智能無人船舶發(fā)展面臨的問題和解決辦法

范懷谷

（福建省海運(yùn)集團(tuán)有限責(zé)任公司，福州 350009）

0 引言

近年來，關(guān)于智能船舶的話題異常火熱。中國船級社發(fā)布的《智能船舶規(guī)范》在2015年3月1日生效，勞氏船級社也發(fā)布了智能船舶入級指導(dǎo)文件。英國羅爾斯·羅伊斯公司2016年4月首次披露了自動無人駕駛貨船岸基控制中心運(yùn)營版本，展示了未來無人航運(yùn)概念。隨后發(fā)布了“高級無人駕駛船舶應(yīng)用開發(fā)計(jì)劃”，發(fā)布了項(xiàng)目白皮書，闡述了實(shí)現(xiàn)遙控與無人駕駛船舶的未來愿景，并認(rèn)為無人船“這一切即將發(fā)生”。美國、日本和韓國等國家也在各自的無人船研究方面加大了投入。2017年，大連海事大學(xué)校長王祖溫提出我國應(yīng)加強(qiáng)無人駕駛船舶技術(shù)和法規(guī)的研究。2011年7月6日，由中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司、大連海事大學(xué)、中國船級社、交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院共建的“無人船技術(shù)與系統(tǒng)聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”在大連海事大學(xué)揭牌，圍繞無人船舶設(shè)計(jì)建造及運(yùn)營所涉及的共性技術(shù)、關(guān)鍵系統(tǒng)和工程裝備，以及相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)開展研究。《財富》網(wǎng)站2017年7月23日報道的全球第一艘無人駕駛船舶“YARA Birkeland”號下水航行，仿佛無人船的時代已經(jīng)近在咫尺。然而，智能船舶到底離我們有多遠(yuǎn)，本文將探討智能船舶發(fā)展面臨的真正問題。

1 當(dāng)前智能船舶發(fā)展面臨的問題

智能船舶系指利用傳感器、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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸?shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶，以使船舶更加安全、更加環(huán)保、更加經(jīng)濟(jì)和更加可靠。據(jù)經(jīng)濟(jì)日報報道，我國研制的全球第一艘智能船舶于2017年12月5日在上海正式交付使用，但實(shí)際上這艘名為“大智”號的所謂智能船舶只是在信息采集和分析方面有一定的智能化，并沒有實(shí)現(xiàn)自動航行靠泊，自動維修等功能，仍需按要求配備足夠的船員。關(guān)于智能化無人船舶何時能實(shí)現(xiàn)，一直就存在著設(shè)計(jì)者和使用者之間的爭議。設(shè)計(jì)者掌握的資源較多，所以在媒體的曝光度也較多，而作為使用者，筆者認(rèn)為智能化是大勢所趨，船舶行業(yè)和任何行業(yè)的智能化升級都是必然的，然而就現(xiàn)階段而言，發(fā)展智能船舶至少面臨以下問題。

1.1 法規(guī)

《國際海上人命安全公約》中規(guī)定“各船旗國要根據(jù)自己制定的最低配員規(guī)定為船舶配備合格船員”，顯然無人駕駛船舶不滿足該項(xiàng)條款。為與無人駕駛船舶發(fā)展趨勢相適應(yīng)，加強(qiáng)海事公約和法律等的修訂與完善極為必要。要讓最低配員降到零，必須解決以下法律問題：

1）船員如何重新定義?，F(xiàn)行的船員工作包括理貨、維修、駕駛等。既是操作主體也是責(zé)任主體。如果離開了船，駕駛就改用程序執(zhí)行，那么這些編程者是否也要接受船員對應(yīng)的培訓(xùn)。在各國PSC（港口國監(jiān)控）檢查中，查出問題都由船長簽字確認(rèn)，如果沒了船員，至少要先出臺規(guī)定誰來替代船長承擔(dān)各種責(zé)任。

