智能船，一路好風景

丁 杰

海運，自古是一個高風險的行業。來自歐洲海事局的事故年報的數據顯示，全球范圍內，在2011～2016期間，總計有18655起事故報告，其中傷亡16539人次，死亡600人次。在高發的海上事故背后，人為失誤的影響不可忽視。據世界海事大學人為因素研究專家鮑姆樂教授介紹，航運界60%～90%的事故是由人為失誤引起的。另外，據不完全統計，船員費用已成為船舶在航運過程中僅次于燃料費用的第二大支出項目。同時，隨著物聯網、大數據、云計算、人工智能等新理念、新技術的突飛猛進，船舶自動化水平不斷提高，通過高科技的智能機器人代替海員，提高航運安全以及降低航運成本的設想，有了現實科技的支撐。海上自主水面船，又稱智能船舶、無人駕駛船舶，引起了航運界極大的興趣。目前，在全球范圍內，多個國家的科研機構、企業和高校，正在開展海上自主水面船項目的研究、測試工作。

海上自主水面船的定義

海上自主水面船（MASS），又稱無人駕駛船船或智能船或遙控船。不同的國家、機構和學者對其定義不盡相同。本文，節選其中具有代表性的幾個，具體如下：

1、知名船級社對海上自主水面船的定義

中國船級社（CCS）將海上自主水面船定義為智能船舶，是指利用傳感器、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。

美國船級社（ABS）將海上自主水面船定義為集成各種傳感器、智能導航系統、主推進裝置和輔助機械并具有相關邏輯決策能力的船舶。該邏輯決策能力，可以使船舶在沒有人員干預的情況下，根據環境變化對任務進行自動調整。

英國勞氏船級社（LR）將海上自主水面船視為有網絡控制能力的船（cyber enabled ships），并根據網絡功能的深淺，分為AL0--AL5六個等級。

挪威-德國勞氏船級社（DNVGL）將海上自主水面船定義具有一定程度的自動和自我調控能力的船舶。

2、IMO對海上自主水面船的定義

在國際海事組織（IMO）海上安全委員會第99次會議上，IMO對無人船和無人船的自動化程度進行了初步定義。MASS被定義為能在不同程度上可以獨立于與人類交互作用獨立運行的船舶。MASS的自動化程度也被劃分了如下幾個層級：

1）具有自動化流程和自動化決策支持的船舶：海員在船上操作和控制船載功能系統。一些操作可實現自動化。

2）船上有海員的遠程控制船舶：這種船舶需要有人員在另一個地方進行控制和操縱，但船上也需要配備一定數量和功能的海員。

3）船上沒有海員的遙控船舶：船舶的控制和操作在另一個地方進行，同時船上不用配置海員。

4）完全無人的自動船：這類船舶的操作系統能夠自主決定并做出反應和行動。

海上自主水面船的國外發展現狀

1、歐盟MUNIN項目

2012年9月至2015年8月，來自德國、挪威、瑞典、冰島及愛爾蘭的八家研究所共同開展了“海上無人駕駛智能網絡導航（Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks，簡稱MUNIN）”項目，以無人散貨船為對象開展大型無人駕駛船舶的研究，旨在從技術、經濟和法律三個方面，對在公海上運行一艘無人駕駛商用船舶的可行性進行評估，項目總的花費為380萬歐元。目標船的測試區域在挪威境內，先進感知系統、自主航行系統、機艙自主檢測和控制系統、路上控制中心等概念均在該項目中得到驗證。最終，該項目得出結論，海上自主水面船與傳統的船舶相比，具有減少航運公司操作成本和減少污染物排放方面的明顯優勢。

