船舶智能化將重塑行業生態邏輯
—— 訪中國工程院嚴新平院士

本刊記者 楊培舉

智能船舶是時下航運和造船界的最熱詞匯之一。船舶智能化將給古老的船舶行業帶來哪些變化？面對洶涌澎湃的智能化浪潮，造船界和航運界如何實現創新發展、高質量發展？武漢理工大學智能交通系統研究中心首席教授、國家水運安全工程技術研究中心主任嚴新平院士在接受本刊記者專訪時，給出了獨到的見解。

· 岸基船舶遠程操控人員將成為船員從事的新型職業模式。

· 編隊航行的自主式水路運輸系統將成為船舶的新型航行模式。

· 數字航運將成為積極發展的新型航運企業業態。

記者：近年來，船舶智能化技術是當下業界普遍關注的熱點問題，您認為，船舶智能化技術發展的趨勢是什么？實現船舶智能化的核心技術有哪些？

嚴新平院士：船舶智能化技術發展的總體趨勢是船舶技術與現代信息技術和新一代人工智能技術進一步深度融合，通過智能化的設備、技術、方法減少當前航運體系中、船舶航行過程中、設備維護中的人員負擔和人因干擾，實現船舶安全、綠色、高效、經濟的發展目標。船舶智能化技術發展的趨勢表現在以下幾個方面：一是從智能化技術的功能實現上，按照感知增強、遠程駕控、半自主航行、自主航行的趨勢發展。二是在船舶智能化程度劃分上，根據2019年9月IMO海上自主水面船舶（MASS）工作組的研究，船舶智能化程度按照4級劃分，其中：1級–船舶擁有自動化處理及決策支持功能；2級–海員在船但可實現遠程遙控；3級–實現遠程遙控但海員不在船；4級–完全自主船舶。三是在船舶智能化實現的船舶類型上，其趨勢應該按照內河船舶、沿海船舶、遠洋船舶的次序來實現。總體而言，實現船舶智能化，應該經歷自動化、數字化、網絡化、智能化的過程。

實現船舶智能化的核心技術包括人工智能、大數據、動態演算、虛實融合、人機共融、先進感知、高性能計算、網絡安全等多學科、多專業技術，以實現智能船舶環境感知、態勢認知、行為判斷、避碰決策、智能控制、能效管理、遠程運維、船岸協同、空天通信、數據融合等方面的功能。最重要的是要研發具有類腦功能的“航行腦”系統，這是一套服務于船舶智能航行的人工智能系統，它由感知、認知、決策執行等三個功能空間組成。其中，“感知空間”獲取船舶在航環境和自身狀態信息；“認知空間”根據感知的信息抽象出航行態勢、實現自身狀態辨識，最終基于人工駕駛記錄與機器學習建立智能船舶駕駛行為譜；“決策執行空間”利用“感知空間”的反饋信息，修正“認知空間”的態勢認知，在駕駛行為譜的支持下，實現對智能船舶的魯棒控制。

記者：船舶從智能化到自主化將經歷什么樣的發展軌跡？船舶智能化技術將如何重塑行業生態？

嚴新平院士：自主化是智能化的最終形態，必將通過一個漫長的技術發展和產業成熟的過程。智能化發生在當下，自主化著眼于未來。智能化將從單個設備、單項功能的改善、突破、替代興起，朝著全船、全系統、全生態的智能化發展。以智能技術輔助人員、提升能力，從人機共融、人機共生入手，減少人為誤操作、提升駕駛安全，提供全航程支持、全周期規劃和全周期維護，將重復的、單一的航運活動和操作交給智能系統，減輕人的勞動強度、解放人的創造力。船舶智能化技術將重塑全行業生態，從設計、制造、檢驗、保險、運營、保養、維護、回收等全周期提升航運業的智能化水平。隨著船舶智能化技術發展，岸基船舶遠程操控人員將成為船員從事的新型職業模式；編隊航行的自主式水路運輸系統將成為船舶的新型航行模式；數字航運將成為積極發展的新型航運企業業態。