2）安全方面法律責(zé)任由誰承擔(dān)。當(dāng)一艘配備完全符合自動駕駛和避碰系統(tǒng)要求的船舶出現(xiàn)海損、機(jī)損事故時，責(zé)任應(yīng)該由誰來承擔(dān)。船東、岸基操控人員、設(shè)備制造商、系統(tǒng)維護(hù)人員都有可能要承擔(dān)責(zé)任，責(zé)任的鑒定需要有新的法律來規(guī)定。建立監(jiān)督管理相關(guān)法律，確保無人駕駛船舶至少達(dá)到與目前的船舶相同的安全水準(zhǔn)，避免發(fā)生事故也是主管機(jī)關(guān)的職責(zé)所在。

3）船東和貨主的損失由誰負(fù)責(zé)。現(xiàn)行的船舶運(yùn)行中，貨物的交接由大副負(fù)責(zé)，燃油的加裝由輪機(jī)長負(fù)責(zé)。如果船上沒有船員，這些就由港口直接安排了。如果船東抽查時發(fā)現(xiàn)存油對不上賬，就無法確定在哪個港口虧了艙，也就無法找到相關(guān)責(zé)任人。

總之，要實(shí)現(xiàn)無人船舶，現(xiàn)行的 SOLAS、STCW、MLC等公約內(nèi)容都是保護(hù)或約束船員的，如果沒了船員，就得廢止或重新修訂，這需要一個相當(dāng)長的時間去研究、討論和磨合。

1.2 基礎(chǔ)設(shè)備的可靠性

現(xiàn)在研究智能船舶的機(jī)構(gòu)都在研究感應(yīng)和操縱方面，而船員的主要作用不在于操作，而在于管理。人工智能要代替人的智能，首先要明白這些人平時在做什么。不妨舉幾個例子來說明問題。

1）機(jī)艙污水井出現(xiàn)了高位報警。如果在有人值班的船上，肯定會順著水的來源逐步找出問題，那么在無人的船舶上，那些傳感器或者監(jiān)視器能否發(fā)現(xiàn)并解決問題。從目前來講，采用固定的檢測系統(tǒng)是無法解決這些問題的，除非有機(jī)器人代替人去巡邏。

2）船上出現(xiàn)了火警報警?，F(xiàn)在船員聽到報警聲首先想到的不是哪里著火了，而是哪個傳感器出問題了，如果沒有人及時處理，就會出現(xiàn)一系列的保護(hù)措施，最終使船舶停航。

3）在天氣不好的情況下，油柜的沉淀物被攪起，有可能一個小時洗數(shù)次濾器，甚至一組沒洗好，備用的又已經(jīng)臟了，這是現(xiàn)行的自清濾器無法解決的問題。到現(xiàn)在也沒有解決相關(guān)問題的報告。

4）船舶的衛(wèi)生如何解決。做衛(wèi)生看上去無足輕重，但是設(shè)備不及時清潔很容易引發(fā)故障，特別是電氣設(shè)備，如果灰塵多了容易引發(fā)電路故障，也無法到每個港口都安排岸基人員上船清潔。

5）主配電屏或發(fā)電機(jī)在進(jìn)出港時自動跳電，跳電的原因很多，各條船原因不同?，F(xiàn)在很多船上采取的做法是，進(jìn)出港時人為切斷某些保護(hù)，改為人工監(jiān)控。保護(hù)系統(tǒng)多了，那么誤動作的機(jī)會多，但是保護(hù)少了又怕不能很好地保護(hù)設(shè)備，這是目前無法解決的矛盾，提高這些設(shè)備的可靠性還有很長的路要走。

當(dāng)然還有很多方面都是船員的日常工作，目前的自動化都是無法替代的。

1.3 網(wǎng)絡(luò)通訊及安全

智能化指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)等匯集而成的針對某個對象的應(yīng)用，這些應(yīng)用通常包括但不限于評估、診斷、預(yù)測和決策等。要實(shí)現(xiàn)周期性無人操縱，起碼要有智能感知中心、智能決策中心、執(zhí)行機(jī)構(gòu)這3個部分。海上通信系統(tǒng)是連接船端自主航行系統(tǒng)和岸基支持系統(tǒng)的橋梁，必須達(dá)到高效、安全、低費(fèi)用等要求.

