淺談智能船舶測試場建設存在的問題及建議

潘夢瑤　李靜茹　端木玉

摘? ? 要：當前全球智能化船舶加速發展，為滿足其航行測試的需要，挪威、芬蘭、中國等紛紛開始建設智能船舶封閉測試場并逐步投入使用。本文圍繞測試場建設、基礎設施、測試能力、服務配套等方面存在的主要問題，提出了加強智能船舶測試場合作與規劃、加快制定相關測試標準、互相認同測試結果、創立交流平臺等方面的建議和措施。

關鍵詞：智能船舶;封閉測試場;現狀;數據共享

中圖分類號：U664.82 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Problems and Suggestions to Construction of Intelligent Ship? Test Site

PAN Mengyao， LI Jingru， DUAN Muyu

（ Guangzhou Maritime University， Guangzhou 510725 ）

Abstract： Due to the vigorous development of intelligent ships in the world， Norway， Finland and other countries have begun to build closed test sites for intelligent ships and gradually put them into use in order to meet the needs of their test sailing. This paper focuses on the aspects of test site construction， infrastructure， test capability and service supporting.Suggestions are put forward， such as strengthening the cooperation and planning of intelligent ship test sites， speeding up the formulation of relevant test standards， mutually recognizing test result， establishing exchange platforms.

Key words： Intelligent ship; Closed test site;Status; Data sharing

1? ? ?前言

智能船舶技術發展繼2011年韓國造船企業率先開啟研發浪潮后，國內外許多船舶企業也緊隨其后[1-2]。目前挪威自主船測試區、芬蘭冰區船模試驗實驗室、中國珠海萬山無人船海上測試場等是較為完善的測試場。

在《智能船舶發展行動計劃專題研討會》上，與會專家一致認為未來船舶的發展趨勢是智能化[3]。這給船舶制造業帶來新的機遇和挑戰，促進船舶工業供給側結構變革和新舊動能轉換[4-7]。目前，我國智能船舶測試示范區及其測試規范已大致成型，隨著相關部門出臺的一些有關智能船舶的測試管理及實施細則[8-9]，我國智能船舶測試場的建設將愈加完善。

為了解測試場的場地建設、配套設施、測試水平、服務配套等情況，探求其未來發展趨勢，本文通過資料收集和實地考察調研，幫助智能船舶企業深入了解國內外各大型智能船舶測試場的現狀，分析目前智能船舶測試場遇到的各種挑戰，為他們提供對于測試場的改進措施以及未來測試場的規劃方向。

2? ? 智能船舶封閉測試場現狀

2008年國際金融危機爆發，給船舶工業帶來了嚴重影響，加快智能化已是全球船舶工業轉型的必然選擇。目前全球智能船舶仍處于探索和發展的初級階段，智能船舶從有人駕駛到無人駕駛的轉變，必須依靠新型的智能系統進行合理可靠的性能驗證和評估，因此了解全球范圍內智能船舶封閉測試場的現狀需要得到重視。

2.1? ?國外測試場

2.1.1? 挪威Trondheimsfjorden試驗場

2016年底，位于挪威西部的挪威特隆赫姆峽灣正式開放。挪威Trondheimsfjorden試驗場是第一個由官方認證的海上機器人測試地點。該測試點項目的發起和建設是挪威大學自主海洋運行科技中心和挪威政府共同完成，特隆赫姆港的一部分屬于該測試場，測試內容包括從導航和防撞系統到風險管理和運行安全的所有項目。

2.1.2? 芬蘭冰區船模試驗實驗室

芬蘭Aker Arctic公司旗下的冰區船模試驗實驗室，地處芬蘭西部海岸埃烏拉約基市，是全球第一個面向智能船舶航運測試的區域。其主要用于破冰船的測試，同時也可用于智能船舶在惡劣環境下的相關開發技術測試等。

2.1.3? 比利時智能航行測試區

2018年5月18日起，位于比利時北部的比利時智能航行測試區開放，主要應用于內河智能船舶的測試，公眾可遵循規定在測試區域范圍內開展測試。為確保測試區域的有效管理，萊茵河航行管委會專門制定了有關智能船舶的六個等級。

2.1.4? 美國蒙特雷灣海上試驗場

美國蒙特雷灣海上試驗場位于美國西部加利福尼亞州的太平洋沿岸，多用于海洋裝備的試驗、海洋科學觀測和試驗等。已有許多研究機構和高校在這里開展了海洋科學觀測、研究和新裝備實驗，如蒙特雷加速研究系統（MARS）、陸地/海洋生物地球化學觀測（LOBO）、海洋多學科獲取系統（OASIS）等。

