智能船舶的踐行與漸進(jìn)

本刊記者 劉 蕭

智能船舶的踐行與漸進(jìn)

本刊記者 劉 蕭

有人曾總結(jié)，智能船舶的發(fā)展其實(shí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，遵循著先局部后整體，先船上再岸上的原則。此話說來簡單，但不可否認(rèn)的是，前者與后者卻是量變與質(zhì)變的關(guān)系。所以面對智能船舶的方興未艾，如何提升質(zhì)變速度成為了當(dāng)下熱議的話題。

物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)正在推動(dòng)信息大潮的來臨，與此同時(shí)一場工業(yè)智能化革命也正在醞釀。對于船舶行業(yè)而言，近年來智能船舶概念的出現(xiàn)以及智能船舶技術(shù)的日益發(fā)展，為智能航運(yùn)的發(fā)展增添了動(dòng)力。有人曾總結(jié)，智能船舶的發(fā)展其實(shí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，遵循著先局部后整體，先船上再岸上的原則。此話說來簡單，但不可否認(rèn)的是，前者與后者卻是量變與質(zhì)變的關(guān)系。如何找到癥結(jié)、突破瓶頸，自然成為了當(dāng)下值得探討的問題。

技術(shù)尚待成熟

近年來，伴隨著越來越多的智能船舶相關(guān)技術(shù)走向成熟，智能船舶和智能航運(yùn)概念也日益為人熟知。那么，千呼萬喚的智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀是怎樣的呢？據(jù)相關(guān)專家介紹，目前與智能船舶相關(guān)的環(huán)境感知技術(shù)、通信導(dǎo)航技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)等相關(guān)技術(shù)理論已經(jīng)較為成熟。但客觀來看，依然有些技術(shù)理論，如能效控制技術(shù)、航線規(guī)劃技術(shù)、安全預(yù)警技術(shù)、自主航行技術(shù)等，缺少在真實(shí)環(huán)境下的驗(yàn)證。因此，嚴(yán)格意義上來講智能船舶總體仍處于快速發(fā)展階段，還未完全成熟。他繼續(xù)補(bǔ)充談到，根據(jù)CCS《智能船舶規(guī)范》對智能船舶的定義：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(dòng)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(dòng)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(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。“不可不說，每個(gè)環(huán)節(jié)都關(guān)乎船舶的營運(yùn)安全。從這個(gè)角度來說，我們更希望智能船舶‘待成熟期’能夠更長一些。”

為何如是說？業(yè)內(nèi)專家以“導(dǎo)航雷達(dá)如何才算真正適應(yīng)智能規(guī)范要求”為例向記者做出了詳盡解釋。他告訴記者，ARPA是在普通雷達(dá)的基礎(chǔ)上，根據(jù)人工標(biāo)繪原理，增加計(jì)算機(jī)的輸入、存儲(chǔ)、計(jì)算、判斷、輸出、模擬、繪圖、報(bào)警等功能發(fā)展而成的一種新型雷達(dá)（避碰雷達(dá)）。他補(bǔ)充道：“不同船型有不同的回轉(zhuǎn)半徑，不同速度下有不同的轉(zhuǎn)彎角速度。所以要想真正實(shí)現(xiàn)船舶避碰ARPA功能，自然每種船型的數(shù)學(xué)模型是不一樣的。而且就算同種運(yùn)輸船舶，不同裝載量下，ARPA特性也存在一定的差別。回到智能船舶話題上來，其與傳統(tǒng)的‘ARPA功能’相比，必不可少地需要其與‘船舶能效管理系統(tǒng)’有接口關(guān)系，實(shí)現(xiàn)自身船型特性數(shù)據(jù)的輸入和實(shí)時(shí)修正。換言之，唯有避碰ARPA軟件具備‘學(xué)習(xí)’能力時(shí)才能真正成為名副其實(shí)的智能。”

