海上无人驾驶船舶的探讨

2022-11-16陈昌明广州航海学院海运学院

珠江水运 2022年20期

陈昌明广州航海学院海运学院

汤敏惠广东海事局交管中心

回顾航运历史，航运业随着科学技术的发展而变化。从独木舟到小艇、船、超大型船舶、航空母舰和巨大型船舶，船舶随之变得越来越大，速度也是越来越快，构造变得越来越复杂。自20世纪以来，航运业已经成为世界上最重要的产业之一，一些关联的产业也随之产生，包括运输、国际贸易、军事、国际公关、保险理赔等等。分析航运的发展趋势，无人驾驶船舶在不久的未来将会出现。

1.无人驾驶亟需解决的问题

1.1 远程控制系统

无线通信技术缩短了岸基控制中心和船上终端的距离[1]。通过局域网，岸上的指挥人员可以实时发送指令给船舶控制中心。由岸上发送的指令被船上的接收终端收到，然后传输指令到船上中心控制系统。中心控制系统把收到的指令解码后发送给机器和其他设备的应答器，随后对收到的信号做出相应的行动，并且把完成指令动作的信号通过各种各样的传感器和数据链反馈到船上的中心控制系统。中心控制系统再把完整的指令信息反馈给岸基操作员。（如图1所示）这个程序的运转基于目前的科技水平是可以实现的。但是目前设备的可靠性，兼容性和稳定性仍需要改进。

1.2 通信费用

目前海上的无线通信费用比较昂贵。为了达到岸基和船舶的良好通信，需要大容量的数据通讯。现在远洋船舶通信方式是高价格的卫星通信，这些因素会局限到岸基对船舶的操控通信。然而，低轨卫星移动通讯系统可以解决这个问题。这种卫星高度只有750-1000公里，远远低于现在的通讯卫星高度（大约35786公里高度）。由于距离缩短，船上的卫星通信收发器功率可以降低到类似于移动无线电话。通过缩短距离的升级，还可以提高通信的可靠性。另外，由于卫星的轻型化（大概130公斤），使得其更容易发射和运转，相应的费用也被减少。海上的通信费用将和陆地上的相等，这样将有利于船岸通信。

1.3 推进系统

推进系统从原始的人力到风力，烧煤的蒸汽机，柴油内燃机，变频马达的电动力推进器。对于无人驾驶船舶来说，首选电动力推进系统，电动力推进系统的优点是工作稳定，变动平稳，易于和计算机兼容，震动小，运转时的温度更低。当然，它也有缺点，比如很难通过大功率输出电源来产生高频电源去满足船舶推进器的需要，低能效率。当前大部分船舶使用重油或者柴油，但是最终的能效来源是由发电机提供的。从柴油转换到电动力的能效率大约为70%。电动力转换到推进系统的能效率仅仅70%左右。因此，最终的变频能效仅仅49%。在当前时代，全球气温升高和防止污染是一个全球性的问题，低变频能效率意味着更多的CO2排放。因此，必须为无人驾驶船舶寻求低污染或者高变频能效率的新能源[2]。

目前，许多海事研究机构正在研究船舶清洁能源，包括风动力，太阳能潮汐能，氢燃料电池，核动力，化学电池，等等。由于多种原因，比如能源密度，能源转化率，船上的空间，可利用性等等，致使研究进度缓慢。目前认为核能源是最适合无人驾驶船舶的。

1.4 海上避碰及相关法律

海上无人驾驶船舶是一个新设想，现行的国际避碰规则还没有涉及这方面的相关条款。[3]但是无人驾驶船舶会出现，因此规则要更新和增加无人驾驶船舶之间避碰，无人驾驶船舶和正常船舶之间避碰，无人驾驶船舶航行信号显示，和其他船舶之间的信息交换的条款。事实上无人驾驶船舶的航行现在不是困难的事，GPS系统相当完美，在偏航许可的范围内，通过轨迹舵功能，船舶可以沿着计划好的航路到达预设目的地。无人驾驶船舶可以通过动力定位系统，采取改变航向和速度的手段去避免碰撞。但是在经济不发达区域，仍然有许多问题关联到安全和保安问题。

