混合交通流局面下智能船舶发展策略研究

刘轶华 许宁峰 李欣悦 庄思卿

（上海海事大学，上海 201306）

智能船舶的发展注定是在摸索中前进，笔者从宏观角度出发，尝试剖析混合交通局面下航行风险产生的具体界面，并提出智能船舶发展路径中相应的管理决策与建议。新兴事物只有在有限的范围内发展才能得到有效合理的控制，盲目进行大范围的自主航行试验，很可能会导致不必要的经济损失，酿成不可控的事故后果，因此，采取“渐进式”的发展思路和阶段性的试验推进成为了混合交通局面下智能船舶发展的重要方法。

一、概述

（一）智能船舶发展现状与趋势

智能航运是以传统航运要素与现代科技深度融合为主导的新兴航运业态。从全球范围来看，各国都在积极推进智能船舶的相关研究，计划在未来十年内实现无人驾驶自主船舶的运营。自动驾驶技术在效率、安全等层面有着较为显著的优势，随着远程通信技术、大数据、人工智能等的发展，智能船舶已成为全球航运研发焦点。我国智能船舶科研攻关迎来积极进展，相关工程化应用初见成效，基本与国际先进水平保持同步。而全球智能船舶仍处于探索和发展的初级阶段，智能船舶尚未有体系的规定，测试与验证体系亟待建立，市场应用颇为有限。目前，已有的智能船舶共同特点是小型化，其中，运输船已开展单一智能功能应用，如感知增强、安全辅助驾驶、能效控制等智能系统。在交通系统方面，国内外已逐步开展智慧海事系统的探索与应用[1]。

智能航运的总体发展趋势为：由部分设备智能转变为全船系统智能、由单船智能航行迈向水路网联航行（即水路混合交通）、从人机共融到远程自主，逐步实现增强驾驶、辅助驾驶、远程驾驶、自主驾驶等阶段性功能，最终呈现智能航运新业态。智能网联船舶的交互协同、混合交通是今后需要重点研究的领域。

（二）水路混合交通研究背景

近年来，随着道路交通领域自动驾驶研究和应用的深入，无人驾驶汽车的研发取得了阶段性的成功，网联驾驶车辆的理论研究也正稳步推进。由此，人们自然联想到水路交通领域，认为智能技术在水路交通领域也应有广阔的研究和应用空间。

在智能网联环境中，后船可通过船载无线通信技术，获取前船的加速度、速度、位置等信息。对于人工驾驶船舶而言，智能网联环境可帮助船员实时掌握前船行驶状态，有利于提升船员的驾驶敏感性。对于自动驾驶船舶而言，智能网联环境的存在，使得智能船舶可实现全自动纵向航行任务。水路混合交通局面有望提升交通安全和通行能力。因此，智能网联环境下水路混合交通流特性研究具有前瞻性的实际意义。

水路混合交通局面是指：在同一时空内，存在人工驾驶船舶与自动驾驶船舶共同行驶的场景，其中包括不同自主水平等级的智能船舶共存的情形[2]。随着智能化设备和载体的不断迭代发展，结合船舶的生命周期，水路混合交通的局面很可能出现在不久的将来。

即便智能船舶对船上配员的依赖不断减少，甚至在以消除船上配员为研究目标的趋势下，智能船依然不会完全脱离人类独立运行，依旧由岸基中心进行遥控和监管。此外，受限于成本因素，即使智能船相关技术突破瓶颈进入商用阶段，其在水路交通局面的占有率也无法达到100%，这意味着水路交通状况将由现在单一的有人船运输向有人船与无人船运输并存的格局转变[3]。

二、智能船舶发展过程中面临的混合交通流问题

混合交通是智能船舶发展走向成熟的必经之路，所面临的问题不是智能船舶自身个体可以解决的，在无人、有人驾驶船舶混合的情况下，面临的场景和问题将会更具体，也更复杂。

（一）智能船舶发展政策引领支撑不足

在贯彻二十大精神、加快建设交通强国的背景下，智慧航运迎来重大发展机遇。基于当前航行环境特征极其复杂、航道港口等设施智慧化程度受限、船舶驾驶人的性格特点各不相同的水路交通运输现状，而智能船舶本体尚无法应对千变万化的航行环境，且受限于成本和安全等因素，试验容错率低，这无疑是智能航运发展道路上的巨大挑战。目前我国对于船舶自动驾驶技术的发展缺少明确的管理方法，尤其缺少对水路混合交通流的规划和指导。