學(xué)習(xí)能力對于智能船舶意義幾何？專家引用“Alpha Go”的深度學(xué)習(xí)算法給記者打了個(gè)比方。他告訴記者，“Alpha Go”的偉大之處就在于運(yùn)用了最新的深度學(xué)習(xí)算法，開啟了從“計(jì)算”到“智能”的飛躍。這一學(xué)習(xí)算法可以說彌補(bǔ)了以往計(jì)算機(jī)在處理一些問題的時(shí)候往往給出的結(jié)果只能是“非黑即白”。他坦言，對于航運(yùn)而言，船舶營運(yùn)中的天氣、環(huán)境以及突發(fā)狀況幾乎都屬于開放性問題。如果船舶沒有具備學(xué)習(xí)能力，那么這些問題很難得到妥善解決，也將會(huì)給船舶營運(yùn)安全帶來高風(fēng)險(xiǎn)。“依我所見，未來智能船舶應(yīng)該以數(shù)據(jù)為核心，不僅需要能夠?qū)崿F(xiàn)全船數(shù)據(jù)共享，具備自主分析和決策能力，而且還要具備能夠通過船岸一體化進(jìn)行遠(yuǎn)程支持和服務(wù)。然而這些功能的開發(fā)并非一蹴而就，需要大量的時(shí)間與真實(shí)環(huán)境下的驗(yàn)證。”

網(wǎng)絡(luò)安全難題

2016年底，SAFETY4SEA發(fā)起了一場名為“分享你的智能航運(yùn)見解”的調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，網(wǎng)絡(luò)安全、使用新技術(shù)和軟件的船員培訓(xùn)、能源管理和排放監(jiān)測、電子航海和電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）分別入選了航運(yùn)業(yè)前五大智能航運(yùn)挑戰(zhàn)名單。其中，網(wǎng)絡(luò)安全更以40.6%的占比成為了航運(yùn)人最為關(guān)注的未來智能船舶的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)安全如此之高的投票數(shù)背后，到底有何深意？在此記者分享一下去年3月的“RSA加密算法安全大會(huì)”上，Verizon RISK安全團(tuán)隊(duì)所披露的一起安全案例。案例顯示，一群海盜在劫持了某航運(yùn)企業(yè)的貨船后并沒有針對船上人員和船舶本身索要贖金，而是迅速找到目標(biāo)集裝箱，搶走箱內(nèi)的貴重貨物后揚(yáng)長而去。事故發(fā)生后，Verizon RISK安全團(tuán)隊(duì)在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，海盜在實(shí)施搶劫前其實(shí)早已成功入侵這家企業(yè)的提單管理系統(tǒng)，并對船舶載運(yùn)的貨物進(jìn)行了詳盡了解。總而言之，這期“精確搶劫”事件背后，是不安全的航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)安全的始作俑者。當(dāng)然，這起案件也向航運(yùn)業(yè)敲響了安全警鐘：未來的智能船舶上不免要運(yùn)用實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸、人工智能與遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，如何做才能在為船舶駕駛帶來種種便利的同時(shí)，不為海盜搶劫提供途徑，非常值得重視。

采訪中一位業(yè)內(nèi)人士據(jù)此問題談出了自己的看法。首先其認(rèn)為，一直以來岸基系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全沒能得到重視，將不免成為未來智能船舶的一大短板。他談到：“據(jù)我說知，盡管不少航運(yùn)企業(yè)早已配備了先進(jìn)的系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)上實(shí)時(shí)查看貨物與船舶的狀態(tài)，甚至船上某一具體設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。但不可否認(rèn)的是目前這些系統(tǒng)大多處于‘裸奔’狀態(tài)。”目前電子海圖都是離線版，裝船后其可與GPS設(shè)備相接并將每日的船舶航行位置、航次信息返回給岸基系統(tǒng)。所以只要是岸基被攻破，黑客便可竊取其想知道的一切。如果任由這一短板存在，那么未來海盜即使無法破解“無人船”的控制系統(tǒng)，也可以攻擊航運(yùn)企業(yè)的船隊(duì)管理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確篩選出可用信息，以提高搶劫過程中精準(zhǔn)度。

此外，針對“分享你的智能航運(yùn)見解”調(diào)查中的其余高占比風(fēng)險(xiǎn)，專家也在采訪中談出了相應(yīng)的觀點(diǎn)。其認(rèn)為，目前不少業(yè)內(nèi)人士對智能船舶的認(rèn)知可能還存在不足。其坦言，未來的智能船舶從廣義上講應(yīng)是一個(gè)船岸統(tǒng)一的大的集成系統(tǒng)，這其中便包括船舶的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測、控制、裝卸貨的智能控制、以及物流控制、船隊(duì)調(diào)度和管理系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)測和控制。正是由于智能船舶涉及的領(lǐng)域十分廣泛，內(nèi)涵極其豐富，涉及到設(shè)計(jì)院所、船廠、設(shè)備制造商、航運(yùn)企業(yè)、貨主等不同單位，這也就促使了設(shè)計(jì)者不僅要考慮船舶本身的智能性，還要考慮船岸一體；不僅要考慮船舶的智能化，更要理解和明確智能化的最終目的是提高船舶的安全性、運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性和航行的清潔性要求。只有這樣才能保證未來智能船舶更加安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠。

