“筋斗云0号”，梦想十万八千里

本刊记者 胥苗苗

“筋斗云0号”首航，标志着我们国家在智能船领域有了新的探索。

2019年12月15日，由珠海云航智能技术有限公司组织研发的“筋斗云0号”自主航行货船正式启航，驶向港珠澳大桥1号码头。标志着“筋斗云0号”正式开启自主航行的探索和实践，推动智能航运发展进程，加速智能航运时代到来。

“筋斗云0号”首航意义重大

入了大众视野，作为四大主要交通工具之一的船舶，其无人驾驶也在2010年前后正式启动。欧洲通过相关项目的研究率先掀起了“无人驾驶”船舶浪潮，此后全球范围内不断涌现出无人驾驶船舶项目，并提出多个无人驾驶船舶测试场。在以安全为核心的船舶工业和航运界，较“无人驾驶”更科学的概念是“自主航行船舶”。国际海事组织（IMO）开始关注船舶领域的无人驾驶，并在MSC99次会议上提出了L1-L4自主航行四级划分。至2019年6月，国际海事组织 MSC101次会议，通过了“自主船舶试航暂行指南”，标志着船舶与汽车一样，具备了试航的法规基础。正是在这样的背景下，船舶的分阶段智能，包括增强感知、辅助驾驶，远程遥控、自主航行在内，以智能航行为核心,涵盖智能机舱、智能船体、智能货物管理、智能能效管理和智能集成平台的智能船舶不同方向均在我国逐渐清晰并延伸。

“筋斗云0号”正是在这样的背景下诞生的。据云航智能总经理王兴平介绍，“筋斗云0号”的初衷，是通过建造实船，实现自主航行技术落地。为技术研发、测试验证，标准规范制定提供平台。通过演示验证和示范运营，为面向自主航行船舶的管理制度、法规提供研究和探索的条件，逐步构建自主航行船舶乃至智能航运的生态体系。

“筋斗云0号”的诞生获得巨大关注，其根本原因在于该船是依照船舶设计、建造流程，考虑货运船舶运营需求，首次完成了从概念到设计、建造全过程构建自主航行货船。为长期的技术研发、演示验证和示范运营提供了一个可见、可用、可迭代的平台。从科研界、产业界到海事管理、航海保障，都有了一个实实在在、具体的“筋斗云0号”，可供各方展开各自领域的探索和研究，更为各方提供协同创新的试验平台。

中国船级社科创试验中心主任蔡玉良对记者表示，“筋斗云0号”的成功首航，对于船舶自主航行技术的研发、测试、规范标准制定有着极其重要的开创性意义，将成为船舶自主航行及远程控制技术探索和应用实践的试验平台，推动自主船舶技术发展和产业落地。中国工程院院士严新平表示，智能船发展是行业热点，“筋斗云0号”首航，标志着我们国家在智能船领域有了新的探索。

小块头，大智慧

据云航智能研发负责人介绍，“筋斗云0号”是按照中国船级社《沿海小船入级与建造规范》要求设计和建造的，将按照IMO《MASS试航暂行指南》展开评估和测试。虽然“筋斗云0号”船舶的尺度较小，核定船长12.86m，总吨位24吨，但是在设计时充分考虑到了研发的可持续性和系统的可迁移性，船体按照“国际拖曳水池会议（iTTC）”推荐的KVLCC2线型进行了缩比，保留了母船的水动力特性和操纵性，船舶的直线稳定性和回转性和原船接近。本船的设计考虑到货船的推进系统特性，采用了定距螺旋桨推进和流线型普通舵操纵，其运动和动力特征具有高度非线性，作为欠驱动系统，其控制的维度高、惰性明显。鉴于其在船体结构、水动力特性、操纵性等方面与常规货船的一致，项目组研发的自主航行系统可快速在货运船舶快速推广应用，具有极高的研究开发价值。