近年来，为了给智能船舶提供良好的发展环境，我国交通运输部颁布了一系列相关政策，对智能船舶的发展做出了相应的规划（如附表所列），指明了未来船舶发展的重点方向。这些政策的颁布旨在抢占未来智能船舶技术高地，获得未来“无人船”时代发展先机[4]。但我国智能航运建设在理念和技术上都尚未成熟，航运企业对智能化认识不全面，不能提出明确的航运智能化需求，缺乏科学的、可持续的智能化规划，对水上智能交通的发展过程中的混合交通情形缺乏足够的分析和研究。此外，智能船舶的发展涉及到船舶设计制造、通信基础设施、海事服务等领域的诸多相关方，还会影响到航运、港口、物流，乃至金融保险等上下游产业链，因此迫切需要科学的政策指引，避免“只见树木，不见森林”式的发展[5]。

附表 我国船舶政策文件

（二）法律适应性与海事监管体系有待完善

水路混合交通局面的智能船法律适应性，既需要统筹考虑其技术可行性、安全性和可靠性，还面临着监管模式、监管理念的巨大变革与深度调整，因此实有必要对海事监管法律法规进行梳理和适应性研究[6]。在自动驾驶船舶相关法律领域，仍存在自动驾驶船舶的碰撞责任问题。无人船作为一种新型的避碰主体，船舶主体的多样化导致了错综复杂的避让关系，在现有法律框架下，如何对混合交通流中碰撞责任的过错程度与赔偿责任的比例认定进行清晰界定，则是航行安全方面另一亟待解决的法律障碍。

与现有船舶比较，未配船员的智能船舶几乎彻底颠覆了海事管理机构以“船”和“船员”为基础的监管体系，海事管理机构面对的是一个高度智能化和自主化以及船岸一体化的全新监管对象，需要转变理念、搭建系统，建立与之相配套的法律法规体系和相适应的船舶安全监管机制。同时，现有的法律条款可能无法完全适应水路混合交通流情形，在这方面存在法律空白，我国需要就无人船的定义、责任和航行规则等问题进行讨论，以确保在有人船和无人船混合航行的情况下，各方能够有效遵守法律法规。

此外，全球对智能船舶的监管缺乏统一性，可能会限制某些自动驾驶船舶在其他国家水域的运作，统一管理难度较大。

（三）智慧化航运基础设施亟待建设

水路交通系统复杂程度高，智能船舶自动驾驶技术尚未成熟，无法处理全时段内所有的航行工况，因此，船员并不放心把自身生命安全交托于自动驾驶技术。为了保证极高的安全水准，自动驾驶模型不得不谨小慎微，一旦出现任何意外险情，自动驾驶船舶便会转交控制权给操船人员，进而导致驾驶员减少了自动驾驶模式的使用频次，这种情况明显不利于船舶自动驾驶技术的普及和发展，因此需要更全面的基础设施来辅助船舶的自动驾驶系统。

由于缺乏对混合交通局面可能面临问题的认知，导致仅在船舶这一单个载体上进行了智能化探索，但这远不足以承载智能船舶的发展，还需要港口、航道、码头等多方面的协同才能更好地实现智能船舶的应用。船舶自主航行离不开船岸间的交互与协同，但关于岸基服务尚未开展标准体系的深化与研究，岸基支持标准体系的建设思路、层次设计与重点领域标准发展需求仍不明确，不同自主等级的船舶和岸基控制与服务缺乏规范统一的指导依据，无法对船舶智能航行基础设施建设提供标准化实施方案与评价规则[7]。

（四）缺乏足够的智能船舶测试情景和数据

随着自动驾驶协同技术的发展与应用，航道交通系统智能化、网联化、协同化程度不断提升，不同智能等级的船舶融入水路交通构成新型混合交通环境，造成场景要素繁多难以解析、场景复杂多变难以复现等瓶颈，传统的测试场景和构建方法无法完全覆盖混合交通测试需求，因此，提供多样且覆盖度广的测试场景是保证混合交通实施可信可靠的必要途径[8]。

三、水路混合交通发展中应秉持的基本理念与原则

明晰船舶混合航行场景中应秉持的基本理念和规则设计原则，对于水路混合交通发展策略的提出是有重要意义的。

（一）无人船和有人船混合航行场景中应秉持的基本理念

（1）安全第一：在混合航行的过程中，所有参与方都需要密切关注周围船只的行为，确保遵循国际海事组织对IMO）等相关组织制定的航行规则和安全法规，在保障航行安全的前提下，提升航道通行能力。

（2）共同协作：有人船和无人船需要建立有效的通信和协作机制，确保彼此之间能够实时共享信息。这不仅有助于提高航行效率，还有助于确保各船只在遇到紧急情况时能够迅速作出响应。

