智能與無人駕駛船舶的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

沈飛?錢立勝

摘 要：分析闡述了智能與無人駕駛船舶的發(fā)展現(xiàn)狀、需要突破的關鍵技術和問題、未來發(fā)展趨勢，供廣大航海人員參考。

關鍵詞：智能與無人駕駛船舶；需要突破的關鍵技術和問題；目標識別探測和信息感知；控制技術

0 引 言

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展，第四次工業(yè)革命已經(jīng)到達了一個全新的階段，而一場全面的智能化革命則已萌芽，智能化汽車、飛行器、火箭以及其他交通運輸設備都將陸續(xù)投入使用。隨著科技的不斷發(fā)展，無人駕駛船舶逐漸成為航運業(yè)的新趨勢。無人駕駛船舶具有許多優(yōu)點，例如提高效率、降低成本、增強安全性等，因此備受關注。隨著未來科學的進步，我們可以預見無人駕駛船舶將會成為可能。然而，目前，世界各地的海上安全法律法規(guī)仍未明確，比如禁止使用未知的無人船、安排相關的保險措施、ACK可能的事故原因等。據(jù)專家估算，第一艘真正的無人駕駛船只有望出現(xiàn)，它的規(guī)模最初僅有500 t，但隨著技術的不斷發(fā)展，這種自主控制的無人遠洋貨船也有望在10～15年內普及。

一般而言，無人船的發(fā)展歷程可以概括為“采集感知”“輔助決策”“遠程控制”和“全自動無人駕駛”4個階段，它們分別是互聯(lián)互通、系統(tǒng)整合、船岸一體和自主運行。

1 全自動無人駕駛的現(xiàn)狀

盡管目前無人船仍處于探索和發(fā)展的初級階段，但是我們已經(jīng)取得了一些進展，比如：建立了無人船標準體系、測試與驗證體系，開發(fā)出了智能感知等核心技術，并且在自動駕駛技術的產業(yè)化應用上取得了長足的進步，使得無人駕駛船舶可以實現(xiàn)全面商業(yè)運營。

無論是美國、中國，歐盟、日本、韓國等國家和地區(qū)，還是瑞典奇異布朗-博韋里公司（ABB）、芬蘭瓦錫蘭公司、挪威康士伯集團公司等國際著名船舶和航運相關企業(yè)，都將無人船研制作為當前及未來的研發(fā)重點，加快在該領域的布局，力圖搶占技術制高點。過去兩年，歐盟為“海上智能航行”《航行安全》計劃提供480萬美元的支持，旨在檢測和評估無人駕駛航行器的實際應用能力。此外，美國的軍事無人機系統(tǒng)也取得了長足的進步，經(jīng)過改進和升級，它們的功能和效率都能夠滿足商業(yè)應用的需求。

隨著科技的不斷發(fā)展，我國正努力推動智慧和無人駕駛技術的發(fā)展，以便搶占未來的航海技術革命制高點。2008年，航天科工集團推出了“天象一號”無人駕駛海洋探測船，它不僅為北京奧運會的青島奧帆賽提供了有效的氣象保護，而且還首次實現(xiàn)了全球范圍的無人船技術。“天象一號”無人艦擁有6.5 m的全尺寸，采用先進的CF結構，并融合了最新的科學技術，如自動駕駛、自動導航、遙感定位、數(shù)據(jù)分析和存儲。它的問世標志著中國海上自動化的重大突破，將會給未來的自動化航行帶來更加安全可靠的保障。

2 需要突破的關鍵技術和問題

總的來講，無人駕駛船舶需要突破以下幾個關鍵技術和特殊問題。

2.1 智能和控制技術

2.1.1智能是無人駕駛船舶的核心技術，它可以幫助船只自動識別、探測周圍的環(huán)境目標，并且可以實現(xiàn)自動避免碰撞，還可以實現(xiàn)對航線的自動規(guī)劃。在當前技術水準下，船舶自主避碰、航線自主規(guī)劃已不是難事，智能關鍵的突破點是環(huán)境目標識別探測和信息感知技術。

