浅谈智能船舶测试场建设存在的问题及建议

潘梦瑶　李静茹　端木玉

摘    要：当前全球智能化船舶加速发展，为满足其航行测试的需要，挪威、芬兰、中国等纷纷开始建设智能船舶封闭测试场并逐步投入使用。本文围绕测试场建设、基础设施、测试能力、服务配套等方面存在的主要问题，提出了加强智能船舶测试场合作与规划、加快制定相关测试标准、互相认同测试结果、创立交流平台等方面的建议和措施。

关键词：智能船舶;封闭测试场;现状;数据共享

中图分类号：U664.82                               文献标识码：A

Problems and Suggestions to Construction of Intelligent Ship  Test Site

PAN Mengyao， LI Jingru， DUAN Muyu

（ Guangzhou Maritime University， Guangzhou 510725 ）

Abstract： Due to the vigorous development of intelligent ships in the world， Norway， Finland and other countries have begun to build closed test sites for intelligent ships and gradually put them into use in order to meet the needs of their test sailing. This paper focuses on the aspects of test site construction， infrastructure， test capability and service supporting.Suggestions are put forward， such as strengthening the cooperation and planning of intelligent ship test sites， speeding up the formulation of relevant test standards， mutually recognizing test result， establishing exchange platforms.

Key words： Intelligent ship; Closed test site;Status; Data sharing

1     前言

智能船舶技術发展继2011年韩国造船企业率先开启研发浪潮后，国内外许多船舶企业也紧随其后[1-2]。目前挪威自主船测试区、芬兰冰区船模试验实验室、中国珠海万山无人船海上测试场等是较为完善的测试场。

在《智能船舶发展行动计划专题研讨会》上，与会专家一致认为未来船舶的发展趋势是智能化[3]。这给船舶制造业带来新的机遇和挑战，促进船舶工业供给侧结构变革和新旧动能转换[4-7]。目前，我国智能船舶测试示范区及其测试规范已大致成型，随着相关部门出台的一些有关智能船舶的测试管理及实施细则[8-9]，我国智能船舶测试场的建设将愈加完善。

为了解测试场的场地建设、配套设施、测试水平、服务配套等情况，探求其未来发展趋势，本文通过资料收集和实地考察调研，帮助智能船舶企业深入了解国内外各大型智能船舶测试场的现状，分析目前智能船舶测试场遇到的各种挑战，为他们提供对于测试场的改进措施以及未来测试场的规划方向。

2    智能船舶封闭测试场现状

2008年国际金融危机爆发，给船舶工业带来了严重影响，加快智能化已是全球船舶工业转型的必然选择。目前全球智能船舶仍处于探索和发展的初级阶段，智能船舶从有人驾驶到无人驾驶的转变，必须依靠新型的智能系统进行合理可靠的性能验证和评估，因此了解全球范围内智能船舶封闭测试场的现状需要得到重视。

2.1   国外测试场

2.1.1  挪威Trondheimsfjorden试验场

2016年底，位于挪威西部的挪威特隆赫姆峡湾正式开放。挪威Trondheimsfjorden试验场是第一个由官方认证的海上机器人测试地点。该测试点项目的发起和建设是挪威大学自主海洋运行科技中心和挪威政府共同完成，特隆赫姆港的一部分属于该测试场，测试内容包括从导航和防撞系统到风险管理和运行安全的所有项目。

2.1.2  芬兰冰区船模试验实验室

芬兰Aker Arctic公司旗下的冰区船模试验实验室，地处芬兰西部海岸埃乌拉约基市，是全球第一个面向智能船舶航运测试的区域。其主要用于破冰船的测试，同时也可用于智能船舶在恶劣环境下的相关开发技术测试等。

2.1.3  比利时智能航行测试区

2018年5月18日起，位于比利时北部的比利时智能航行测试区开放，主要应用于内河智能船舶的测试，公众可遵循规定在测试区域范围内开展测试。为确保测试区域的有效管理，莱茵河航行管委会专门制定了有关智能船舶的六个等级。

2.1.4  美国蒙特雷湾海上试验场

美国蒙特雷湾海上试验场位于美国西部加利福尼亚州的太平洋沿岸，多用于海洋装备的试验、海洋科学观测和试验等。已有许多研究机构和高校在这里开展了海洋科学观测、研究和新装备实验，如蒙特雷加速研究系统（MARS）、陆地/海洋生物地球化学观测（LOBO）、海洋多学科获取系统（OASIS）等。

2.2   国内测试场

2.2.1  珠海万山无人船海上测试场

2018年11月，位于珠海万山群岛海域的亚洲第一个无人船海上测试场正式运行。该测试场虽然是以无人船艇为测试、管理的核心，但它不仅可以用于无人船艇、自主船舶的测试，还可以对各类海洋装备、仪器进行测试，所以实质上是一个综合性的海上测试场。

2.2.2  日照无人艇测试场

日照无人艇测试场位于山东日照，建立了各种高效实用的模块，用于测试和评估各类水面、水下无人艇系统样机的功能，如岸基指挥站、数据反演及态势研判终端系统等。为了解决无人艇本身的总体设计和在真实海面精确自主动态捕捉、识别、感应等人工智能算法等问题，该测试场通过对无人艇吨位及功能的分类，划定不同的要求，对无人艇的自主感应、避障、识别、跟踪等功能进行测试。

