智能無人船舶發展面臨的問題和解決辦法

范懷谷

（福建省海運集團有限責任公司，福州 350009）

0 引言

近年來，關于智能船舶的話題異?；馃帷Ｖ袊壣绨l布的《智能船舶規范》在2015年3月1日生效，勞氏船級社也發布了智能船舶入級指導文件。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營版本，展示了未來無人航運概念。隨后發布了“高級無人駕駛船舶應用開發計劃”，發布了項目白皮書，闡述了實現遙控與無人駕駛船舶的未來愿景，并認為無人船“這一切即將發生”。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，大連海事大學校長王祖溫提出我國應加強無人駕駛船舶技術和法規的研究。2011年7月6日，由中國船舶工業集團公司、大連海事大學、中國船級社、交通運輸部水運科學研究院共建的“無人船技術與系統聯合重點實驗室”在大連海事大學揭牌，圍繞無人船舶設計建造及運營所涉及的共性技術、關鍵系統和工程裝備，以及相關法規和標準開展研究?！敦敻弧肪W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近在咫尺。然而，智能船舶到底離我們有多遠，本文將探討智能船舶發展面臨的真正問題。

1 當前智能船舶發展面臨的問題

智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯網、互聯網等技術手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據，并基于計算機技術、自動控制技術、大數據處理和分析技術，在船舶航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行的船舶，以使船舶更加安全、更加環保、更加經濟和更加可靠。據經濟日報報道，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，并沒有實現自動航行靠泊，自動維修等功能，仍需按要求配備足夠的船員。關于智能化無人船舶何時能實現，一直就存在著設計者和使用者之間的爭議。設計者掌握的資源較多，所以在媒體的曝光度也較多，而作為使用者，筆者認為智能化是大勢所趨，船舶行業和任何行業的智能化升級都是必然的，然而就現階段而言，發展智能船舶至少面臨以下問題。

1.1 法規

《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”，顯然無人駕駛船舶不滿足該項條款。為與無人駕駛船舶發展趨勢相適應，加強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行的船員工作包括理貨、維修、駕駛等。既是操作主體也是責任主體。如果離開了船，駕駛就改用程序執行，那么這些編程者是否也要接受船員對應的培訓。在各國PSC（港口國監控）檢查中，查出問題都由船長簽字確認，如果沒了船員，至少要先出臺規定誰來替代船長承擔各種責任。

2）安全方面法律責任由誰承擔。當一艘配備完全符合自動駕駛和避碰系統要求的船舶出現海損、機損事故時，責任應該由誰來承擔。船東、岸基操控人員、設備制造商、系統維護人員都有可能要承擔責任，責任的鑒定需要有新的法律來規定。建立監督管理相關法律，確保無人駕駛船舶至少達到與目前的船舶相同的安全水準，避免發生事故也是主管機關的職責所在。

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

總之，要實現無人船舶，現行的 SOLAS、STCW、MLC等公約內容都是保護或約束船員的，如果沒了船員，就得廢止或重新修訂，這需要一個相當長的時間去研究、討論和磨合。

1.2 基礎設備的可靠性

現在研究智能船舶的機構都在研究感應和操縱方面，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）機艙污水井出現了高位報警。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，那些傳感器或者監視器能否發現并解決問題。從目前來講，采用固定的檢測系統是無法解決這些問題的，除非有機器人代替人去巡邏。

2）船上出現了火警報警?，F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，就會出現一系列的保護措施，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次濾器，甚至一組沒洗好，備用的又已經臟了，這是現行的自清濾器無法解決的問題。到現在也沒有解決相關問題的報告。

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

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

當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 網絡通訊及安全

智能化指由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、智能控制技術等匯集而成的針對某個對象的應用，這些應用通常包括但不限于評估、診斷、預測和決策等。要實現周期性無人操縱，起碼要有智能感知中心、智能決策中心、執行機構這3個部分。海上通信系統是連接船端自主航行系統和岸基支持系統的橋梁，必須達到高效、安全、低費用等要求.

1）對海上通信系統提出了高帶寬、低延時、低費用等要求。由于需要在船岸之間傳輸大量的傳感器信息和設備狀態信息，以及雷達圖像、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，包括海事衛星系統、銥星系統、公眾移動通信系統、北斗系統等，在不同情境下智能選擇數據的發送途徑，提高海上通信系統整體效能。目前船舶使用的通信費用高、速度慢，需要幾種通信技術同時提高，再采用智能路由選擇技術，當只有1個通信系統可用的情況下，優先發送高優先級的數據，如在岸基遙控船舶避碰情況下，優先發送控制指令，后發送氣象信息。

2）對網絡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絡通信中，因此，海上通信系統的安全性變得越來越重要，如何避免黑客攻擊、避免關鍵信息泄露、在網絡攻擊時無人駕駛船舶應急預案等都是需要進一步研究的問題。DNV GL、ABS、LR等船級社已經開展了海上網絡安全方面的研究，但展開應用還是要從具體實踐中才能檢驗結果。

1.4 資金

智能無人船舶是一個新生事物，和很多新產品一樣，開始出來的試驗品必然價格高，質量差，運行穩定性差，需要銷售量來回籠資金，然后才能在實踐中發現產品問題，再利用回籠資金來提高產品質量。