記者：智能化作為一項新興技術，其在船舶領域的應用方興未艾。您認為當前制約船舶智能化技術發展的技術瓶頸有哪些？

嚴新平院士：造船業與航運業屬于典型的重工業、重資產行業，相對封閉、保守，對安全性、可靠性、經濟性要求高。船舶智能化技術是一項世界各國都在探索的高新技術，是全球范圍內智能汽車、智能飛機等運載工具智能化發展的一個方面，其發展過程不會一帆風順。我認為當前制約船舶智能化技術發展的技術瓶頸在以下幾個方面：一是在智能船舶發展初期勢必經歷高風險、低效率、高成本、低收益等發展的陣痛期，短期內難以攻克所有技術瓶頸，真正大規模的工業應用還需要時間積累；二是人工智能技術本身還有不少難題需要攻克，所研發的“航行腦系統”達到替代船員的水平，需要大樣本數據、高質量知識、長時間訓練，現行深度學習等人工智能算法的適用性，還有待驗證；三是船舶智能化的目的之一是使船舶更安全，因此船舶搭載的智能化系統必須經歷數值模擬實驗、模型實驗、場景實驗和實際航行環境實驗等充分驗證，才能真正投入商用；四是與船舶智能化應用的配套標準、法規等的建設，以及船舶智能化的社會適應性，也是制約船舶智能化發展的瓶頸。

記者：我們應如何應對？

嚴新平院士：針對上述瓶頸，我覺得主要應從三個方面予以應對：首先，船舶是多設備、多系統、多功能耦合的復雜集合體，涉及到的軟件、硬件、數據、標準橫跨多個行業和領域，因此，要實現全船的智能化、自主化，必須打破過去系統之間的技術壁壘和通信屏障，必須解決傳統上各自為政、各成體系的局面；其次，從微觀技術層面上講，需要融合傳統船舶設計、性能分析、運動控制、感知傳感等經驗，結合人工智能、區塊鏈、5G等新興技術，借鑒其他智能運載工具發展的經驗，針對船舶這一特殊的對象有針對性地融合傳統技術并吸納新興事物，實現船舶智能化技術的創新模式和跨越發展；另外，積極培育智能船舶的創新人才也是應對智能船舶發展的當務之急，大力培育面向現代船舶工業和水運行業發展、轉型、升級和提質增效急需和緊缺的科技人才隊伍，全面加強智能船舶總體設計、感知決策、運動控制、協同優化、船岸通訊、遠程運維、先進推進、動力總成等重點領域和特種專業急需人才的培養。

記者：新技術的應用通常伴生諸多潛在的風險。那么，未來船舶智能化技術的應用將面臨哪些風險？如何規避或解決這些風險？

嚴新平院士：船舶智能化技術的應用所伴生的潛在風險，包括人工智能技術本身還有許多沒有攻克的難題；船舶的智能化系統可靠性問題；支撐船舶智能化的環境建設，例如通信鏈路的穩定可靠、網絡安全等問題；船舶航行環境尚未遇到過的惡劣天氣和水文環境等等，船舶智能化系統無法應對；岸基操控船舶人員的風險問題等等。應對這些潛在風險，將需要逐步通過經驗的積累、系統的完善、技術升級等方面來實現。船舶智能化技術的應用初期將經歷一個階段的風險期，最終通過更新、迭代與矯正將風險水平降低至人工操作無法企及的程度。

記者：我國在推進船舶智能化過程中還應關注哪些問題？

嚴新平院士：近年來我國在船舶智能化發展方面，得益于工信部、交通運輸部等部委先后出臺了“智能船舶行動計劃”“智能航運發展指導意見”等文件，制定了明確的發展路徑，提出了有效的政策保障。我國在內河和遠洋船舶的航行感知、態勢認知、自主避碰等技術領域內都開始了積極的探索，積累了一定的技術經驗，但在總體技術路線論證、關鍵技術攻關、標準規范法規建設、產品功能可靠驗證等方面還有需要不斷發展的問題。只有堅持拓展理論與實踐相互結合、技術與標準協同進步、傳統與創新技術共融的發展策略，才能促使我國在船舶智能化方面高效、穩健、快速的發展。

記者：中國船級社作為第三方檢驗機構一直關注智能船舶的發展，并制定了相關的規范標準助力我國船舶智能化的技術進步。您認為中國船級社及規范標準在促進我國船舶智能化發展過程中處于什么樣的角色？應該發揮什么樣的作用？

嚴新平院士：中國船級社在船艇智能化、綠色化方面開展了大量有效的工作，率先發布了《智能船舶規范（2015）》《綠色船舶規范（2016）》《自主貨物運輸船舶指南（2018）》等技術規范，有力促進了智能船舶相關技術的有序化、規范化發展，引領了船舶工業的技術變革，對于推動我國和國際上的智能船舶發展做出了積極努力，發揮了重要的引領作用。今后應大力促進我國政府、產業、研究院所和高等院校加強合作，進一步細化相關政策、法規、標準，促進智能船舶行業的協同創新，加快中國標準的國際化進程，提升我國在船舶智能化、綠色化發展的國際話語權，在實現我國海洋強國、交通強國的戰略中發揮更大的作用。