2.2.3  湛江湾实验室智能船舶海上试验场

2018年11月，南方海洋科学与工程广东省实验室（湛江）授牌，其研发基地位于海东新区龙王湾片区，其中规划建设8 250亩的深远海智能海洋装备海上试验示范基地和岸基保障基地。湛江湾实验室的海上试验场，采取以水面及水下智能船、深远海装设备等为试验目标，进行智能技术、系统、功能等测试、审核及评估。此外，试验场还开展对水下探测、大型浮式平台等方向的研究，并开展基础测试理论、海洋试验验证等技术的研究。

2.3   实地考察调研

珠海云洲智能科技有限公司，是我国民用无人船研发和供应商，其在无人艇方面不断创新，并建设了香山海洋科技港，拥有无人船的完全自主知识产权。我们实地考察珠海云洲智能科技有限公司，与其工程师一起分析目前智能船舶测试场遇到的各种挑战，探讨测试场的改进以及未来的规划方向。该测试场从启动建设到正式启用不到一年，却已参与了一些重要且大规模的测试任务。

对于自主船舶，其测试环境和配套的测试设施尤为重要。无人船的技术测试实验只有在高质量高标准的海上测试场中才能尽可能地创建真实的实际场景数据，高效推动海洋科技产业的发展。

3     智能船舶測试场存在问题

现阶段智能船舶测试场在测试标准和程序、场景规定和统一、数据管理和分享、运营成本等方面仍处于摸索阶段，对存在的具体问题需得到高度重视。

3.1   场景模拟规范不统一，测试场与实际环境差异大

截至2020年11月底，挪威、芬兰、中国均开放了部分智能船舶测试场。由于地域、地区、环境的不同，各智能船舶封闭测试场的场景建设受到限制，且因为测试区的运营主体和测试场规模存在差异，导致在技术人员配备、数据平台搭建能力等方面也存在差别，若同样的智能船舶在差异较大的测试场分别进行测试，可能会导致测试数据出现或较严重的偏差，从而给实际海况中的智能船舶带来事故隐患。

3.2   测试规范不一致，信息互通性差

2018年5月，结合国际海事组织（IMO）海上安全委员会（MSC）的讨论结果，中国船级社颁布了《自主货物运输船舶指南》[10]。该指南采用了基于目标的新船结构标准方法，并且按照《国际防止船舶造成污染公约》、《国际海上人命安全公约》等要求的总体安全原则，提出了关于测试智能船舶的船体构造与安全系统、场景感知系统等的具体措施和要求。但该《指南》在统一测试场景的作用有限，不同国家会根据本国的交通规则、地理位置及气候天气等条件，创建符合当地实际情况的测试场景，并制定相应的测试规程施行细则。这使得各个国家及地区的智能船舶测试场在测试章程、信息管理等方面没有统一的标准，导致全球智能船舶测试的信息得不到准确的分享，使研究人员缺乏对全球智能船舶测试环境的宏观把握。

3.3   数据难共享，无法得到充分利用

3.3.1  数据收集困难，数据管理缺失

智能船舶主体运营企业一般会对船舶各种性能数据保密，并限制测试场经营方收集有关数据。例如：船舶所在海域的水文气象及船舶状态、航线等场景信息，即便是拿到了申请检验证书所需的船只数据也很难达成数据互联互通。

3.3.2  测试数据存储与传输问题

智能船舶与岸基的数据需要实时交互，但由于通信设备能力限制，现在还做不到将测试过程中获得的数值、图像及音视频等数据信息全部传输回岸端。由于自主船舶的航行时间长、数据总量大，检索与存储难度也更大，需要存储在符合大量复杂数据安全管理标准的数据中心，这就对船舶数据存储中心提出了稳定性、可扩展性、安全性等要求。

3.3.3  数据收集缺乏规范和后期处理

各测试场平台相互独立，没有建立统一的数据管理平台标准，测试采集格式和规范等也未统一，因此数据采集、存储、传输、汇总、加工处理等难度大，敏感数据的界定标准以及数据脱敏后的二次开发应用仍需继续研究[11]。

3.4    存在安全隐患，监管有待加强

3.4.1  安全保障能力不足

在水域测试过程中，会出现无关船舶干扰、通信电磁干扰等因素，导致船舶航行轨迹异常或失控。这是因为船舶本身的抗干扰能力有待提升、设备保护措施不够完善，需要测试场主体具有足够的安全保障能力。因为测试水域的开放性，不能单靠测试场经营方来实现上面的安全保障要求，需要国家海洋局、海事局等海洋监管部门予以支持，协同管控开放水域以减少测试工作风险，设立推动海洋科技创新的管理机制。

3.4.2  网络安全隐患

互联网的匿名性使得新型海盗袭击行为更隐蔽、风险更低，为黑客攻击智能船舶网络系统提供了便利。攻击连接互联网的智能船舶，可从任意一个连接互联网的地点发起，加剧船舶遭遇网络袭击的隐患[12]。

