智能船舶的踐行與漸進

本刊記者 劉 蕭

智能船舶的踐行與漸進

本刊記者 劉 蕭

有人曾總結，智能船舶的發展其實是一個循序漸進的過程，遵循著先局部后整體，先船上再岸上的原則。此話說來簡單，但不可否認的是，前者與后者卻是量變與質變的關系。所以面對智能船舶的方興未艾，如何提升質變速度成為了當下熱議的話題。

物聯網、云計算、大數據等新興技術正在推動信息大潮的來臨，與此同時一場工業智能化革命也正在醞釀。對于船舶行業而言，近年來智能船舶概念的出現以及智能船舶技術的日益發展，為智能航運的發展增添了動力。有人曾總結，智能船舶的發展其實是一個循序漸進的過程，遵循著先局部后整體，先船上再岸上的原則。此話說來簡單，但不可否認的是，前者與后者卻是量變與質變的關系。如何找到癥結、突破瓶頸，自然成為了當下值得探討的問題。

技術尚待成熟

近年來，伴隨著越來越多的智能船舶相關技術走向成熟，智能船舶和智能航運概念也日益為人熟知。那么，千呼萬喚的智能船舶發展現狀是怎樣的呢？據相關專家介紹，目前與智能船舶相關的環境感知技術、通信導航技術、狀態監測與故障診斷技術等相關技術理論已經較為成熟。但客觀來看，依然有些技術理論，如能效控制技術、航線規劃技術、安全預警技術、自主航行技術等，缺少在真實環境下的驗證。因此，嚴格意義上來講智能船舶總體仍處于快速發展階段，還未完全成熟。他繼續補充談到，根據CCS《智能船舶規范》對智能船舶的定義：智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯網、互聯網等技術手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據，并基于計算機技術、自動控制技術和大數據處理和分析技術，在船舶航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行的船舶?！安豢刹徽f，每個環節都關乎船舶的營運安全。從這個角度來說，我們更希望智能船舶‘待成熟期’能夠更長一些?！?/p>

為何如是說？業內專家以“導航雷達如何才算真正適應智能規范要求”為例向記者做出了詳盡解釋。他告訴記者，ARPA是在普通雷達的基礎上，根據人工標繪原理，增加計算機的輸入、存儲、計算、判斷、輸出、模擬、繪圖、報警等功能發展而成的一種新型雷達（避碰雷達）。他補充道：“不同船型有不同的回轉半徑，不同速度下有不同的轉彎角速度。所以要想真正實現船舶避碰ARPA功能，自然每種船型的數學模型是不一樣的。而且就算同種運輸船舶，不同裝載量下，ARPA特性也存在一定的差別。回到智能船舶話題上來，其與傳統的‘ARPA功能’相比，必不可少地需要其與‘船舶能效管理系統’有接口關系，實現自身船型特性數據的輸入和實時修正。換言之，唯有避碰ARPA軟件具備‘學習’能力時才能真正成為名副其實的智能?！?/p>

學習能力對于智能船舶意義幾何？專家引用“Alpha Go”的深度學習算法給記者打了個比方。他告訴記者，“Alpha Go”的偉大之處就在于運用了最新的深度學習算法，開啟了從“計算”到“智能”的飛躍。這一學習算法可以說彌補了以往計算機在處理一些問題的時候往往給出的結果只能是“非黑即白”。他坦言，對于航運而言，船舶營運中的天氣、環境以及突發狀況幾乎都屬于開放性問題。如果船舶沒有具備學習能力，那么這些問題很難得到妥善解決，也將會給船舶營運安全帶來高風險。“依我所見，未來智能船舶應該以數據為核心，不僅需要能夠實現全船數據共享，具備自主分析和決策能力，而且還要具備能夠通過船岸一體化進行遠程支持和服務。然而這些功能的開發并非一蹴而就，需要大量的時間與真實環境下的驗證?！?/p>

網絡安全難題

2016年底，SAFETY4SEA發起了一場名為“分享你的智能航運見解”的調查。調查結果顯示，網絡安全、使用新技術和軟件的船員培訓、能源管理和排放監測、電子航海和電子海圖顯示與信息系統（ECDIS）分別入選了航運業前五大智能航運挑戰名單。其中，網絡安全更以40.6%的占比成為了航運人最為關注的未來智能船舶的高風險點。

網絡安全如此之高的投票數背后，到底有何深意？在此記者分享一下去年3月的“RSA加密算法安全大會”上，Verizon RISK安全團隊所披露的一起安全案例。案例顯示，一群海盜在劫持了某航運企業的貨船后并沒有針對船上人員和船舶本身索要贖金，而是迅速找到目標集裝箱，搶走箱內的貴重貨物后揚長而去。事故發生后，Verizon RISK安全團隊在調查中發現，海盜在實施搶劫前其實早已成功入侵這家企業的提單管理系統，并對船舶載運的貨物進行了詳盡了解。總而言之，這期“精確搶劫”事件背后，是不安全的航運網絡安全的始作俑者。當然，這起案件也向航運業敲響了安全警鐘：未來的智能船舶上不免要運用實時的數據傳輸、人工智能與遠程控制等技術，如何做才能在為船舶駕駛帶來種種便利的同時，不為海盜搶劫提供途徑，非常值得重視。