2.2? ?國內測試場

2.2.1? 珠海萬山無人船海上測試場

2018年11月，位于珠海萬山群島海域的亞洲第一個無人船海上測試場正式運行。該測試場雖然是以無人船艇為測試、管理的核心，但它不僅可以用于無人船艇、自主船舶的測試，還可以對各類海洋裝備、儀器進行測試，所以實質上是一個綜合性的海上測試場。

2.2.2? 日照無人艇測試場

日照無人艇測試場位于山東日照，建立了各種高效實用的模塊，用于測試和評估各類水面、水下無人艇系統樣機的功能，如岸基指揮站、數據反演及態勢研判終端系統等。為了解決無人艇本身的總體設計和在真實海面精確自主動態捕捉、識別、感應等人工智能算法等問題，該測試場通過對無人艇噸位及功能的分類，劃定不同的要求，對無人艇的自主感應、避障、識別、跟蹤等功能進行測試。

2.2.3? 湛江灣實驗室智能船舶海上試驗場

2018年11月，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江）授牌，其研發基地位于海東新區龍王灣片區，其中規劃建設8 250畝的深遠海智能海洋裝備海上試驗示范基地和岸基保障基地。湛江灣實驗室的海上試驗場，采取以水面及水下智能船、深遠海裝設備等為試驗目標，進行智能技術、系統、功能等測試、審核及評估。此外，試驗場還開展對水下探測、大型浮式平臺等方向的研究，并開展基礎測試理論、海洋試驗驗證等技術的研究。

2.3? ?實地考察調研

珠海云洲智能科技有限公司，是我國民用無人船研發和供應商，其在無人艇方面不斷創新，并建設了香山海洋科技港，擁有無人船的完全自主知識產權。我們實地考察珠海云洲智能科技有限公司，與其工程師一起分析目前智能船舶測試場遇到的各種挑戰，探討測試場的改進以及未來的規劃方向。該測試場從啟動建設到正式啟用不到一年，卻已參與了一些重要且大規模的測試任務。

對于自主船舶，其測試環境和配套的測試設施尤為重要。無人船的技術測試實驗只有在高質量高標準的海上測試場中才能盡可能地創建真實的實際場景數據，高效推動海洋科技產業的發展。

3? ? ?智能船舶測試場存在問題

現階段智能船舶測試場在測試標準和程序、場景規定和統一、數據管理和分享、運營成本等方面仍處于摸索階段，對存在的具體問題需得到高度重視。

3.1? ?場景模擬規范不統一，測試場與實際環境差異大

截至2020年11月底，挪威、芬蘭、中國均開放了部分智能船舶測試場。由于地域、地區、環境的不同，各智能船舶封閉測試場的場景建設受到限制，且因為測試區的運營主體和測試場規模存在差異，導致在技術人員配備、數據平臺搭建能力等方面也存在差別，若同樣的智能船舶在差異較大的測試場分別進行測試，可能會導致測試數據出現或較嚴重的偏差，從而給實際海況中的智能船舶帶來事故隱患。

3.2? ?測試規范不一致，信息互通性差

2018年5月，結合國際海事組織（IMO）海上安全委員會（MSC）的討論結果，中國船級社頒布了《自主貨物運輸船舶指南》[10]。該指南采用了基于目標的新船結構標準方法，并且按照《國際防止船舶造成污染公約》、《國際海上人命安全公約》等要求的總體安全原則，提出了關于測試智能船舶的船體構造與安全系統、場景感知系統等的具體措施和要求。但該《指南》在統一測試場景的作用有限，不同國家會根據本國的交通規則、地理位置及氣候天氣等條件，創建符合當地實際情況的測試場景，并制定相應的測試規程施行細則。這使得各個國家及地區的智能船舶測試場在測試章程、信息管理等方面沒有統一的標準，導致全球智能船舶測試的信息得不到準確的分享，使研究人員缺乏對全球智能船舶測試環境的宏觀把握。

3.3? ?數據難共享，無法得到充分利用

3.3.1? 數據收集困難，數據管理缺失

智能船舶主體運營企業一般會對船舶各種性能數據保密，并限制測試場經營方收集有關數據。例如：船舶所在海域的水文氣象及船舶狀態、航線等場景信息，即便是拿到了申請檢驗證書所需的船只數據也很難達成數據互聯互通。

3.3.2? 測試數據存儲與傳輸問題

智能船舶與岸基的數據需要實時交互，但由于通信設備能力限制，現在還做不到將測試過程中獲得的數值、圖像及音視頻等數據信息全部傳輸回岸端。由于自主船舶的航行時間長、數據總量大，檢索與存儲難度也更大，需要存儲在符合大量復雜數據安全管理標準的數據中心，這就對船舶數據存儲中心提出了穩定性、可擴展性、安全性等要求。