智能船舶的功能分為智能航行、智能船體、智能機艙、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域廣、產品多，當然發展不會那么快，但初期的成本卻很高。例如，根據華爾街日報，“YARA Birkeland”號耗資2 500萬美元，相當于17 000萬人民幣，是相似規模的常規船舶的3倍的船，可裝載100個～150個集裝箱，服務速度為6 kn。挪威的造船價格不方便了解，但如果在中國，據筆者向一些船廠詢價，建造一艘100個～150個箱位，航速達6 kn的普通船，以目前的行情需要1 500萬人民幣。可以算出，這差價的利息足夠發工資。船東追求的是企業利潤，顯然在技術還不成熟的情況下，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，研究經費還要不斷地投入，這其中的問題要解決還需要各方協調。

2 解決智能船舶發展問題的方法

盡管智能化無人船舶的研發面臨諸多問題，但是利用先進的網絡技術和信息技術，推動船舶向數字化、網絡化、智能化方向發展，從而提高船舶營運的安全性和效率，幫助航運業降低成本、提升競爭力，是獲得發展新動力的必由之路。為了贏得最終的發展，可以從以下幾個方面著手解決發展面臨的問題。

2.1 先軍后民，共同研發

軍工優先已是眾多國家的共識。無人船的研究費用龐大，作為企業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。而軍隊可以使用國家資源制造無人船，用于執行特殊任務。而且民用船舶受很多國家公約和法規的限制，各國之間很難達成共識。而軍用船則不受此約束。事實上，無人駕駛水面艦艇已開始嶄露頭角，逐漸應用于水雷偵察和戰場環境評估，而且在港口護衛、傳感器部署、情報、監視偵察、獵雷、反潛、后勤支援和反艦作戰等方面也表現出巨大的發展潛力。所以可以采用先軍后民的路線，共同研發，逐步提高。

軍用轉民用需要多長時間，可以參照無人機的發展。從1927年，由A.M.洛教授參與研制的“喉”式單翼無人機在英國海軍“堡壘”號軍艦上成功試飛，至今已過去近一個世紀，技術比較成熟。但是2011年12月4日，美軍的RQ-170無人機被伊朗軍隊在伊朗東北部城市卡什馬爾附近捕獲，又暴露了這一領域仍沒突破網絡安全問題。所以民航領域至今也未采取無人駕駛技術。無人船要推廣，也至少需要數十年的時間去不斷實踐和提高。

2.2 由點到面，逐步推廣

目前無人船最大的障礙是復雜的國際航海規則。理清這些規則并重新談判可能需要數十年時間。另外，各處的服務配套網絡要組建起來也要很長時間。既然國際上眾多的法規難以修改，就暫時拋開這些法規。既然岸基服務網絡一時難以形成，就先不管服務網絡。采取由點到面的方式，分幾個階段去推廣無人船。

1）國家設立試驗區域，出臺地方性法規，這個區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域。設立小范圍的試驗區具有通信成本低、維護方便和法規設立相對容易等優勢，研發出來的無人船可以在這個范圍內試驗使用，發現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，檢修周期也可以延長。

2）推廣到固定航行船舶，讓其他船舶進入，檢驗其自動避碰功能。在航行的起點和終點港口都安排一定數量的維護人員，航行一定時間后對這些船舶進行檢查，向設計單位提出改進意見。設計部門及時進行系統升級，對航行時間、航行能耗和避障效果等方面進行優化，探索長時間無人干預下的實際應用。

3）當智能無人船舶的可靠性得到驗證時，就可以組織相關部門立法，對建造規范、責任劃分、保險理賠等作出相應的規定，原有的地方立法可以參考。如果再把建造成本降下來，就可以進行全面推廣了。

2.3 循序漸進，逐步減員

《智能船舶規范（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、維護和保養。每一部分智能化的實現，都意味著船員數量也可以相應減少，可以分為以下幾個階段。

1）真正無人機艙階段。先實現機艙的零配員，檢驗動力設備及其輔助設備的可靠性。無人機艙的研究經歷了很多年，Auto—0的證書也發了不少，但主管機關卻沒發過機艙允許零配員的最低配員證書，很顯然是這些設備的可靠性不夠強，更多時候需要人為干預。不妨在可靠性高的船上先減掉輪機長和輪機員，由持有機工水手雙證的普通船員負責日常操作。在有困難的情況下可以請岸基技術人員遠程協助。

2）遠程控制航行階段。通信技術進一步發展，船上的各種參數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、操舵以及調整各種參數都可以在岸基完成。這時可以不需要船舶駕駛員，但可以保留船長和水手。因為看見控制有故障時仍需要船長應急控制，而水手的作用仍在于日常保養和應急時協助操作。

3）人工智能航行階段?！吨悄艽耙幏叮?015）》提到智能的特點：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生的知識，同時能夠利用已有的知識對信息進行分析、計算、比較、判斷、聯想、決策；三是具有學習能力和自適應能力，即通過與環境的相互作用，不斷學習，積累知識，使自己能夠適應環境變化；四是具有行為決策能力，即對外界的刺激做出反應，形成決策并傳達相應的信息。如果這些特點得以實現，船舶可以實現自動駕駛，船上可以安排一些能學習的機器人負責日常維護。岸基負責監視，在緊急情況下可以采取遙控操作進行干預。

4）舊船智能化改造階段。人工智能進一步升級，前面提到的4個特點集中在可以到處移動的機器人身上，待這些機器人也學到了船舶駕駛和維修管理技術，就可以把這些機器人放到普通船舶上，給出指令就能把船正常運行起來，遠程控制人員可以通過機器人頭上的攝像頭實時監控它們的動作，必要時進行人工干預。

3 結論

智能船舶的發展是整個人工智能領域里的一個分支，其可靠性和穩定性需要長期反復測試。

相關法規、通信、服務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展期，船舶行業也應該在這一時期逐步攻堅克難，培養相關人員，建立相關配套，為實現船舶無人駕駛做好準備。