目前船上应用的各种计算机，主要是将数据作为信息使用，可能遭遇的网络安全风险为：信息被窃取、数据被篡改或破坏以及被敲诈勒索等;而船与岸基之间、岸基与数据中心之间的信息传输，有可能遇到高频信号干扰，甚至黑客可通过伪造的数据信号来诱骗甚至劫持船舶，造成搁浅、污染环境等严重安全事故，如果应对不当甚至会造成船舶灭失、人员伤亡。

3.4.3  建设运营成本高

智能船舶还没有进入大众消费级市场，目前只是针对智能船舶性能需求定制化、小批量开发生产，短期内无法扩大市场规模。建设测试场需要场地资源的投入、配备相关设备以及长期维护的投资成本[13]，投资回报时间长，这些都是推动测试场建设发展需要解决的问题。

4     测试场建设及协同发展的建议

4.1   规范数据收集处理，探索数据平台建设

开展测试场的评价工作，对封闭测试场地进行资质认证;鼓励测试场间测试结果共享互认，对外公布各测试主体的测试数据，加强沟通和协调;制定并发布测试评价，测试场地建设和测试数据等不同层级的标准规范;支持测试船舶所属企业提交其它省市的测试场测试报告，申请检验证书等测试互认工作;加强测试场数据平台建设，探索测试场间的数据共享机制，以及数据脱敏后的二次开发利用。

4.2  建立各测试场间的交流机制

充分利用5G技术发展、海上丝绸之路、北斗导航完成组网等历史发展机遇，着力推进大规模的国际间智能船舶测试示范交流，签订测试场示范合作框架协议，建立行之有效的数据共享开放规则以及资源共享机制;丰富开放水域场景，开展典型的特定测试场景示范;探索测试场景的差异化，支持市场化商业运作，推动测试场的可持续发展[11]。

4.3   构建网络安全响应体系结构

增强智能船舶网络安全系统架构，布设多架构冗余系统，降低网络安全风险;构建网络风險管理体系，包括应急策略、检测方法、防护手段、指导性文件等;加强各个层次和部门的网络风险应对意识，明确管理的等级和防控举措，实现船舶网络风险的可控;建立船舶网络安全监测程序，建立不间断的监控过程，随时监控各系统运行状态，确保能够准确识别船舶内部和外部面临的网络安全威胁，特别是船舶遭遇网络威胁时的应急反应程序，指导各层级管理人员和船员进行应急处理，及时发现原因并迅速消除影响。

4.4  探索可持续商业模式

与海洋平台合作，测试检验依托于太阳能、波浪能、盐差能等新能源充电场景;与金融保险公司合作，依托于智能网联技术的保险等场景;与安全产业合作，有船舶安全、信息安全等场景;与人工智能产业合作，有智能船舶的物流、出租、自动接驳等场景。

测试场应了解测试主体客户真正需求及需求量的大小，探索开放水域测试，半开放水域测试以及封闭水域测试的不同服务形式，避免利用率低的资源浪费;以测试场为桥梁，多方面扩展测试平台服务、科普文创等周边产业;创新服务方式，拓展测试检验服务外延，提升竞争力;用补助补贴、设备租赁优惠、专项基金支持、政府招标采购等方式，积极调动多方面经济支持要素投入测试场商业市场;测试场所在地方政府在海域租用、税收、信贷等方面给出政策扶持，帮助测试场商业规模化。

参考文献

[1]  王思佳.造船业的麒麟之争[J].珠江水运，2019（1）：32-33.

[2]  高宗江，张英俊，孙培廷.无人驾驶船舶研究综述[J].大连海事大学学报，2017，43（2）：1-7.

[3]  汤天浩.船舶智能化信息系统的探讨[J].上海造船，2007（3）：29-31.

[4]  朱勇强.基于e-航海关键技术的智慧海事建设[J].中国海事，2016（4）：22-25.

[5]  曾晓光.智能船舶发展研究[R].国外舰船装备与技术发展报告，2014.

[6]  龚瑞良，吉雨冠.智能船舶技术和无人驾驶技术研究[J].船舶，2016，27（5）：82-87.

[7]  朱绍凡，张新宇，许长彬.船舶交通海事服务集研究综述[J].中国水运，2016，16（11）：65-67.

[8]  中国船级社.智能船舶规范[S].北京：中国船级社， 2015.

[9]  贺辞.CCS《智能船舶规范》六大功能模块要求[J].中国船检，2016（3）：84-85.

[10]  船舶标准化工程师.自主货物运输船舶指南（2018）.中国船级社.2018，51（05）.

[11]  陈桂华，于胜波，李乔，等.中国智能网联汽车测试示范区发展调查研究 [J]. 汽车工程学报，2020，10（2）：79-87[12].

[12]  王国华，孙誉清.21世纪海盗： 无人船海上航行安全的法律滞碍[J].中国海商法研究，2018，29（ 4） ： 102-109.

[13]  许凯玮，张海华，颜开，等.智能船舶海上试验场建设现状及发展趋势[J]. 舰船科学技术，2020，42（ 8）.