“筋斗云0号”从设计阶段就充分考虑自主航行系统部署的需求。该船采用电力推进系统，数字化控制，全船为自主航行铺设的线缆超过1000m，重量超过250kg，整船具备远程监控和报警功能，是典型的数字化船舶。自主航行系统的构建充分借鉴了“网络控制系统NCS”、“信息物理系统CPS”、“分布式计算DCS”等领域的成熟经验和技术。项目组构建了以平台为基础，以算法为支撑的系统，可以进行船端的“感知”“决策”和“控制”，同时借助“数字孪生技术”在岸基控制中心实时监督和控制船舶，初步实现自主航行。接下来，项目组将在该系统的支持下开展多船会遇避碰、自主靠离泊试验，进而实现沿海和内河自主航行示范。

同时，“筋斗云0号”在实用性方面，也充分考虑了近岸海岛补给需求，其满载油箱350L，经济航速下，续航可达150nm以上。“筋斗云0号”净载重吨3.5t，可满足海岛日常物资如食物、日杂的运输需求。

据有关报告显示，未来船舶实现无人自主航行，船舶设计建造将有革命性突破，同样载重能力下节约超过20%的建造成本、20%的运营成本，减少15%的燃油消耗并大幅度降低排放。对于万亿美元的船舶、航运市场而言，空间巨大。

2019年12月1日，研发团队在港珠澳大桥1号码头完成远程遥控靠离泊，并在珠海水域完成自主避碰（对遇）测试，证明“筋斗云0号”整套自主航行系统已初步实现自主航行功能。事实上，“筋斗云0号”实现自主航行需要克服非常多的难题，尤其是完善系统功能、提高可靠性等方面需要长期大量的工作。据云航智能研发负责人介绍，船舶实现自主航行，要依赖船端自主航行系统完成环境感知、会遇避碰决策，船舶操纵等功能，是人工智能技术在船舶领域的垂直深化。以感知技术为例，除雷达、AIS等传统感知设备用于中远距离达到环境感知，越来越多团队提出了视觉技术、激光雷达（近距离）在船舶感知领域的技术方案。船舶自身是一个多自由度的位移状态，在陆地上已较为成熟的感知技术受到了极大挑战，需要进一步开发完善。

“筋斗云0号”电力推进系统

据云航智能研发负责人介绍，自主航行系统除了船端的高度智能化，还需要一套岸基系统支持。岸基系统主要用于航行任务控制，并通过必要的通信实时监控船舶状态和航行情况。该负责人透漏，“筋斗云0号”通信系统采用卫星通信、4G/5G公网通信和自研的宽带、窄带通信多套通信体制。以满足研发前期的需要。“通信在船舶实现完全自主航行后，将不再是瓶颈”，他很肯定地表示，“未来的航行决策在船端，也就是不需要岸基实时掌握船舶航行环境这一类需要高带宽通信的数据”，同时，利用信息融合、去冗余技术，团队已能通过卫星通信（带宽在1Mb以下）等方式实现机舱数据、雷达、AIS等实时回传。

在“筋斗云0号”项目进展过程中，除开技术方面的问题，团队还需要应对更多具体的困难。团队首先需要平衡实际需求与研发需求。船舶不同于普通设备，其运营维护涉及面广，需要考虑因素特别多。吨位做大，海况适应性更强、运力也会更大，但同时也意味着建造成本上升，需要更多的配员，提高运营维护成本。云航智能负责人表示，自项目发布以来，围绕需求论证、技术开发，项目合作四方做了大量工作。珠海市投入建设海上测试场，为测试验证提供环境和条件；武汉理工大学参与需求和方案论证，完成了平台的设计；中国船级社给予了大量的指导意见，并在船舶入级检验方面给予了大力支持。任何新生事物要想取得好的结果，都离不开自我坚持和伙伴的支持。正是各方的共同推动和全方位合作，才加速了“筋斗云0号”的技术开发和测试验证，共同翻开自主航行技术的新篇章。