1）對海上通信系統(tǒng)提出了高帶寬、低延時、低費(fèi)用等要求。由于需要在船岸之間傳輸大量的傳感器信息和設(shè)備狀態(tài)信息，以及雷達(dá)圖像、海面視頻等，通信量較大。為在不同的天氣海況下保證船岸之間通信暢通，需要在無人駕駛船舶上配備不同種類的通信系統(tǒng)，包括海事衛(wèi)星系統(tǒng)、銥星系統(tǒng)、公眾移動通信系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)等，在不同情境下智能選擇數(shù)據(jù)的發(fā)送途徑，提高海上通信系統(tǒng)整體效能。目前船舶使用的通信費(fèi)用高、速度慢，需要幾種通信技術(shù)同時提高，再采用智能路由選擇技術(shù)，當(dāng)只有1個通信系統(tǒng)可用的情況下，優(yōu)先發(fā)送高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)，如在岸基遙控船舶避碰情況下，優(yōu)先發(fā)送控制指令，后發(fā)送氣象信息。

2）對網(wǎng)絡(luò)安全問題提出新要求。隨著船岸通信量的增加，無人駕駛船舶也更多地暴露在網(wǎng)絡(luò)通信中，因此，海上通信系統(tǒng)的安全性變得越來越重要，如何避免黑客攻擊、避免關(guān)鍵信息泄露、在網(wǎng)絡(luò)攻擊時無人駕駛船舶應(yīng)急預(yù)案等都是需要進(jìn)一步研究的問題。DNV GL、ABS、LR等船級社已經(jīng)開展了海上網(wǎng)絡(luò)安全方面的研究，但展開應(yīng)用還是要從具體實(shí)踐中才能檢驗(yàn)結(jié)果。

1.4 資金

智能無人船舶是一個新生事物，和很多新產(chǎn)品一樣，開始出來的試驗(yàn)品必然價格高，質(zhì)量差，運(yùn)行穩(wěn)定性差，需要銷售量來回籠資金，然后才能在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題，再利用回籠資金來提高產(chǎn)品質(zhì)量。

智能船舶的功能分為智能航行、智能船體、智能機(jī)艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺。所以智能船舶牽涉的領(lǐng)域廣、產(chǎn)品多，當(dāng)然發(fā)展不會那么快，但初期的成本卻很高。例如，根據(jù)華爾街日報，“YARA Birkeland”號耗資2 500萬美元，相當(dāng)于17 000萬人民幣，是相似規(guī)模的常規(guī)船舶的3倍的船，可裝載100個～150個集裝箱，服務(wù)速度為6 kn。挪威的造船價格不方便了解，但如果在中國，據(jù)筆者向一些船廠詢價，建造一艘100個～150個箱位，航速達(dá)6 kn的普通船，以目前的行情需要1 500萬人民幣?？梢运愠?，這差價的利息足夠發(fā)工資。船東追求的是企業(yè)利潤，顯然在技術(shù)還不成熟的情況下，船東是不會去訂造這些半成品的。如果沒有市場購買力，就無法回籠資金，研究經(jīng)費(fèi)還要不斷地投入，這其中的問題要解決還需要各方協(xié)調(diào)。

2 解決智能船舶發(fā)展問題的方法

盡管智能化無人船舶的研發(fā)面臨諸多問題，但是利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)，推動船舶向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，從而提高船舶營運(yùn)的安全性和效率，幫助航運(yùn)業(yè)降低成本、提升競爭力，是獲得發(fā)展新動力的必由之路。為了贏得最終的發(fā)展，可以從以下幾個方面著手解決發(fā)展面臨的問題。