2、挪威“Yara Birkeland”號項目

圖1：MUNIN項目概念圖

2017年，康士伯和全球最大化肥制造商挪威Yara集團以及Marin Teknikk公司聯手開展了全球首個采用電力推進的零排放無人船舶項目。該項目試驗船舶“Yara Birkeland”號集裝箱完全按照無人船模式設計，沒有傳統的橋樓和駕駛艙，船長80米，寬15米、能夠裝載120個20英尺標準集裝箱，正常航速6節，最大速度13節。該船除了不用配備船員之外，船上還采用電池作為動力，設計也不需要壓載水艙。該船利用自身安裝的全球定位系統、雷達、攝像機和傳感器等，能夠在航道中實現避讓其他船舶，另外，船上還配有一套自動系泊系統，停泊和起航都無需人力介入，并在到達終點時實現自行停靠。康士伯負責提供“Yara Birkeland”號所需要的全部關鍵能動技術，包括遠程和全自動操作需要的傳感器和集成，以及電力驅動、電池和推進控制系統。據悉，“Yara Birkeland”號于今年開始試運營，在挪威南部一條長37英里（約合59．5公里）的航線上運送肥料。2019年投入運營，初期該船將配備船員運營，預計2020年開始實現完全無人自動航行。

圖3：Jaakonmeri測試區示意圖

3、首個海上水面自主船測試區在芬蘭正式運營

圖2：“Yara Birkeland”號無人駕駛集裝箱船在Sintef的水池中進行模型測試

2017年8月，全球首個與無人駕駛航運項目相關的測試區域在芬蘭正式運營。據悉，這是全球首個國際性測試區，對于任何希望測試無人駕駛的海上運輸、船舶或者相關的技術，都可提供服務。這個測試區將被命名為Jaakonmeri測試區，位于芬蘭西部海岸埃烏拉約基市，由DIMECC公司控制和管理，北部地區最長的一側長約17．85公里（9．9海里），西側長約7．10公里（3．9海里）。該地區由公海中的開闊水域組成，深度介于16至60米之間，并且在冬季期間還提供了冰情條件下的測試機會，整個測試區具有卓越的數據連接能力。

4、首個海山自主水面船航運公司 Massterly 在挪威成立

2018年4月，挪威航運巨頭威爾森集團（Wilhelmsen）和康士伯（Kongsberg）聯手建立全球首家無人船航運公司——“Massterly”，新公司設在挪威呂薩克。該公司旨在為無人船提供完整的價值鏈服務，涵蓋設計、開發、控制系統、物流服務和船舶運營。公司將建立陸基控制中心，來監測和運營挪威和其他國家的無人船。據最新消息，康士伯公司（Kongsberg）的TomEyst 先生已經被任命為該公司總經理，將負責領導Massterly公司的成立和發展，提高和加強威爾森和康士伯的力量和競爭力。

5、日本自主運輸系統概念技術項目

2017年5月16日，日本商船三井（MOL）宣布，與三井造船合作研發的海上自主運輸系統概念技術項目，已獲得日本國土交通省（MLIT）認可，作為其2017財年交通運輸技術開發推進項目。參與該項目的研究財團包括商船三井、三井造船、日本國立研究海上港灣航空技術研究所、東京海洋大學、日本船級社、日本船舶技術研究協會和三井造船昭島研究所。該財團成員將研發船舶自動自主航運技術概念，結合各個參與公司和機構的實力，實現無人運輸船技術發展，提供可靠、安全和高效的海上運輸服務。除了促進自治海運系統技術外，該項目將帶動基礎設施發展，并通過共享船級社和海事行業研究進展的成果，贏得公眾對推行先進技術的支持。該項目還將檢驗與無人遠洋運輸相關的業務概念、系統、基礎設施以及社會推進之間的關系，這一計劃由日本船舶技術研究協會提出。

6、美國軍方Sea Hunter 項目

美國軍方已經開始試驗世界上最大無人駕駛船。這艘被命名為長“Sea Hunter”號的132英尺長無人駕駛船將在世界各大洋巡邏追逐和跟蹤目標潛艇。“Sea Hunter”船原型航行速度大約為30英里每小時，配備了多種傳感器和先進的光學系統以檢測其他船只。五角大樓的研究機構國防高級研究計劃局（DARPA）以及Leidos公司共同合作研發了“Sea Hunter”。未來兩年，DARPA將和美國海軍在加州海岸進行“Sea Hunter”的測試工作，測試主要關注“Sea Hunter”在航海過程中避免碰撞的反應能力。一旦證實“Sea Hunter”是安全、可靠的，該船只將自動行駛并將一次性出海幾個月，行駛距離將達10000海里。