“筋斗云0号”只是开始

“筋斗云0号”项目，涉及的范围不仅仅在于船舶平台本身，也不仅仅在于自主航行系统的研发测试，“筋斗云0号”项目计划未来还将从以下几个方面逐步推进。据云航研发负责人介绍，自主航行涉及技术领域众多，以“筋斗云0号”自主航行系统为基础，团队还将进一步展开信息融合与态势感知、高精度循迹航行、碰撞态势感知与会遇避碰决策技术、船端自主航行系统集成、岸端远程控制系统研发、信息去冗余与通信集成技术、船舶运动模型技术、基于以上技术的驾驶意识与驾驶技艺构建、网络安全、船舶数字孪生、定义船舶自主航行系统的层次结构和界面接口（API），构建国产船舶自主航行操作系统（OS）等。

自主航行的测试技术开发、测试环境建设方面，由于自主航行的测试技术和测试环境目前尚未建立，依托“筋斗云0号”项目，船舶自主航行测试技术开发和测试环境建设将进一步展开。具体包括：虚拟仿真测试，依托船级社仿真平台，展开自主航行系统的仿真测试；虚实融合测试，依托仿真平台、数字孪生平行系统，“筋斗云0号”实船、万山测试场，展开虚实融合测试技术开发和环境建设；实船测试环境，依托万山测试场，展开实船测试的环境建设，确保实船测试安全可控。

自主航行与航保方面，依托“筋斗云0号”，团队将积极联系航保部门，在现有e航海等航保设施和系统基础上，研究面向自主航行的航保需求，尤其是满足自主航行船舶与有人驾驶船舶共生场景下的航保需求。

自主航行试验的海事管理方面，依托“筋斗云0号”，按照MASS试航暂行指南的要求，完成相关评估和论证，提出自主航行试验的通航安全保障方案，以此与海事部门共同研究自主航行试验的海事管理。并在试验的基础上，逐步完善，形成面向未来自主航行船舶海事管理的方案。

在自主航行商业运营示范方面，依托“筋斗云0号”，展开内河、沿海的商业运营示范，重点研究自主航行的运营成本、运营风险，真实掌握自主航行的经济价值和社会价值。在自主航行相关标准规范方面，“筋斗云0号”在自主航行系统研发过程中，逐步按照中国船级社智能船舶规范的要求，取得自主航行方向的符号。

“筋斗云0号”只是开始，业界看重的是首制船带来的示范意义和推动作用。在首航仪式上，云洲智能董事长张云飞就向包括在场专家在内的国内外单位发出邀请，“筋斗云0号”将在万山测试场的框架下，向国内外科研单位、产业伙伴开放，用于自主航行相关的技术研究、产品研发和测试验证。云航智能负责人表示，希望“筋斗云0号”能吸引更多产业链伙伴投入自主航行相关设备的研制开发，更多业内专家关注自主航行发展，产业界能投入更多资源。在国际上，欧洲、日本、韩国、新加坡等都展开了多个智能船舶项目，并发布了相关成果。可以说全球范围内，以自主航行为核心的智能船舶技术与产业发展正在进入一个新的阶段，围绕智能船舶的标准体系、测试与验证体系正在逐步建立。中国方面，中国政府继《智能船舶行动计划2019-2021》后，在今年5月又发布了《智能航运发展指导意见》，政府的大力支持使得2019年智能船舶发展更是百花齐放、亮点多多。可以预见，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，但人工智能技术本身还有不少难题需要攻克。正因为此，智能船舶要走向更辉煌的明天还需要全生态以一颗包容之心通力协作，不断探索、勇于创新。

正如云洲智能董事长张云飞所说，“筋斗云”是美猴王的座驾，是中国人心中完美的无人驾驶神器，我们希望船舶实现自主航行，能在各方的包容和共同努力下向筋斗云一样灵动飘逸，驶向未来！