1.5 建造无人驾驶船舶成本高昂

基于目前的航运设备，建造一艘无人驾驶船舶是昂贵的。无人驾驶船舶需要很多高配置的电脑或者中央处理器去组建船上中央控制系统以便像正常营运船舶一样去完成各种复杂的任务。目前而言，无人驾驶船舶的机舱和驾驶台设备是昂贵的。考虑到可靠性，以及为了应急，备用（多余）的设备也被装在船上，成千上万个传感器被装在无人驾驶船上去满足要求，以便对船舶做到足够控制，这些增加了船舶的建造成本。另外，由于复杂的船舶构造，同样也增加了常规保养和定期维修的费用。虽然无人驾驶船舶是未来航运的发展趋势，但是的确还有很多的问题。

2.海上无人驾驶的优越性

2.1 解决船员的职业危机

自古以来，船员的职业就充满危险，他们必须去面对相当差的船上居住条件，恶劣的天气和海况，高噪音，强震动，高辐射，生活区内部的不良空气，不新鲜的食物，不干净的饮用水，艰苦的工作和休息时间，等等。除此之外，他们还必须要面对心理健康方面的问题。他们思念自己的妻子、孩子、父母和朋友。总的来说，他们生活在相对孤独和很差的居住环境里。通过对全世界和海员做总体调查发现，大部分的海员都来自欠发达国家，他们从事海员职业是为了生存，而不是因为爱好。所以在发达国家，由于船上和陆上工资待遇的差别越来越小，致使人们不愿意去从事海员职业，这样海运业将面临缺乏船员的危机（图2，近3年无限航区海员船员数量）。

从图2 中可以看出近三年来船长、大副、二副人数基本不变，但三副人数在急剧减少，说明新加入的船员在减少，预示今后干部船员数量会急剧减少。

2.2 降低海运企业营运成本

根据行业经验来看，船员工资占船公司营运成本35%的比例，但是由于近几年的航运低迷导致该比例上升到45%左右甚至更高（见图3，以甲板部干部船员工资为例）。由于在本世纪的早些年间航运产业快速发展，造船厂，船舶和港口设施都超额生产。2007年的全球金融危机刺穿了航运产业的繁荣泡沫，然后进入2011年的航运产业破产和停业时期。很多航运公司，船厂，港口和其他关联产业都破产或倒闭，近5年来，几乎整个航运业都挣扎在生存边缘。地中海海运指数曾经跌破300点。但随着社会经济的发展，人们的工资都在不断上涨，船员工资也在随之提高。在这样的形势下，造成了海运企业的营运成本进一步提高。

从图3可以看出近年来甲板部干部船员的工资在大幅提升，从中可以看出一艘船舶的营运费用会大幅增加，公司营运成本也会随之大幅增加。

2.3 优化船舶构造

无人驾驶船舶可视为是一种全新的造船理念，相对于常规船舶而言，无人驾驶船舶很多构造和设备都是不同的，或者是可以被省略的，或者被改进的。比如说船员住所就可以被去掉，驾驶台，机舱，主甲板，系泊设备可以被改进或者简化。船舶形状将有别于现有的常规船舶。这样将减少船舶建造成本，并且有更多的装货空间，也延长了船舶的营运寿命。

2.4 减少海洋环境污染

现在环境污染变成了全球性的重大问题。来自船舶活动的污染包括大气污染，油类，危险品，垃圾，生活污水，噪音和防污材料等等。许多国家采取实施保护当地环境法律和条例去限制船舶活动。事实上有很多的污染是由船舶活动造成的。例如碰撞或搁浅事故引起的油轮泄漏到海洋里；相当大数量的机器处所和货舱的油水混合物里被排放人海；船舶压载水里运输的大量侵略性物种导致许多地方生态失去平衡甚至引起灾难。而无人驾驶使用新能源，[2]减少人类在船上活动，这样就可以很好地解决此类问题。