無人船的國內發展現狀

1、中國船級社與海上自主水面船規范和指南

2015年，中國船級社頒布《智能船舶規范》，2016年3月1日正式生效。規范將智能船舶分為智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺六大功能模塊，是全球首部涵蓋了從智能船舶從設計、建造到運營生命周期的船級社規范。

2017年12月6日，中國船級社舉辦智能船/無人船新技術論壇。論壇分為智能船舶、無人貨物運輸船舶、無人水面艇、新檢驗技術等4個專題。在無人貨物運輸船舶專題，CCS介紹了為滿足業界對無人貨物運輸船的開發需求，針對無人船操作場景及風險事件進行風險評估，采用目標型標準（GBS）方法編寫的無人貨物運輸船舶技術要求，包括無人貨物運輸船舶功能要求、實現功能的規定要求和檢驗試驗要求等。在無人水面艇專題，CCS介紹了為滿足國內外軍民融合無人艇的研發和應用需求，基于GBS理念編寫的《無人水面艇檢驗指南》。

2、大連海事大學無人船技術與系統聯合重點實驗室

2017年7月，由中國船舶工業集團公司、大連海事大學、中國船級社、交通運輸部水運科學研究院共建的無人船技術與系統聯合重點實驗室在大連海事大學正式揭牌成立。該實驗室將重點圍繞無人船舶設計建造及運營所涉及的共性技術、關鍵系統和工程裝備，以及相關法規和標準開展研究，加強無人船舶、智能船舶領域的深度合作。2018年4月27日，大船集團與大連海事大學簽署“無人船技術創新”戰略合作協議。圍繞無人船技術研究開展全方位、多領域的合作，力爭實現關鍵技術突破，推動我國無人駕駛船的技術進步及相關學科建設和該領域的人才培養。

3、中船集團綠色海豚項目首船交付

2017年12月4日，由中船集團旗下中船黃埔文沖船舶有限公司建造的中船Idolphin 38800噸智能散貨船“大智”輪正式交付使用。該船首次實現了智能船舶的實船自主研制并投入商業化運營，是中船集團智能船舶示范工程的創新產品，也是全球第一艘按照中國船級社（CCS）智能船舶規范建造并申請CCS智能船符號I-SHIP(N M E I)的船舶，第一艘申請英國勞氏船級社（LR）智能船符號CYBERSAFE、CYBER-PERFORM、CYBER-MAINTAIN的 船 舶。該船安裝了船舶運行與維護系統（SOMS）和智能航行系統，SOMS系統擁有智能航行、智能機艙、智能能效管理三套子系統。其中，智能航行系統預設了110余個智能數據分析模型，將多種航運線路的船舶狀況、海洋環境、衛星導航信息進行計算分析，給出省時、省油、舒適和低成本的綜合路線建議；智能機艙通過船舶健康管理系統，實時傳遞船舶設備健康狀況，可以在設備出現故障前預警，并告知排除解決的方法，比如系統分析出主機的一個噴油嘴該更換，就會提示工程師提前檢查更換，實現“近零故障”、無憂管理的運營目標；智能能效系統可以實時監控和分析評估船舶海上航行能源消耗、設備性能狀態，提供基于數據的能效分析結果，以及航線優化、最佳配載等能耗優化決策建議，以降低全船整體能源成本。該船成功面世，標志著智能船舶、智能航運時代的到來。

4、云洲智能不只有“筋斗云”

2017年，云洲智能與珠海市政府、中國船級社和武漢理工大學，共同啟動全球首艘投入商業運營的小型無人貨船“筋斗云”號項目，寓意“云”上航行，智能自主化運行。項目規劃為500噸級無人貨船，船身長度為50米，采用電力推進，續航能力可達500海里，預計將在2019年率先在全球范圍內實現商業運營。

