自主船舶技術(shù)要求與風(fēng)險研究

尉子璇,鮑君忠,鄧志鵬

（1．浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；2．大連海事大學(xué)航海學(xué)院，遼寧大連 116026）

近年來，海上水面船舶自主化發(fā)展趨勢受到相關(guān)國際組織的關(guān)注。國內(nèi)外對船舶自主化的技術(shù)研究內(nèi)容涉及自主規(guī)劃、自主航行、自主環(huán)境感知能力等多方面。船舶自主化是國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）以及其他非政府組織重要關(guān)注的發(fā)展方向，IMO 于2017年決定在2018～2019雙年工作計劃中增加關(guān)于“海上自主水面船舶(Maritime Autonomous Surface Ships,MASS)的法規(guī)梳理”的工作任務(wù)和相關(guān)議程，并制定相關(guān)公約規(guī)范以解決海上水面自主航行船舶的安全、安保、環(huán)保等一系列問題。與此同時規(guī)范方面的研究也在跟進，中國船級社、英國勞氏船級社、DNV-GL 船級社，日本船級社，美國船級社等國際主要船級社也先后發(fā)布了無人船的相關(guān)規(guī)范指南。然而目前MASS 船仍處于概念研究與試航階段，其定義與分級標準多樣化，測試與驗證體系也不完善，相關(guān)國際海事公約法規(guī)尚未完整建立。

1 MASS 定義與分級

1.1 定義

針對MASS（智能船舶Smart ship/ 智能互聯(lián)船舶the connected ship/ 無人船 unmanned merchant vessels）的定義，業(yè)界仍尚未統(tǒng)一。2017年丹麥在向IMO 提交的報告中給出的MASS 定義為“能夠通過自動化程序或系統(tǒng)提供決策支持，進而取代部分或全部船員的操控及駕駛船舶工作，并能實現(xiàn)對船舶的遠程遙控。”。挪威船級社則將智能互聯(lián)船舶（the connected ship）定義為：“通過傳感器技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合船岸無縫連接以及決策支持工具，將創(chuàng)建一個以數(shù)據(jù)為中心、響應(yīng)迅速的全球船舶運輸集成網(wǎng)絡(luò)。隨著傳感器和通信技術(shù)的發(fā)展，遠程操作甚至無人駕駛船舶將成為現(xiàn)實，更多的船上進行的活動轉(zhuǎn)移到岸基中心”。中國船級社給出的智能船舶（smart ship）的定義是：利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護保養(yǎng)、貨物運輸?shù)确矫鎸崿F(xiàn)智能化運行的船舶。IMO 和英國政府將其定義為海上水面自主船舶（MASS），其中IMO 認為MASS“系指在不同程度上可以獨立于人員干預(yù)運行的船舶”，英國政府將 MASS 定義為：“符合本守則界定的自主控制等級，能夠無須人員在船而能自主運行的水面航行船舶”。

目前，針對海上水面自主船舶（無人船舶/自動船舶/海事自主水面船舶/智能船舶等）的叫法業(yè)內(nèi)尚未統(tǒng)一。本文認為不建議使用“無人船”，“自主船”的概念更妥當。自主系統(tǒng)可以根據(jù)具體情況而改變自主等級，所以“自主船”可以將無人駕駛船舶、定期駕駛臺無人值班船舶、有人值班船舶均包含在內(nèi)。比較各個定義之后，認為IMO 所給出的更為妥當。

1.2 MASS 的分級和分類標準

各個國家組織從不同角度層面對船舶自主化程度進行了分級，下表則對其作出了比較，研究各個規(guī)范的特點及優(yōu)缺。

由以上的MASS 分級可看出，有人駕駛需時要較多海員，海員負責(zé)監(jiān)控、授權(quán)系統(tǒng)執(zhí)行命令時會導(dǎo)致配員一定程度減少，完全自主時則無需配員或僅需幾個海員進行岸基監(jiān)控。MASS 的分級導(dǎo)致船舶的配員均有所變化，兩者密不可分。