3.3.3? 數據收集缺乏規范和后期處理

各測試場平臺相互獨立，沒有建立統一的數據管理平臺標準，測試采集格式和規范等也未統一，因此數據采集、存儲、傳輸、匯總、加工處理等難度大，敏感數據的界定標準以及數據脫敏后的二次開發應用仍需繼續研究[11]。

3.4? ? 存在安全隱患，監管有待加強

3.4.1? 安全保障能力不足

在水域測試過程中，會出現無關船舶干擾、通信電磁干擾等因素，導致船舶航行軌跡異常或失控。這是因為船舶本身的抗干擾能力有待提升、設備保護措施不夠完善，需要測試場主體具有足夠的安全保障能力。因為測試水域的開放性，不能單靠測試場經營方來實現上面的安全保障要求，需要國家海洋局、海事局等海洋監管部門予以支持，協同管控開放水域以減少測試工作風險，設立推動海洋科技創新的管理機制。

3.4.2? 網絡安全隱患

互聯網的匿名性使得新型海盜襲擊行為更隱蔽、風險更低，為黑客攻擊智能船舶網絡系統提供了便利。攻擊連接互聯網的智能船舶，可從任意一個連接互聯網的地點發起，加劇船舶遭遇網絡襲擊的隱患[12]。

目前船上應用的各種計算機，主要是將數據作為信息使用，可能遭遇的網絡安全風險為：信息被竊取、數據被篡改或破壞以及被敲詐勒索等;而船與岸基之間、岸基與數據中心之間的信息傳輸，有可能遇到高頻信號干擾，甚至黑客可通過偽造的數據信號來誘騙甚至劫持船舶，造成擱淺、污染環境等嚴重安全事故，如果應對不當甚至會造成船舶滅失、人員傷亡。

3.4.3? 建設運營成本高

智能船舶還沒有進入大眾消費級市場，目前只是針對智能船舶性能需求定制化、小批量開發生產，短期內無法擴大市場規模。建設測試場需要場地資源的投入、配備相關設備以及長期維護的投資成本[13]，投資回報時間長，這些都是推動測試場建設發展需要解決的問題。

4? ? ?測試場建設及協同發展的建議

4.1? ?規范數據收集處理，探索數據平臺建設

開展測試場的評價工作，對封閉測試場地進行資質認證;鼓勵測試場間測試結果共享互認，對外公布各測試主體的測試數據，加強溝通和協調;制定并發布測試評價，測試場地建設和測試數據等不同層級的標準規范;支持測試船舶所屬企業提交其它省市的測試場測試報告，申請檢驗證書等測試互認工作;加強測試場數據平臺建設，探索測試場間的數據共享機制，以及數據脫敏后的二次開發利用。

4.2? 建立各測試場間的交流機制

充分利用5G技術發展、海上絲綢之路、北斗導航完成組網等歷史發展機遇，著力推進大規模的國際間智能船舶測試示范交流，簽訂測試場示范合作框架協議，建立行之有效的數據共享開放規則以及資源共享機制;豐富開放水域場景，開展典型的特定測試場景示范;探索測試場景的差異化，支持市場化商業運作，推動測試場的可持續發展[11]。

4.3? ?構建網絡安全響應體系結構

增強智能船舶網絡安全系統架構，布設多架構冗余系統，降低網絡安全風險;構建網絡風險管理體系，包括應急策略、檢測方法、防護手段、指導性文件等;加強各個層次和部門的網絡風險應對意識，明確管理的等級和防控舉措，實現船舶網絡風險的可控;建立船舶網絡安全監測程序，建立不間斷的監控過程，隨時監控各系統運行狀態，確保能夠準確識別船舶內部和外部面臨的網絡安全威脅，特別是船舶遭遇網絡威脅時的應急反應程序，指導各層級管理人員和船員進行應急處理，及時發現原因并迅速消除影響。

4.4? 探索可持續商業模式

與海洋平臺合作，測試檢驗依托于太陽能、波浪能、鹽差能等新能源充電場景;與金融保險公司合作，依托于智能網聯技術的保險等場景;與安全產業合作，有船舶安全、信息安全等場景;與人工智能產業合作，有智能船舶的物流、出租、自動接駁等場景。

測試場應了解測試主體客戶真正需求及需求量的大小，探索開放水域測試，半開放水域測試以及封閉水域測試的不同服務形式，避免利用率低的資源浪費;以測試場為橋梁，多方面擴展測試平臺服務、科普文創等周邊產業;創新服務方式，拓展測試檢驗服務外延，提升競爭力;用補助補貼、設備租賃優惠、專項基金支持、政府招標采購等方式，積極調動多方面經濟支持要素投入測試場商業市場;測試場所在地方政府在海域租用、稅收、信貸等方面給出政策扶持，幫助測試場商業規模化。

參考文獻

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