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無人駕駛船舶“靠岸”需“破冰”

2019-06-27 08:07:08
來源:中國科學報 編輯: 國際船舶網 我有話要說

目前的技術難點主要是智能感知、導航定位和自主巡航,其核心仍然是人工智能軟硬件技術,包括核心傳感器和智能算法。

1912年,英國大型豪華客船泰坦尼克號因撞上大西洋的冰山而沉沒,造成1500多船員和旅客死亡。倘若泰坦尼克號客船擁有強大的自主航行智能系統,可自動感知獲取船舶及其環境信息,自動航行靠泊、報警、維修、啟動應急方案,歷史的悲劇或被改寫。

不久前,勞斯萊斯技術公司和芬蘭國有渡輪運營商Finferries在芬蘭圖爾庫市南部的群島上展示了世界上第一艘完全自主運行的渡輪。近日,中國科學院合肥智能機械研究所副主任余道洋在接受《中國科學報》采訪時表示:“隨著技術的成熟和資本的介入,無人駕駛船舶將是大勢所趨。”

無人駕駛船舶的時代,似乎離“靠岸”越來越近。然而,真正“靠岸”還需對核心智能技術、法規政策等困境進行“破冰”。

顛覆船舶行業

無人駕駛船舶技術是指人工智能技術在船舶上的應用。隨著傳感器和智能駕駛技術的突破,多國已開始涉足無人駕駛船舶領域。2016年,羅爾斯·羅伊斯(又稱勞斯萊斯)公司就發布了“高級無人駕駛船舶應用開發計劃”(AAWA)。

“目前,美國、以色列、英國、法國、意大利和日本等發達國家在USV(無人水面艇)領域的技術水平較高。”余道洋說,“我國也已開展相關研究,但船體智能化總體設計、關鍵部件、智能軟件和數學模型等方面的關鍵技術還較為薄弱,且無人水面艇主要集中于民用領域。”

據國際海事局(IMO)通過的《國際安全管理規則》(ISM-CODE)顯示,在所有的海上事故中,約80%是人為因素造成的。無人駕駛船舶技術的應用被認為將大幅提高船舶航行的安全性,降低船舶運營成本。

除安全性外,船員成本也是船舶運營中的一大難題。余道洋表示,長江航道有70萬艘船舶,其中1000噸以上的船舶占50%,僅長江航道上船員缺口就達近萬人。

智慧航海(青島)科技有限公司董事長姜海鷹告訴《中國科學報》,目前船東們為維持航運低谷期的運營,都在設法降低人員成本,這也是船舶為何越建越大的原因之一。“自主航行運輸貨船的發展,是不可逆的趨勢,這對人員安全、成本、監管和環保等方面的改善,都是非常有必要的。”

此前,對即將在2020年實現完全自動運營的Yara Birkeland無人駕駛電動集裝箱船,《華爾街日報》刊文稱:“其運載能力相當于傳統貨船的3倍左右,由于不再需要燃料和船員,每年可以節約至多90%的運營成本。”

仍需突破核心技術

2018年12月,工業和信息化部、交通運輸部、國防科工局聯合印發了《智能船舶發展行動計劃(2019—2021年)》(以下簡稱《行動計劃》),明確提出初步建立智能船舶規范標準體系,突破航行態勢智能感知、自動靠離泊等核心技術等,“保持我國智能船舶發展與世界先進水平同步”。

雖然世界主要造船國家正大力推進智能船舶的研制與應用,但《行動計劃》指出,全球智能船舶仍處于探索和發展的初級階段,智能感知等核心技術尚未突破。以亮相芬蘭的世界首艘完全自主運行的渡輪為例,其航行水域環境相對簡單、水流平穩、航道交通流量較小,而真正的水域環境往往復雜多變且可能出現各種突發情況。

國際上無人船舶的關鍵技術被總結為“GNC”,即Guidance(自主巡航)、Navigation(導航定位)、Control(自動控制),具體包括船體設計、自主巡航、導航定位、自動控制、通信網絡、自主決策、傳感與感知、電源系統、動力與推進系統、人機交互系統等。

“目前的技術難點主要是智能感知、導航定位和自主巡航,其核心仍然是人工智能軟硬件技術,包括核心傳感器和智能算法。”余道洋告訴《中國科學報》。

為應對復雜多變的海上環境,無人駕駛船舶對海上通信系統的高寬帶、低延時、低成本等提出了更高要求。一般而言,需要在船舶上配備北斗系統、公眾移動通信系統、銥星系統、海事衛星系統等,以提高通信效率。然而,隨著船岸通信量的增加,如何規避黑客攻擊、信息泄露等網絡安全問題也接踵而至。

對此,余道洋認為,無人駕駛船舶的關鍵技術之一是系統冗余,需要具備多路通信信道,且相互獨立。此外,還需建立高可靠性和安全性的云系統以防范黑客攻擊,同時使其在沒有網絡的情況下也具備自主決策能力,例如長時間沒有通信網絡將自主返航。

攻克關鍵技術離不開資金的支持。“目前無人駕駛船舶缺少大型企業和資本的戰略性投資,因為資本還沒有看到短期內的巨大市場前景和市場容量。”余道洋說,“目前無人駕駛船舶的研究還需要國家和地方政府提供資金支持。”

加快推進頂層設計

《行動計劃》還指出,目前全球智能船舶的定義、分級分類尚未統一,智能船舶標準體系、測試與驗證體系亟待建立,智能技術工程化應用十分有限,相關國際海事公約法規研究剛剛起步。

《國際海上人命安全公約》中規定“各船旗國要根據自己制定的最低配員規定為船舶配備合格船員”。此公約內容顯然不符合無人駕駛船舶的實際發展情況。

業內人士提出,交通運輸部應鼓勵有關研究部門提早開展相關法規研究,提出法規修正提案,重點應開展保障無人駕駛船舶的海上航行安全、船舶海上避碰規則、法律責任和保險等法規研究,提出修改建議案,提高我國在國際海事領域的話語權。

“無人駕駛船舶要想獲得海事部門的‘通行證’,還需要相應的技術規范和標準進行指導。”余道洋說,無人船舶整機和關鍵部件目前沒有形成相應的技術規范和標準,因此要加快制定相關標準。

姜海鷹對此也表示,如何使無人駕駛船舶符合國內、國際規定,需要相關部門和國際海事相關組織盡快研究制定,“否則將制約智能航運的發展”。

“在現有技術標準和法規還沒有出臺的情況下,應在相關部門的領導下,加快測試場的建設和實驗船的運營實驗,只有掌握大量的實驗數據,才能夠為技術、標準和法規的制定提供可靠的支撐,進而投入自主航行運輸船舶的建造和經營。” 姜海鷹進一步說道。

受訪專家還表示,無人駕駛船舶技術的推進還需加快人才培養,引進智能船舶專業人才,增強后備人才培養;加強國際合作,利用全球創新資源,加快推進產業鏈、創新鏈、價值鏈的全球配置,全面提升智能船舶發展能力。

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