表1 船舶自主化分級及各自特點

2 MASS 技術(shù)發(fā)展研究

2.1 技術(shù)要求研制

MASS 的技術(shù)規(guī)范是研究時不可忽視的部分，由于各國研究的內(nèi)容和方向不盡相同，沒有形成一個技術(shù)規(guī)范的完整體系。本文根據(jù)SOLAS 公約，DNV 船級社的MASS 入級指南，中國船級社的《智能船舶規(guī)范》和挪威和波羅的海國際航運公會向IMO 提交的文件中所涉及的MASS 技術(shù)規(guī)范要求，對MASS 的主要的技術(shù)規(guī)范要求進行總結(jié)梳理并列出下述技術(shù)要求規(guī)范框架圖，如圖1所示。框架圖主要包括船舶設(shè)施要求，安全操作要求，狀態(tài)監(jiān)測要求和運行試航等要求，同時向下對其進行了細分，并且列出了對這些技術(shù)要求規(guī)范所涵蓋的具體內(nèi)容，例如探測要求所包含的水平視野，垂直視野，盲區(qū)視野等。

圖1 MASS 的技術(shù)要求規(guī)范框架

2.2 MASS 技術(shù)風(fēng)險研究

隨著無人船技術(shù)研發(fā)的開展，風(fēng)險管理也成為業(yè)界關(guān)注的一個問題。目前無人船正處于研發(fā)和試航階段，IMO 為確保MASS 相關(guān)系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境的安全性，出臺了試航導(dǎo)則，要求對試航時出現(xiàn)的風(fēng)險進行評估，并實施相應(yīng)控制措施將風(fēng)險降到可接受范圍內(nèi)。

IMO 要求MASS 試航的安全性應(yīng)至少等同于傳統(tǒng)船舶，并強調(diào)了風(fēng)險分析和控制在試航安全中的重要性，將風(fēng)險管理和網(wǎng)絡(luò)安全列入試航導(dǎo)則的目標中。綜合多個關(guān)于無人船的規(guī)范要求后發(fā)現(xiàn)，對無人船進行風(fēng)險評估的流程一般涉及船舶事故狀態(tài)劃分，事故危害識別，風(fēng)險等級界定與分析，控制措施實施四個方面。

中國船級社（CCS）在召開的87K 目標散貨無人船風(fēng)險評估及系統(tǒng)功能識別會議中，對無人散貨運輸船舶進行了風(fēng)險評估。評估基于現(xiàn)有公約的同等安全水平、現(xiàn)有技術(shù)和專業(yè)操作方法，以頭腦風(fēng)暴為主要方式，先后邀請60 余名專家，識別了無人散貨運輸船舶從泊位到泊位的所有環(huán)節(jié)中危及海上安全和環(huán)保的風(fēng)險，分析了每個風(fēng)險產(chǎn)生的原因、后果，并充分對比有人散貨船的現(xiàn)有安全措施，從感知、通信、決策和操作四個方面提出無人船散貨船的控制風(fēng)險的功能措施。在無人船風(fēng)險預(yù)測與分析方面，Wróbel 使用海事事故的人因分析和分類系統(tǒng)法（Human Factor Analysis and Classification System of Maritime Accidents ,HFACSMA），對100 起傳統(tǒng)船舶海上事故進行定性分析，進而引入假設(shè)分析技術(shù)（What-If Analysis Technique），用以評估無人船的引入對事故的發(fā)生率及其后果的影響。Zhang 等人基于貝葉斯理論，使用利用算法對區(qū)間概率進行推斷再區(qū)間概率轉(zhuǎn)換為點概率，驗證了無人船風(fēng)險模型中存在的不確定性，討論了風(fēng)險評估中的不確定性影響決策步驟和潛在風(fēng)險控制選項排序的過程。

3 總結(jié)

無人船風(fēng)險評估的研究多基于FSA 所提出的風(fēng)險分析流程，且多處于定性分析階段，少數(shù)船級社對無人船在航行，進出港，靠離泊等過程進行了危害識別與風(fēng)險分析，使用的方法有頭腦風(fēng)暴法，風(fēng)險矩陣法和專家評價法等。但規(guī)范指南所給計算風(fēng)險值的方法，多使用精確數(shù)字，不能體現(xiàn)出風(fēng)險因素內(nèi)在的模糊性和人類判斷力的偏好度和猶豫性，使研究難以獲得比較準確的評估值，風(fēng)險分析數(shù)學(xué)模型仍有進一步改進的空間。

MASS 的發(fā)展注定是一個艱難而漫長的過程，需要經(jīng)過長期的試驗。相應(yīng)的規(guī)范也需要根據(jù)技術(shù)的進步隨之更新，以確保MASS 航行時可以規(guī)避風(fēng)險和污染等等。規(guī)范的制定與研究不但可以一定程度上推動我國MASS技術(shù)發(fā)展，還可以提升我國在MASS 國際規(guī)范制定中的參與力度。