未來無人船舶感知技術主要采用激光雷達、毫米波雷達和車規(guī)級攝像頭、紅外傳感器等新裝備，全面感知水域情況，保障船只安全運行和感知避障能力，實現(xiàn)水域環(huán)境感知可視化。通過將AIS、雷達以及電子海圖等多種信息進行整合，使得船只可以獲得更加完善的感知能力，從而實現(xiàn)動力系統(tǒng)的實時監(jiān)控，并且可以實現(xiàn)360°的全方位的視覺檢測，從而確保船只的安全性，如圖1、圖2所示。

2.1.2控制技術主要包括船舶指令控制、狀態(tài)監(jiān)控與故障分析、遠程故障排除技術。對于無人駕駛船舶來說，控制技術也是核心技術之一。未來，無人駕駛商船可以實現(xiàn)遠程控制，從而大大提高了船舶的運行效率。如圖3所示，這種技術的關鍵在于，它能夠快速響應并執(zhí)行指令，從而保證船只的安全和順利航行。

到那時，船舶將不再需要船員或減少對船員的使用，配置將得以大大簡化。盡管《海事規(guī)則》關于“船長”項提供了一個明確的指導，但是即使是最先進的技術，也依舊存在著對海事活動的嚴格把關；即使是最小的船舶，也會被大型的海盜船或者其他惡劣天氣條件下的海盜所威脅。當船舶穿越狹窄的航線，無論是接近海邊，還是進出碼頭，都必須得到船長的高度重視。

船舶海上航行可將操控船舶的工作轉移到岸上，那靠離碼頭怎么辦呢？由于船舶比較大，初始階段實現(xiàn)自動泊船還是有一定困難的。可以通過引水員使用無人機助航系統(tǒng)，實現(xiàn)控制技術在船舶引航領域的有效應用，滿足船舶引航的控制要求，如圖4所示。使用無人機助航系統(tǒng)后，船舶引航突破了原來單一的船舶控制模式，發(fā)展成為全方位立體的船舶引航技術體系，拓寬了船舶導航思路。

隨著科技的發(fā)展，無人駕駛船只可以在船上安全地停泊，磁力式自動系泊技術和真空式自動系泊技術已經(jīng)成為解決靠離碼頭帶纜問題的2種重要方法。荷蘭的Mampaey海洋工業(yè)公司已研制成功的集成牽引、系泊和靠泊系統(tǒng)如（圖5所示），能為任何特定的綜合停泊（停靠）和停泊要求提供保障。

控制技術中，狀態(tài)監(jiān)控與故障分析、遠程故障排除技術也很重要。未來無人船舶安裝在船上的傳感器通過網(wǎng)絡將提供更多的實時數(shù)據(jù)，監(jiān)控范圍覆蓋船舶操控智能系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、主船舶主機、發(fā)電機、增壓器、調速器分油機和燃料過濾裝置，等等。通過收集和分析這些信息，我們可以實時監(jiān)控和控制船舶的機電系統(tǒng)，從而確保它們能夠正常、有效地運行。如果關鍵部件出現(xiàn)故障，我們可以立即聯(lián)系港口進行維修，或者派遣專業(yè)人員前往船只進行維修。此外，為了保證無人船舶的安全，我們還可以采用雙模塊備份的方式，當某一模塊出現(xiàn)問題時，可以通過遠程操作更換備份模塊來解決問題。

2.2 需要解決的幾個問題

2.2.1無人船岸基操控人員的法律地位

商用無人船的操作可以通過2種不同的方式實現(xiàn)：一種是船方自行或雇傭專業(yè)人士來操縱無人船，這種人被稱為岸基操縱者；另一種是委托第三方無人船技術服務提供商，這種人被稱為第三方岸基操縱者。不同的情況下，操縱者的法律身份也會有所差異。

在這句話中，重點討論的是如何保障船舶的安全運營。作為一個企業(yè)，它應該擁有與無人機技術領域的專業(yè)知識，并且與這些專業(yè)技術人員簽訂了一份書面的工作協(xié)議，來規(guī)范兩者之間的權利、義務與承諾。在當今的航海環(huán)境中，岸基操縱者的身份更加明顯，他們不僅僅只是被船舶公司聘用的一分子，還肩負著維護無人船安全、穩(wěn)定性以及其他重大任務，他們的角色不僅僅局限于甲板部，還涉及輪機部等多個領域。雖然世界各地船員的界限存在差異，但是，根據(jù)目前的法律，岸基操縱者仍被視為一種新的角色。他們的職責是提供安全、舒適的工作條件和支持，但是他們也面臨著許多挑戰(zhàn)，比如更多的危機和壓力，以及可能會失去家庭和休閑時間。許多針對船員群體設定了專門規(guī)定，以便更好地照顧他們，但由于他們所從事的工作屬性，他們往往被認為工作處境比較危險，尤其是那些在無人船上從事岸基操縱工作的。