圖4：云洲智能無人艇

圖5：珠海萬山無人船海上測試場

2017年12月，珠海云洲智能有限公司無人艇獲得CCS頒發首本的原則認可證書，成為第一艘獲得CCS原則認可的無人艇。

在2018年央視春晚的珠海分會場上，一艘7．5米長的“瞭望者”號海洋無人艇帶領著80艘1．6米長的小型無人船列隊通過港珠澳大橋。本次演出的現場環境屬于三級海況，既要滿足隊形變換，又要避免碰撞，難度和挑戰非常高。此次編隊航行，也是全球首次無人船大規模編隊航行。

5、無人船測試區

圖6：“藍谷”海上自主水面船測試區位置

2017年，云洲智能與珠海市政府、中國船級社、武漢理工大學，共同啟動珠海萬山無人船海上測試場建設項目，2018年11月30日正式啟用，中國船級社為其頒發測試場服務供應方認可證書。這是我國第一個經船級社認可的無人船海上測試基地。通過在規劃水域附近島礁上建設網絡、通訊、導航、 雷達、光電、自動系泊碼頭等測試場景系統工程和基礎設施，在規劃海域設計面向不同船型的多維度的測試和試驗場景，如自主避障、協同編隊、遠程駕駛、自主作業、警戒巡邏、通訊測試等，未來將成為我國無人船先進技術研發、標準規范研究制訂、產品技術檢測認證服務及應用示范的高新技術主要基地，無人船新技術、新產品、新業態、新模式展示發布和國內外交流合作的重要主要窗口。

2018年5月18日，中國智能航運發展研討會在青島藍谷舉行，由交通運輸部水運科學研究院和智慧航海（青島）科技有限公司共同建設的智能航運技術創新與綜合實驗基地在青島藍谷正式啟動。據了解，該基地啟動區位于青島市即墨鰲山灣畔的青島藍谷，規劃占地約750畝，基地啟動區一期投資約100億元，計劃于7月底進場開工建設，將建航運研發中心、運控中心、測試中心、人才培訓中心、學術交流中心。

6、智能航運論壇

2018年7月31日至8月1日，“新時代·大航海·強國夢—智能航運與未來”峰會在上海召開，來自全國交通系統主管部門、國內外知名港航企業、科研院所、相關行業協會組織等單位的300名代表齊聚一堂，圍繞智能航運的發展政策、技術規范、典型經驗、未來趨勢及發展思路等話題，展開了深入交流。此次峰會上，表明海上自主水面船的發展，引發了交通主管部門的深切關注，對國內有關海上自主水面船發展政策和法規的研究和制定，具有積極意義。

IMO在行動

作為主管全球航運安全的政府間合作組織，IMO關注的熱點反映出的是航運圈的熱點。2017年7月召開的IMO海安會（MSC）第98屆會議，考慮了挪威、丹麥、愛沙尼亞、芬蘭、日本、荷蘭、韓國、英國和美國提出的提案，將海上自主水面船（autonomous ships）列入IMO會議議程。IMO秘書長林基澤也在多個場合對“人、船、港”智能化管理表示期待和關注。

2018年5月，IMO海安會（MSC）第99屆會議正式宣布將研究并制定相關公約規范解決海上自主水面船（無人船/智能船/智慧船/智能船/自動船等叫法需等業內統一）安全、安保、環保等一系列問題。據IMO透露，作為正在進行中的工作，目前海安會已經簽署了一個監管范圍界定的框架性文件，包括對MASS和自動化程度的初步定義。在5月16日～25日召開的MSC99次會議上，MSC還成立了一個MASS通信協調小組，以監測在本次會議上達成的框架和方法的可行性，并向下一屆海安會會議報告。

雖然，截止筆者行文之日，在世界范圍內仍無一艘真正意義的海上自主水面船投入到商業運行中，但正如文章分析的那樣，航運界的新寵兒正在一步步的走向航運市場，并隨之帶來航運界的革命風暴。作為船舶主管機關，海事管理機構應該設立專門的海上自主船研究團隊，研究海上自主水面船時代國際公約、國內法律法規的修改情況。