（3）适应性与创新：混合航行的环境不断发展和演变。有人船和无人船应当具备适应不断变化的环境的能力，并在技术和策略上持续创新，以提高整体航行效果和安全性。

（4）可持续发展：在有人船和无人船混合航行的过程中，应当关注环境保护和资源利用的可持续性。通过采用更环保的船舶设计、能源利用和航行策略，降低对海洋生态系统的影响。

（5）法规遵循与国际协作：有人船和无人船都需要遵循国际海事组织（IMO）等相关组织制定的法规和规章。此外，不同国家和地区的航行参与方应当加强国际协作，共同推动航行技术和管理的发展和完善。

（二）设计用于无人船和有人船混合航行的规则

（1）安全优先：无论是无人船还是有人船，都必须首先考虑到整体航行安全。这包括碰撞预防、避航规则、意外情况应急响应等方面的规定。

（2）互操作性：无人船和有人船应能够有效地进行交流和协作，共享航行信息。

（3）公平性：规则应公平对待不同类型的船舶，不能轻易免除无人船的责任或义务，也不能过于严苛地限制无人船的航行。

（4）可预见性：规则应提供足够的预见性，以便船舶可以预测并适应其他船舶的行为。

（5）适应性：鉴于科技的不断发展和变化，航行规则应具有一定的灵活性，能够随着科技进步和实践经验的积累进行相应的调整。

以上仅为一些基本原则，具体规则的制定需要由相关专家和行业代表进行深入讨论和合作，确保无人船和有人船可以安全、有效地混合航行。

四、混合交通局面下智能船舶发展的建议策略

在基本理念和设计原则的指导下，针对水路混合交通局面存在的问题提出解决方案，聚焦产业发展核心问题，为我国智能船舶健康发展献策。

（一）逐步完善智能船舶相关政策制定

智能船舶发展策略必须遵循理论指导实践的原则。由政府相关部门规划智能船舶航行试验田，开辟专用航道，改造、简化航行环境，在自动驾驶模型的指导下，开展自主航行试验，并在试运行阶段不断迭代更新，提升自主航行等级和航道通行能力。在确保航行安全的前提下，船舶混合航行试验可采取渐进式的发展方式：一是自动驾驶船舶和人工驾驶船舶在同一水域内，分别航行在各自的专用航道中进行试验；二是两类船舶在同一航道的不同时段内分别航行，由岸基驾控中心进行监管，同时需妥善安排应急处理工作。在试验过程中，尝试摸清智能船舶发展的规律和内在机理，运用科学的思维和理论指导实践，在实践中反复验证和优化理论和模型，并针对性地逐步完善智能船舶相关政策制定。

当前是智能船舶从技术研发向商业实践过渡的关键时期，在技术更新迭代加速、国际规则体系不断完善、信息基础设施建设和商业模式构建的需求不断凸显的背景下，智能船舶产业发展和标准化工作思路也亟待转变。需要相关行政部门跟踪研判智能船舶技术和法规标准的发展趋势和相互作用关系，不断更新完善智能船舶发展指导方针，对智能船舶技术发展与标准化工作进行前瞻性和总体性布局。

智能船舶技术的研发已然上升到国家战略高度，深入贯彻落实党中央、国务院关于建设制造强国、海洋强国、交通强国的战略部署，政府应与企业深入联动，挖掘培育高附加值未来型新产业，有效利用政策和投资的激励，促使航运企业牵头推进智能化船舶的发展，促进船舶工业供给侧结构性改革。

（二）加快海事相关法律和监管体系制定

智能船舶的发展不仅需要技术的创新突破，更需要海事监管的支持和保障，尤其是海事监管法律法规研究要与智能船舶相伴相生，不能滞后式制约或者冒进式跨越。对智能船舶海事监管要审慎包容，无人船技术不断进步，法律规范应足够灵活，通过对自主船舶法律的及时修正，以期望无人驾驶船舶能够在公共海域安全航行。为保障我国在无人船研发不因法律制约而落后于国际，我国亟需对无人船面临的航行安全法律做进一步的深入研究，如无人船配员的界定、职责及资格认定，无人船避碰规则的完善等，拓宽无人船的法律适用范畴，以达到把无人船纳入现有法律体系的目的。

