未來船舶從有人到無人

中船重工經(jīng)濟(jì)研究中心

現(xiàn)今，世界船員的數(shù)量呈下降趨勢(shì)，而船員費(fèi)用卻在逐年攀升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，船員費(fèi)用已成為船舶在航運(yùn)過程中僅次于燃料費(fèi)用的第二大支出項(xiàng)目。同時(shí)，海上事故發(fā)生頻繁，其中由于人員操作失誤造成的船體碰撞、損壞占海上事故的80%以上。除此之外，近年來極端海況下船員的安全性等也成為船舶在設(shè)計(jì)建造中不可忽略的問題。綜合以上問題，人們將更多的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向無人船舶的研制和開發(fā)中。

無人船的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

無人船舶是指在無船員的情況下，直接由自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)或岸基中心控制從而保持正常航行和作業(yè)的一類船舶的總稱。隨著大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能及機(jī)器人等新興技術(shù)突飛猛進(jìn)，船舶自動(dòng)化水平逐步提升，這些都為無人船舶的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支撐，未來無人船舶的發(fā)展充滿了無限可能。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，到2019年全球無人駕駛船舶的市場(chǎng)規(guī)模可能達(dá)到100億美元。相比于大眾熟悉的有人船舶，無人船舶的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是更加安全，在與其他船只或暗礁發(fā)生碰撞危險(xiǎn)，或遭遇到惡劣海況時(shí)，相對(duì)于船員疲勞程度而言，遠(yuǎn)程操作可能更加安全。

二是更加高效，高效能的海洋無人船平臺(tái)可搭載多種測(cè)量或探測(cè)設(shè)備，如側(cè)掃聲納、單波束聲納、多波束聲納、高精度慣導(dǎo)設(shè)備、磁力儀、小型潛水器、水質(zhì)傳感器等設(shè)備，能夠自主完成海底地形測(cè)繪、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)等自動(dòng)化作業(yè)。與傳統(tǒng)有人船相比，采用無人船具有安全方便、精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)化集群控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多艘無人船相互協(xié)同作業(yè)，進(jìn)一步提升工作效率。

三是更加經(jīng)濟(jì)，無人貨船所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的，通過精簡(jiǎn)船員所用的生活設(shè)備，船體會(huì)輕量化，就可運(yùn)載更多的貨物，不僅可以節(jié)約人力物力，還能節(jié)約相應(yīng)生活必需品等附加費(fèi)用。此外，無人船舶也有助于優(yōu)化航行路線、節(jié)省燃油等。

世界無人船技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，無人駕駛船舶已吸引不少國(guó)家和機(jī)構(gòu)投入大量資金進(jìn)行研究和開發(fā)，美國(guó)、歐洲、日韓等國(guó)家和地區(qū)都在開展較大的無人船舶項(xiàng)目。無人船舶涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域十分廣泛，除了傳統(tǒng)船舶技術(shù)外，還涉及到多傳感器智能檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)避碰技術(shù)、高可靠高冗余數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、自動(dòng)故障檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)、可靠電子海圖技術(shù)、智能機(jī)器人技術(shù)、水下機(jī)器人技術(shù)，甚至現(xiàn)下最熱門的物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)。

20世紀(jì)80年代，日本就曾開展過智能船舶項(xiàng)目，旨在提出能夠取代船員工作的無人駕駛船舶。2011年，韓國(guó)政府與韓國(guó)海洋開發(fā)研究院合作研制一艘無人船，旨在將這艘船用于海洋研究、不間斷海上巡邏，非法捕魚和海洋事故監(jiān)控等。

2012年，歐盟提出“MUNIN”海洋無人航海系統(tǒng)項(xiàng)目，意在找出操控自動(dòng)化貨船所需的各方面因素，尤其是找到從有人駕駛到無人駕駛運(yùn)輸?shù)淖罴艳D(zhuǎn)換途徑。2013年，羅·羅公司公布了一個(gè)用遙控?zé)o人駕駛貨船取代傳統(tǒng)貨船的計(jì)劃，項(xiàng)目名稱為“高級(jí)無人駕駛船舶初級(jí)應(yīng)用開發(fā)研究”，旨在初步探討和設(shè)計(jì)新一代的無人駕駛船舶的規(guī)格和基本設(shè)計(jì)方案，以便為下一代無人駕駛船舶的進(jìn)一步開發(fā)鋪平前期道路。

圖1：羅·羅公司推出的無人船舶概念設(shè)計(jì)

2014年，DNV-GL提出無人集裝箱支線船舶的設(shè)計(jì)理念，該船采用電池動(dòng)力系統(tǒng)，這艘船的建造和操作系統(tǒng)都會(huì)采用目前發(fā)展的較為成熟的科學(xué)技術(shù)，包括自動(dòng)裝載系統(tǒng)、航線規(guī)劃系統(tǒng)、自動(dòng)錨泊系統(tǒng)等。

在“2016無人駕駛船舶技術(shù)研討會(huì)”上，羅·羅公司推出了“高級(jí)無人駕駛船舶應(yīng)用開發(fā)計(jì)劃”(AAWA)，并發(fā)布了AAWA項(xiàng)目白皮書，闡述了該項(xiàng)目如何實(shí)現(xiàn)遙控與無人駕駛船舶的美好愿景,并規(guī)劃了到2035年的發(fā)展目標(biāo)。規(guī)劃目標(biāo)中預(yù)計(jì)2020年實(shí)現(xiàn)利用遠(yuǎn)程支持和特定功能操作來逐漸減少船員；2025年實(shí)現(xiàn)近海無人船舶的遠(yuǎn)程控制；2030年實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋無人船舶的遠(yuǎn)程控制；2035年實(shí)現(xiàn)自主遠(yuǎn)洋無人船舶。