鋪墊智能未來

與傳統(tǒng)船舶相比，未來“智能船舶”優(yōu)勢明顯。最為顯著的優(yōu)勢莫過于其可從根本上減少人為因素對船舶航行安全的影響。目前，隨著現(xiàn)代船舶性能的不斷提升，由船員疲勞與不良情緒而導(dǎo)致的操作性失誤已成為危害船舶航行安全的最主要因素之一。在未來，智能船舶將從設(shè)計(jì)之初，便開始執(zhí)行通過岸上專家決策系統(tǒng)與遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)對船舶進(jìn)行操縱的理念。這種設(shè)計(jì)一方面將極大減少船上配員數(shù)量，并且其也或?qū)⒔K結(jié)船東每每需要支付的救生、消防、防污染等設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

此外，采訪中一位業(yè)內(nèi)人士還向記者談道，據(jù)其了解一些國外的船舶設(shè)計(jì)廠商為了更好地賦予未來智能船舶防海盜功能，甚至欲將未來智能船舶設(shè)計(jì)為全封閉式。不可否認(rèn)，智能船舶的出現(xiàn)給予了航運(yùn)業(yè)對未來無限憧憬，但與此同時(shí)，它的出現(xiàn)也提醒著業(yè)界“不積跬步無以至千里”，當(dāng)下需要為其準(zhǔn)備的“鋪墊”還有很多。

最為直觀的當(dāng)屬目前許多船舶設(shè)備廠商所能提供的單個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的監(jiān)控和維護(hù)系統(tǒng)僅僅是以自身為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了部分智能化功能。這就導(dǎo)致了由于各個(gè)系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)，這些設(shè)備僅立足于系統(tǒng)本身進(jìn)行優(yōu)化，沒有從全船角度去考慮。因此，在越來越多的系統(tǒng)裝船后，出現(xiàn)了相關(guān)問題。鑒于此問題，不少專家在采訪中建議，應(yīng)從設(shè)計(jì)階段就開始考慮傳感器的布局，建立全船信息感知體系，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和接口格式下搭建全船智能網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，完成全船大數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)全船各系統(tǒng)及設(shè)備的信息融合與共享。此外，在船舶授予智能集成平臺(tái)功能標(biāo)志時(shí)，應(yīng)至少集成智能航行、智能機(jī)艙和智能能效管理三個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，形成船上數(shù)據(jù)與應(yīng)用的統(tǒng)一集成平臺(tái)。集成平臺(tái)應(yīng)具備開放性，能夠整合現(xiàn)有船上信息管理系統(tǒng)及后續(xù)新增系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對船舶的全面監(jiān)控與智能化管理，并與岸上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

不僅如此，為了更好幫助船東完成“智能能效管理”目標(biāo)，現(xiàn)下也需要進(jìn)行一系列的相關(guān)研發(fā)。據(jù)介紹，“智能能效管理”是指能夠通過對船舶航行狀態(tài)、耗能狀況的在線監(jiān)測與數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，對船舶能效狀況、航行及裝載狀態(tài)等進(jìn)行評估，并通過大數(shù)據(jù)分析、數(shù)值分析及優(yōu)化技術(shù)，為船舶提供數(shù)據(jù)評估分析結(jié)果和輔助決策建議，以及航速優(yōu)化、基于縱傾優(yōu)化的最佳配載等解決方案，實(shí)現(xiàn)船舶能效實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能評估及優(yōu)化，不斷提高船舶能效管理水平。不僅如此，記者在采訪中也了解到。想要真正使“智能能效管理”名副其實(shí)，還需要賦予智能船舶的航路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化能力。根據(jù)船舶所具有的技術(shù)條件和性能，特定的航行任務(wù)、吃水情況、貨物特點(diǎn)和船期計(jì)劃，充分考慮風(fēng)、浪、流、涌等因素，在保證船舶、人員和貨物安全的條件下，設(shè)計(jì)和優(yōu)化航路、航速，盡量減少燃料消耗，并在整個(gè)航行期間不斷優(yōu)化。