对于有人船和无人船混合航行，海事监督管理应满足以下要求：一是强化监测。加强对水域的监测，特别是对无人船的监测，无人船应装备自动识别系统（AIS），便于掌握无人船航行位置、速度和行为。二是明确责任。明确无人船在航行中的责任方，在发生事故或违规情况下可以追责。无人船所有者和运营商应负主要责任。三是人工备份。人类操作员随时准备接管无人船的控制，在无人船失效或紧急情况下进行干预。人工控制可以是通过远程操作，也可以是通过现场人员干预。四是航行管理。可以考虑针对无人船设定专用航道或时段，也可以考虑针对混合航行水域设置航速限制和优先权规则。在初期，无人船航行可能需要有人船护航。五是应急响应。制定针对无人船的应急预案，在无人船失控、紧急情况下可以进行快速响应。应急响应可以包括自身拖船接航，也可以请求有人船提供帮助。六是培训认证。无人船的关键岗位人员，如远程操控员、维护人员、应急响应人员等都应进行专业培训和认证，使其具备必要的能力。这些措施可以降低混合航行的风险，实现有人船和无人船协调发展。

在水路混合交通相关法律制定与监管方面：为确保有人船和无人船混合航行的安全，我国政府需要根据国际法律和条约制定或修改适用于有人船和无人船混合航行的国内法律。这其中包括确定无人船的法律地位、制定适用于无人船的特殊航行规则、以及设立监管机构来确保无人船在混合航行中的安全和合规。

在有人船和无人船混合航行的情况下，确定责任和保险事宜是一个重要问题。海事管理机构需要就无人船的责任归属、保险要求等问题进行探索，并在国际法规中与各国达成共识、予以推广。

综上所述，有人船和无人船混合航行的法律适应性与海事监管体系是一个复杂且不断发展的问题。为确保混合航行的安全和合规，政府和企业需要密切合作，共同制定和完善相关法律法规和技术标准。

（三）完善绿色智能船舶运营配套设施

政府应宏观把控智能船舶的发展战略，统筹建设智能化航运基础设施，健全建设智慧化港口航道建造流程和验收标准体系，构建便捷完善的设施网络，创新配套设施建设和运营模式，研究构建与传统能源挂钩的长期稳定保供保价模式，实现能源产业和船舶产业协同可持续发展，拥抱产业链上游[9]。

在有人船和无人船混合航行的局面下，为了确保所有船舶能够安全、高效地航行，建立智能导航系统。该系统能实时收集和分析船舶动态数据、天气数据和海域信息，为船舶提供最优航路规划和避障建议。一个完善的通信基础设施也是保障有人船和无人船协同作业的关键，建议部署高速、稳定的通信网络，如5G，以实现实时、高质量的数据传输。此外，所有船舶都应配备AIS系统，以便实时共享船舶位置、速度、航向等信息。此外，AIS系统应不断升级，以支持更高级的功能，如船舶预测和自动避让。

在数字时代，港口的转运能力在全球供应链中面临着激烈的竞争。智能港口作为高性能港口，利用通信技术提供广泛的智能化应用，能够大大改善船舶和货物管理，从而提高国民经济的竞争力和可持续性。

（四）建设世界一流智能船舶试验场

在有人船和无人船混合航行测试和数据收集过程中，应选择理想海域作为试验场，制定测评指标评价体系与标准规范。选择理想的试验场海域需要充分考虑各方面因素：满足国家海洋规划、避开海洋生态红线区；海域条件良好：气象水文条件良好，水深、水域面积符合测试需求，且能够保障基础的离岸通信；通航情况较好，非试验船舶数量较少，对智能船舶试验与数据收集影响较小，且经行船舶不会对海上试验场的设备造成破坏。此外，测试过程中还需保证试验场海洋环境、通航环境要素、测试船舶的状态等多场景参数实现时钟同步、信息协同。针对不同的测试对象、不同的功能目标，需要最大程度地对测试船舶模型进行参数解耦、量化形成可对比分析的测试指标，并设置针对性的测试科目，制定科学的测试流程[10]。

五、结语

船舶自动驾驶技术及其辅助系统的进步，体现了其在减少海上交通事故和拥堵方面的作用，具有改善交通通行能力和安全状况的潜力，自动驾驶船舶所具有的先进性和智能性代表了未来航运的发展方向。基于对智能船舶发展过程和发展趋势的思考，水路混合交通局面存在诸多难题，笔者初步给出了应对水路混合交通流局面的建议和策略，旨在抢占未来“无人船”时代发展先机。我国作为船舶制造及远洋运输大国，在“海洋强国”战略的指引下，应当积极发展智能船舶，建立健全相关行业规范及标准，促进国内智能船舶行业高质量发展，在智能船舶商业应用方面引领世界，进而提升中国在全球航运领域的话语权。