英國(guó)耗資數(shù)百萬英鎊，計(jì)劃在2020年建成一艘代號(hào)為“MARS”的無人駕駛船。“MARS”號(hào)將采用可再生能源技術(shù)，利用風(fēng)能、太陽能和其他正在開發(fā)的新能源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。該艘船的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的折疊翼系統(tǒng)，不但能減少風(fēng)阻，還能使太陽能板的面積擴(kuò)大40%。

無人船舶技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段來說，無人船舶正朝著智能化、體系化、標(biāo)準(zhǔn)化等方向發(fā)展。無人船舶的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要從以下幾個(gè)方面體現(xiàn)：

自動(dòng)導(dǎo)航與定位技術(shù)。航行路線會(huì)事先輸入到導(dǎo)航系統(tǒng)中，形成電子地圖，電腦程序會(huì)識(shí)別并遵循預(yù)定航線。通過先進(jìn)的衛(wèi)星通訊技術(shù)，能夠?qū)嵤?zhǔn)確定位船舶的方位并進(jìn)行航向修正。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)?？梢暡噬障鄼C(jī)技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)、熱長(zhǎng)波紅外攝像機(jī)以及天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都將被運(yùn)用到無人船舶的態(tài)勢(shì)感知傳感器系統(tǒng)中。這些技術(shù)的應(yīng)用能夠降低船舶發(fā)生碰撞的幾率，同時(shí)也能保證極端天氣下船體自身穩(wěn)性等。無人船舶與岸基中心保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，并對(duì)船舶在航行過程中遇到的問題及時(shí)作出解決方案。

自動(dòng)儲(chǔ)能動(dòng)力技術(shù)。船舶在航行過程中能夠通過選用環(huán)保、綠色的替代燃料，如風(fēng)能、太陽能等，對(duì)自身動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行能源儲(chǔ)備，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。無人船舶在航行過程中需要進(jìn)行實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估平臺(tái)的建立會(huì)方便各類無人船舶及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。屆時(shí)多種無人船舶都可在該平臺(tái)上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要針對(duì)技術(shù)操作、成本計(jì)算以及環(huán)境分析等方面。

圖2：羅·羅公司2035無人船舶技術(shù)路線圖

中國(guó)無人船舶技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于中國(guó)來說，隨著人口紅利逐漸消失，航運(yùn)企業(yè)急待提升整體船員效率。我國(guó)無人船舶的研究尚在起步階段，很多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域有待突破創(chuàng)新，與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有一定的距離。但是，近年來隨著我國(guó)在其他領(lǐng)域內(nèi)無人產(chǎn)品的突飛猛進(jìn)，我國(guó)無人船舶相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研究也得到了快速發(fā)展，縮小了與世界領(lǐng)先水平的距離。

圖3：“天象一號(hào)”無人船

2016年，國(guó)家發(fā)改委、科技部、工信部、中央網(wǎng)信辦指定的《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》中，無人船的設(shè)計(jì)研發(fā)推廣工作被列為重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目。

2008年，中國(guó)航天科工集團(tuán)所屬航天新光公司自主研發(fā)成功了中國(guó)第一艘無人駕駛海上探測(cè)船“天象一號(hào)”。該船具有自穩(wěn)定功能，能夠滿足高海況下的工作能力。同時(shí)，該無人船還配備可靠的動(dòng)力系統(tǒng)，作為氣象探測(cè)的無人船航程可達(dá)數(shù)百公里，一次可以在海面作業(yè)20天左右，填補(bǔ)了中國(guó)海洋氣象動(dòng)態(tài)探測(cè)空白，對(duì)應(yīng)對(duì)海洋突發(fā)事件和在海洋、大型湖泊等方面的環(huán)境監(jiān)測(cè)以及災(zāi)害預(yù)警等具有重要意義?！疤煜笠惶?hào)”無人船總長(zhǎng)6.5米，船體用碳纖維制成，應(yīng)用包括智能駕駛、雷達(dá)搜索、衛(wèi)星應(yīng)用、圖像處理與傳輸?shù)戎T多國(guó)際前沿技術(shù)，科技含量非常高。

2012年，云州智能科技有限公司推出了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的全自動(dòng)無人采樣船，應(yīng)急監(jiān)測(cè)無人船等產(chǎn)品。其中，ES30應(yīng)急采樣監(jiān)測(cè)船集成了先進(jìn)的機(jī)器人控制技術(shù)、自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)、超聲波智能壁障技術(shù)、3G網(wǎng)絡(luò)/GPRS實(shí)時(shí)通訊技術(shù)，具有自主航行、自動(dòng)避障、網(wǎng)絡(luò)化管理等優(yōu)勢(shì)，可連續(xù)航行6小時(shí)，最高時(shí)速可達(dá)26節(jié)，與現(xiàn)行水質(zhì)采樣監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，形成完整的水質(zhì)監(jiān)測(cè)解決方案，在水質(zhì)移動(dòng)巡測(cè)、污染源追蹤、突發(fā)污染事件應(yīng)急反應(yīng)、水質(zhì)采樣和監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2016年6月，珠海云洲智能科技有限公司在珠海市成立了全國(guó)首個(gè)無人船科技港，該無人船科技港具有條件一流的無人船研發(fā)測(cè)試和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定中心。同時(shí)，也將成為海洋智能裝備系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)以及相關(guān)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)孵化的公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)。

盡管無人船舶發(fā)展還存在一系列技術(shù)、社會(huì)、法律等其他不確定因素，但是隨著相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的推陳出新和人們對(duì)海上航行安全意識(shí)的逐步提升，無人船舶是未來船舶的發(fā)展方向，無人船舶應(yīng)用于市場(chǎng)并不遙遠(yuǎn)。