2.1 先軍后民，共同研發(fā)

軍工優(yōu)先已是眾多國家的共識。無人船的研究費(fèi)用龐大，作為企業(yè)首先要考慮這些投入能不能帶來利潤，什么時候能帶來利潤。而軍隊(duì)可以使用國家資源制造無人船，用于執(zhí)行特殊任務(wù)。而且民用船舶受很多國家公約和法規(guī)的限制，各國之間很難達(dá)成共識。而軍用船則不受此約束。事實(shí)上，無人駕駛水面艦艇已開始嶄露頭角，逐漸應(yīng)用于水雷偵察和戰(zhàn)場環(huán)境評估，而且在港口護(hù)衛(wèi)、傳感器部署、情報、監(jiān)視偵察、獵雷、反潛、后勤支援和反艦作戰(zhàn)等方面也表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。所以可以采用先軍后民的路線，共同研發(fā)，逐步提高。

軍用轉(zhuǎn)民用需要多長時間，可以參照無人機(jī)的發(fā)展。從1927年，由A.M.洛教授參與研制的“喉”式單翼無人機(jī)在英國海軍“堡壘”號軍艦上成功試飛，至今已過去近一個世紀(jì)，技術(shù)比較成熟。但是2011年12月4日，美軍的RQ-170無人機(jī)被伊朗軍隊(duì)在伊朗東北部城市卡什馬爾附近捕獲，又暴露了這一領(lǐng)域仍沒突破網(wǎng)絡(luò)安全問題。所以民航領(lǐng)域至今也未采取無人駕駛技術(shù)。無人船要推廣，也至少需要數(shù)十年的時間去不斷實(shí)踐和提高。

2.2 由點(diǎn)到面，逐步推廣

目前無人船最大的障礙是復(fù)雜的國際航海規(guī)則。理清這些規(guī)則并重新談判可能需要數(shù)十年時間。另外，各處的服務(wù)配套網(wǎng)絡(luò)要組建起來也要很長時間。既然國際上眾多的法規(guī)難以修改，就暫時拋開這些法規(guī)。既然岸基服務(wù)網(wǎng)絡(luò)一時難以形成，就先不管服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。采取由點(diǎn)到面的方式，分幾個階段去推廣無人船。

1）國家設(shè)立試驗(yàn)區(qū)域，出臺地方性法規(guī)，這個區(qū)域可以是河流的一段，可以是某個湖泊的一定范圍，也可以是沿海的某個區(qū)域。設(shè)立小范圍的試驗(yàn)區(qū)具有通信成本低、維護(hù)方便和法規(guī)設(shè)立相對容易等優(yōu)勢，研發(fā)出來的無人船可以在這個范圍內(nèi)試驗(yàn)使用，發(fā)現(xiàn)故障可以及時等到幫助，靠泊后可以及時安排人員檢修，隨著可靠性增強(qiáng)，檢修周期也可以延長。

2）推廣到固定航行船舶，讓其他船舶進(jìn)入，檢驗(yàn)其自動避碰功能。在航行的起點(diǎn)和終點(diǎn)港口都安排一定數(shù)量的維護(hù)人員，航行一定時間后對這些船舶進(jìn)行檢查，向設(shè)計(jì)單位提出改進(jìn)意見。設(shè)計(jì)部門及時進(jìn)行系統(tǒng)升級，對航行時間、航行能耗和避障效果等方面進(jìn)行優(yōu)化，探索長時間無人干預(yù)下的實(shí)際應(yīng)用。

3）當(dāng)智能無人船舶的可靠性得到驗(yàn)證時，就可以組織相關(guān)部門立法，對建造規(guī)范、責(zé)任劃分、保險理賠等作出相應(yīng)的規(guī)定，原有的地方立法可以參考。如果再把建造成本降下來，就可以進(jìn)行全面推廣了。

