智能航行支持保障标准体系研究

文 捷，洛佳男，李春旭，吕旭炜，姚治萱

（1.交通运输部水运科学研究院，北京 100088；2.交通运输部东海航海保障中心，上海 200086）

一、 引言

随着人工智能、低轨道卫星通信、5G、大数据等新兴技术的不断发展与突破，航运业也逐步融入到越来越数字化和智能化的时代，具备遥控驾驶、自主航行能力的智能船舶成为了国内外技术研究焦点。考虑到未来船舶智能化的发展方向和发展趋势，目前我国已启动了智能船舶标准体系研究，工业和信息化部、交通运输部、国家标准化管理委员会组织制定了《智能船舶标准体系建设指南（征求意见稿）》[1]，并于2021年2月公开征求意见，旨在加快推动智能船舶发展，逐步构建覆盖设计、建造、测试与验证、营运等方面的智能船舶规范标准体系。

船舶智能航行离不开船岸间的交互与协同，《智能船舶标准体系建设指南》从船舶智能化发展出发，提出了标准体系框架，但关于岸基服务标准尚未开展标准体系的深化研究工作，标准体系的建设思路和实施要点、层次设计与子类划分、重点领域标准发展需求仍不明确，船舶不同自主等级岸基服务能力和水平缺乏规范、统一的指导依据，无法对支撑船舶智能航行的基础设施建设提供标准化的实施方案与评价规则，因此，进一步深入研究和细化岸基服务技术标准体系非常必要。团队承担了工信部高技术船舶智能船舶综合测试与验证研究(〔2018〕473)项目，旨在深入开展智能船舶技术标准体系岸基部分研究工作，明确岸基部分重点标准发展需求。

二、 智能航行相关国际标准分析

国际海事组织（IMO）高度重视海上自主水面船舶（MASS）的安全、安保等一系列问题。2017年，IMO第99届海上安全委员会（MSC）正式将MASS列入议程。2018年，第99届MSC会议上成立MASS工作组，并启动相关法规的梳理和修订工作；第100届MSC会议上，决定采用丹麦海事局对船舶自主水平的分级标准[2]，将自主水面船舶的自主程度分为4个等级。在测试与验证方面，2019年，MSC第101届会议批准MSC.1/Circ.1604《MASS试航暂行指南》[3]，提出了试航的原则和主要目标，强调MASS试航需要遵循的风险管理、人员、通信和数据交换、网络安全等法定要求。此外，IMO高度关注网络安全和电子数据模型等。2017年，MSC第98届会议批准MSC-FAL.1通函 Circ.3《海上网络风险管理指南》[4]，从风险管理的角度给出了防范海事计算机网络攻击的原则和要求。

海上导航和无线电通信设备及系统技术委员会（IEC/TC 80）目前约有13项智能船舶相关在研和已发布标准，主要涉及船用导航设备、航海和无线电通信、接口数据库、甚高频数据交换、航线控制等内容；工业过程测量、控制和自动化技术委员会（IEC/TC 65）已制定300余项工业自动化国际标准，其中系统集成、测控装置、通信网络、能效、功能安全、工业信息安全等已成为国际公认的智能领域的核心支撑标准，对智能船舶系统集成性要求、能效管理系统研发、网络和信息安全等具有一定参考价值。

此外，国际自动机工程师学会（SAE）则在智能网联汽车领域制定了多项先进标准，包括网络安全、车联网、自动驾驶系统的分级方法等，对基于船岸协同的船舶智能航行系统开发和应用具有一定借鉴作用。

三、智能航行岸基支持保障运作流程

岸基支持保障对于智能航行船舶来说，最终的体现形式是不同类型的服务，包括信息服务、通信服务、技术服务等。每种类别的服务具有相对固定的生命周期，在不同阶段体现为不同的形态，同时随着船舶智能航行技术的不断演进和智能航运发展的总体要求，服务内容、服务方式均会发生变化，具有明显的分阶段特征，应在不同历史发展阶段对整体运作流程和方式进行不断改进。在现阶段，岸基对智能航行船舶提供服务的基本运作流程见图1。