隨著未來航運業(yè)的迅猛發(fā)展，第三方技術服務公司在支持無人船的安全性、效率性、穩(wěn)定性等多個維度上都具有重大作用。它們能夠根據(jù)客戶的特殊情況，采取最新的安全措施，確保安全性，從而使得未來的航運活動能夠順利進行。船東應當考慮到當前的市場情況，并且充分利用其資源，采取多種措施來滿足客戶的需求，例如：通過招募專業(yè)的岸上駕駛員來提高安全性；通過引入先進的遙感算法，提升客戶的安全性；通過建立多家第三方的遙感技術服務平臺，實現(xiàn)對多種類別及航線的客戶的有效托管。在某些情況下，某家專業(yè)的無人船技術服務公司有權向多家船只提供專業(yè)的技術支持。這些支持包括使用專業(yè)的海洋工具，如無人機，進行遠距離航海、安全檢查等。這些支持與執(zhí)行這些支持的第三方公司之間的合作關系遵守當?shù)氐姆梢?guī)定，享有平等的權利。根據(jù)它們之間的法律聯(lián)系，船只作為委托者，而提供無人艦艇服務的第三方技術公司則作為接收者。

第三方公司在執(zhí)行航次任務時，只能按照合同規(guī)定的內容進行控制、檢測、維護，而不能代表船方履行其他法律責任，除非雙方達成協(xié)議，否則不得將第三方技術服務公司視為船舶的管理者。因此，第三方技術服務公司與傳統(tǒng)的船舶管理者存在顯著的差異。根據(jù)船方的具體要求，第三方公司可以提供多種不同的服務，包括但不限于船舶管理、貨物運輸、船舶代理等，以滿足船東的多樣化需求。

2.2.2 《海商法》規(guī)定了遠程操縱人的必要條件和權利

隨著《海商法》的實施，商業(yè)級別的無人船已經(jīng)實現(xiàn)了完全的自動化與智能化，這大大改變了船只的運營模式，將原本的船員變成了由岸上的控制者來掌管。然而，《海商法》仍然沒有明確規(guī)定如何培訓這些技術，這一領域仍然存在著一定的法律漏洞。通過類比，我們發(fā)現(xiàn)，當前的海上駕駛規(guī)定并不足以滿足傳統(tǒng)海上駕駛者的需求。這就為海上駕駛者提供了一些新的思考方向，還需要進一步研究。

2.2.3 STCW公約及岸基操控人員培訓問題

由于岸基操控人員和傳統(tǒng)的駕駛員、輪機員工作環(huán)境的自動化和智能化程度不同，他們所需要掌握的知識也不同，為此STCW公約及岸基操控人員培訓內容和方法等也需要修改。

3 結束語

綜上所述，船舶無人駕駛是一項綜合性強的技術，需要多學科的集成與創(chuàng)新。在實際應用中，還需要考慮安全與可靠性、經(jīng)濟性等問題，以確保技術的廣泛應用和可持續(xù)發(fā)展。要實現(xiàn)這些未來的發(fā)展趨勢，仍需面對一些挑戰(zhàn)。例如：如何確保無人駕駛船舶的可靠性和耐久性，如何制定相應的法規(guī)以保障無人駕駛船舶的安全性等。為此，需要行業(yè)內外各方的共同努力，加強技術研發(fā)、推動標準化建設和完善法規(guī)體系等。無人駕駛船舶在提高效率、降低成本和增強安全性等方面具有巨大潛力。隨著技術的不斷進步和市場需求的不斷增長，無人駕駛船舶的應用前景十分廣闊。未來，我們有理由期待無人駕駛船舶在各個領域發(fā)揮更大的作用，為人類帶來更多的便利和效益。

參考文獻

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