2.3 循序漸進(jìn)，逐步減員

《智能船舶規(guī)范（2015）》中提到智能船舶的功能分為智能航行、智能船體、智能機(jī)艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺。船員的作用不僅僅在于開船，更多是管理、維護(hù)和保養(yǎng)。每一部分智能化的實(shí)現(xiàn)，都意味著船員數(shù)量也可以相應(yīng)減少，可以分為以下幾個階段。

1）真正無人機(jī)艙階段。先實(shí)現(xiàn)機(jī)艙的零配員，檢驗(yàn)動力設(shè)備及其輔助設(shè)備的可靠性。無人機(jī)艙的研究經(jīng)歷了很多年，Auto—0的證書也發(fā)了不少，但主管機(jī)關(guān)卻沒發(fā)過機(jī)艙允許零配員的最低配員證書，很顯然是這些設(shè)備的可靠性不夠強(qiáng)，更多時候需要人為干預(yù)。不妨在可靠性高的船上先減掉輪機(jī)長和輪機(jī)員，由持有機(jī)工水手雙證的普通船員負(fù)責(zé)日常操作。在有困難的情況下可以請岸基技術(shù)人員遠(yuǎn)程協(xié)助。

2）遠(yuǎn)程控制航行階段。通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，船上的各種參數(shù)及安裝在各處的攝像頭視頻都可以及時傳遞到公司的岸基控制中心，操車、操舵以及調(diào)整各種參數(shù)都可以在岸基完成。這時可以不需要船舶駕駛員，但可以保留船長和水手。因?yàn)榭匆娍刂朴泄收蠒r仍需要船長應(yīng)急控制，而水手的作用仍在于日常保養(yǎng)和應(yīng)急時協(xié)助操作。

3）人工智能航行階段。《智能船舶規(guī)范（2015）》提到智能的特點(diǎn)：一是具有感知能力，即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力；二是具有記憶和思維能力，即能夠存儲感知到的外部信息及由思維產(chǎn)生的知識，同時能夠利用已有的知識對信息進(jìn)行分析、計(jì)算、比較、判斷、聯(lián)想、決策；三是具有學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力，即通過與環(huán)境的相互作用，不斷學(xué)習(xí)，積累知識，使自己能夠適應(yīng)環(huán)境變化；四是具有行為決策能力，即對外界的刺激做出反應(yīng)，形成決策并傳達(dá)相應(yīng)的信息。如果這些特點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)，船舶可以實(shí)現(xiàn)自動駕駛，船上可以安排一些能學(xué)習(xí)的機(jī)器人負(fù)責(zé)日常維護(hù)。岸基負(fù)責(zé)監(jiān)視，在緊急情況下可以采取遙控操作進(jìn)行干預(yù)。

4）舊船智能化改造階段。人工智能進(jìn)一步升級，前面提到的4個特點(diǎn)集中在可以到處移動的機(jī)器人身上，待這些機(jī)器人也學(xué)到了船舶駕駛和維修管理技術(shù)，就可以把這些機(jī)器人放到普通船舶上，給出指令就能把船正常運(yùn)行起來，遠(yuǎn)程控制人員可以通過機(jī)器人頭上的攝像頭實(shí)時監(jiān)控它們的動作，必要時進(jìn)行人工干預(yù)。

3 結(jié)論

智能船舶的發(fā)展是整個人工智能領(lǐng)域里的一個分支，其可靠性和穩(wěn)定性需要長期反復(fù)測試。

相關(guān)法規(guī)、通信、服務(wù)配套需要較長的時間去逐漸完善，今后幾十年是人工智能的高速發(fā)展期，船舶行業(yè)也應(yīng)該在這一時期逐步攻堅(jiān)克難，培養(yǎng)相關(guān)人員，建立相關(guān)配套，為實(shí)現(xiàn)船舶無人駕駛做好準(zhǔn)備。