采訪中一位業內人士據此問題談出了自己的看法。首先其認為，一直以來岸基系統的網絡安全沒能得到重視，將不免成為未來智能船舶的一大短板。他談到：“據我說知，盡管不少航運企業早已配備了先進的系統，可以在系統上實時查看貨物與船舶的狀態，甚至船上某一具體設備的運轉狀況。但不可否認的是目前這些系統大多處于‘裸奔’狀態?！蹦壳半娮雍D都是離線版，裝船后其可與GPS設備相接并將每日的船舶航行位置、航次信息返回給岸基系統。所以只要是岸基被攻破，黑客便可竊取其想知道的一切。如果任由這一短板存在，那么未來海盜即使無法破解“無人船”的控制系統，也可以攻擊航運企業的船隊管理系統，通過數據分析準確篩選出可用信息，以提高搶劫過程中精準度。

此外，針對“分享你的智能航運見解”調查中的其余高占比風險，專家也在采訪中談出了相應的觀點。其認為，目前不少業內人士對智能船舶的認知可能還存在不足。其坦言，未來的智能船舶從廣義上講應是一個船岸統一的大的集成系統，這其中便包括船舶的實時狀態監測、控制、裝卸貨的智能控制、以及物流控制、船隊調度和管理系統的統一監測和控制。正是由于智能船舶涉及的領域十分廣泛，內涵極其豐富，涉及到設計院所、船廠、設備制造商、航運企業、貨主等不同單位，這也就促使了設計者不僅要考慮船舶本身的智能性，還要考慮船岸一體；不僅要考慮船舶的智能化，更要理解和明確智能化的最終目的是提高船舶的安全性、運營經濟性和航行的清潔性要求。只有這樣才能保證未來智能船舶更加安全、環保、經濟、可靠。

鋪墊智能未來

與傳統船舶相比，未來“智能船舶”優勢明顯。最為顯著的優勢莫過于其可從根本上減少人為因素對船舶航行安全的影響。目前，隨著現代船舶性能的不斷提升，由船員疲勞與不良情緒而導致的操作性失誤已成為危害船舶航行安全的最主要因素之一。在未來，智能船舶將從設計之初，便開始執行通過岸上專家決策系統與遠程遙控系統對船舶進行操縱的理念。這種設計一方面將極大減少船上配員數量，并且其也或將終結船東每每需要支付的救生、消防、防污染等設備的維護保養費用。

此外，采訪中一位業內人士還向記者談道，據其了解一些國外的船舶設計廠商為了更好地賦予未來智能船舶防海盜功能，甚至欲將未來智能船舶設計為全封閉式。不可否認，智能船舶的出現給予了航運業對未來無限憧憬，但與此同時，它的出現也提醒著業界“不積跬步無以至千里”，當下需要為其準備的“鋪墊”還有很多。

最為直觀的當屬目前許多船舶設備廠商所能提供的單個設備或系統的監控和維護系統僅僅是以自身為主導，實現了部分智能化功能。這就導致了由于各個系統缺乏統一協調，這些設備僅立足于系統本身進行優化，沒有從全船角度去考慮。因此，在越來越多的系統裝船后，出現了相關問題。鑒于此問題，不少專家在采訪中建議，應從設計階段就開始考慮傳感器的布局，建立全船信息感知體系，在統一的數據和接口格式下搭建全船智能網絡平臺，完成全船大數據采集，實現全船各系統及設備的信息融合與共享。此外，在船舶授予智能集成平臺功能標志時，應至少集成智能航行、智能機艙和智能能效管理三個系統的數據，形成船上數據與應用的統一集成平臺。集成平臺應具備開放性，能夠整合現有船上信息管理系統及后續新增系統，以實現對船舶的全面監控與智能化管理，并與岸上實現數據交互。

不僅如此，為了更好幫助船東完成“智能能效管理”目標，現下也需要進行一系列的相關研發。據介紹，“智能能效管理”是指能夠通過對船舶航行狀態、耗能狀況的在線監測與數據的自動采集，對船舶能效狀況、航行及裝載狀態等進行評估，并通過大數據分析、數值分析及優化技術，為船舶提供數據評估分析結果和輔助決策建議，以及航速優化、基于縱傾優化的最佳配載等解決方案，實現船舶能效實時監控、智能評估及優化，不斷提高船舶能效管理水平。不僅如此，記者在采訪中也了解到。想要真正使“智能能效管理”名副其實，還需要賦予智能船舶的航路的設計和優化能力。根據船舶所具有的技術條件和性能，特定的航行任務、吃水情況、貨物特點和船期計劃，充分考慮風、浪、流、涌等因素，在保證船舶、人員和貨物安全的條件下，設計和優化航路、航速，盡量減少燃料消耗，并在整個航行期間不斷優化。