉得主要应从三个方面予以应对：首先，船舶是多设备、多系统、多功能耦合的复杂集合体，涉及到的软件、硬件、数据、标准横跨多个行业和领域，因此，要实现全船的智能化、自主化，必须打破过去系统之间的技术壁垒和通信屏障，必须解决传统上各自为政、各成体系的局面；其次，从微观技术层面上讲，需要融合传统船舶设计、性能分析、运动控制、感知传感等经验，结合人工智能、区块链、5G等新兴技术，借鉴其他智能运载工具发展的经验，针对船舶这一特殊的对象有针对性地融合传统技术并吸纳新兴事物，实现船舶智能化技术的创新模式和跨越发展；另外，积极培育智能船舶的创新人才也是应对智能船舶发展的当务之急，大力培育面向现代船舶工业和水运行业发展、转型、升级和提质增效急需和紧缺的科技人才队伍，全面加强智能船舶总体设计、感知决策、运动控制、协同优化、船岸通讯、远程运维、先进推进、动力总成等重点领域和特种专业急需人才的培养。

记者：新技术的应用通常伴生诸多潜在的风险。那么，未来船舶智能化技术的应用将面临哪些风险？如何规避或解决这些风险？

严新平院士：船舶智能化技术的应用所伴生的潜在风险，包括人工智能技术本身还有许多没有攻克的难题；船舶的智能化系统可靠性问题；支撑船舶智能化的环境建设，例如通信链路的稳定可靠、网络安全等问题；船舶航行环境尚未遇到过的恶劣天气和水文环境等等，船舶智能化系统无法应对；岸基操控船舶人员的风险问题等等。应对这些潜在风险，将需要逐步通过经验的积累、系统的完善、技术升级等方面来实现。船舶智能化技术的应用初期将经历一个阶段的风险期，最终通过更新、迭代与矫正将风险水平降低至人工操作无法企及的程度。

记者：我国在推进船舶智能化过程中还应关注哪些问题？

严新平院士：近年来我国在船舶智能化发展方面，得益于工信部、交通运输部等部委先后出台了“智能船舶行动计划”“智能航运发展指导意见”等文件，制定了明确的发展路径，提出了有效的政策保障。我国在内河和远洋船舶的航行感知、态势认知、自主避碰等技术领域内都开始了积极的探索，积累了一定的技术经验，但在总体技术路线论证、关键技术攻关、标准规范法规建设、产品功能可靠验证等方面还有需要不断发展的问题。只有坚持拓展理论与实践相互结合、技术与标准协同进步、传统与创新技术共融的发展策略，才能促使我国在船舶智能化方面高效、稳健、快速的发展。

记者：中国船级社作为第三方检验机构一直关注智能船舶的发展，并制定了相关的规范标准助力我国船舶智能化的技术进步。您认为中国船级社及规范标准在促进我国船舶智能化发展过程中处于什么样的角色？应该发挥什么样的作用？

严新平院士：中国船级社在船艇智能化、绿色化方面开展了大量有效的工作，率先发布了《智能船舶规范（2015）》《绿色船舶规范（2016）》《自主货物运输船舶指南（2018）》等技术规范，有力促进了智能船舶相关技术的有序化、规范化发展，引领了船舶工业的技术变革，对于推动我国和国际上的智能船舶发展做出了积极努力，发挥了重要的引领作用。今后应大力促进我国政府、产业、研究院所和高等院校加强合作，进一步细化相关政策、法规、标准，促进智能船舶行业的协同创新，加快中国标准的国际化进程，提升我国在船舶智能化、绿色化发展的国际话语权，在实现我国海洋强国、交通强国的战略中发挥更大的作用。