图1 智能航行支持保障基本运作流程

图中，岸基服务首先通过数据采集及通信传输设施进行原始数据采集，然后通过建立现实事物到计算机表达的映射模型，即数据建模标准。数据模型标准主要为地理事物和信息事物建模，形成具有统一分类与编码、分布式/集中存储的基础原始数据。在原始数据基础上，按照岸基服务数据标准规定的服务分类、编码格式、数据结构、可视化、元数据、数据质量进行服务加工，形成岸基服务数据集。然后，通过建立的船岸数据通信和交换协议进行信息交换，确保信息的安全性、可靠性、准确性。最终在智能船舶终端进行存储、处理、显示，并用于船舶智能航行决策，为船端智能集成平台提供决策信息。

四、国内外相关标准体系分析

根据目前国内外相关标准体系进行分析，见表1。

表1 国内外相关标准体系

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通过对国内涉及航行支持保障信息化、智能化相关标委会的标准体系进行分析，部分标委会涉及到船用设备制造、通信导航、测绘等专业领域，但从航运整体运行角度出发、从船舶智能航行需求出发构建支撑船舶智能航行的岸基支持保障缺乏标准体系指导。

五、智能航行支持保障标准体系构建思路

（一）立足船岸协同，与船舶智能航行技术发展需求总体相适应。充分考虑船舶智能航行技术发展需求，从通信传输、信息服务、网络安全、决策控制等角度，构建智能航行船舶岸基服务标准体系。

（二）实现国际接轨，与国际海事公约规则、标准规范顶层要求总体协调。形成的智能航行岸基支持保障标准体系总体上与IMO MSC.1Circ.1604《MASS试航暂行指南》等公约规则、国际标准化组织（ISO）“智能航运标准化路线图”、国际航标协会（IALA）E航海战略等要求相协调，实现对上述要求的具体支撑与细化落实。

（三）体系完整清晰，有效支撑基础设施服务能力提升。标准体系框架系统完整、界面清晰，覆盖基础、技术、产品和服务四大类标准建设需求，支撑基础设施服务能力升级。

（四）动态开放管理，充分发挥标准体系指导、规范和引领作用。智能航行岸基支持保障标准体系应该是一个开放的体系，能与时俱进、动态扩展，以适应船舶智能航行技术的发展需求，保持一定的先进性。技术标准体系的开放性使得标准的制定工作可以循序渐进地进行。

六、智能航行支持保障标准体系

（一）标准体系目标分析。标准体系的构建既要面向目标对象，研究分析目标对象对标准化的需求，也要面向支持对象，研究分析用哪些标准支持目标对象的标准化。目前，围绕船舶智能航行技术发展带来的一系列影响和变化，《智能船舶标准体系建设指南（征求意见稿）》从船舶制造和运行角度出发提出了基础共性（A）、关键技术应用（B）、智能船舶设计（C）、智能船载系统及设备（D）、智能船舶测试与验证（E）、岸基服务（F）、运营管理（G）等7方面的体系架构。对于智能航行支持保障系统构建，涵盖了基础、技术、产品和服务各方面的内容，需要在原标准体系基础上进一步细化和明确。

（二）标准体系框架。根据当前国际组织关于岸基支持保障标准建设和应用情况，船舶智能航行对岸基支持保障主要包括通信传输、导航增强、感知支持、信息服务、算力支持、遥测遥控、网信安全等7个方面的需求。通过对《智能船舶标准体系建设指南（征求意见稿）》的深入分析，智能航行支持保障标准体系框架如图2所示，总体结构及标准要素见表2：

图2 智能航行支持保障标准体系框架

表2 智能航行支持保障标准体系总体结构及标准要素

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（三）重点标准分析

在标准体系框架基础上，通过对智能交通运输及相关信息化标准进行分析，结合国际相关标准、指南内容，经过分析研究，初步提出了智能航行支持保障方面重点标准清单，具体见表3～表6。

表3 基础标准

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表4 技术标准

表5 产品标准

表6 服务标准

七、结语

智能航行支持保障标准体系与其他众多标准体系的形成环境有较大差异，如航测标准体系、集装箱标准体系等是在行业发展较为成熟，有关既定标准已经积累到一定程度的情况下形成的。智能航行支持保障系统随着信息化、数字化、智能化发展，已经显露出迅猛发展的势头，标准体系及标准应随着智能船舶、智能航保、智能港口的发展，及时制定新标准或修订原有标准体系和标准，以保证随着科学技术的发展，标准化工作应起到引领和促进生产发展技术进步的作用。另外，为推动智能航行支持保障系统国际标准化，当国内与国际标准制定的范围一致时，应通过国际标准化组织，尽量将国内标准转化为国际标准。