“筋斗云0號”，夢想十萬八千里

本刊記者 胥苗苗

“筋斗云0號”首航，標志著我們國家在智能船領域有了新的探索。

2019年12月15日，由珠海云航智能技術有限公司組織研發(fā)的“筋斗云0號”自主航行貨船正式啟航，駛向港珠澳大橋1號碼頭。標志著“筋斗云0號”正式開啟自主航行的探索和實踐，推動智能航運發(fā)展進程，加速智能航運時代到來。

“筋斗云0號”首航意義重大

入了大眾視野，作為四大主要交通工具之一的船舶，其無人駕駛也在2010年前后正式啟動。歐洲通過相關項目的研究率先掀起了“無人駕駛”船舶浪潮，此后全球范圍內(nèi)不斷涌現(xiàn)出無人駕駛船舶項目，并提出多個無人駕駛船舶測試場。在以安全為核心的船舶工業(yè)和航運界，較“無人駕駛”更科學的概念是“自主航行船舶”。國際海事組織（IMO）開始關注船舶領域的無人駕駛，并在MSC99次會議上提出了L1-L4自主航行四級劃分。至2019年6月，國際海事組織 MSC101次會議，通過了“自主船舶試航暫行指南”，標志著船舶與汽車一樣，具備了試航的法規(guī)基礎。正是在這樣的背景下，船舶的分階段智能，包括增強感知、輔助駕駛，遠程遙控、自主航行在內(nèi)，以智能航行為核心,涵蓋智能機艙、智能船體、智能貨物管理、智能能效管理和智能集成平臺的智能船舶不同方向均在我國逐漸清晰并延伸。

“筋斗云0號”正是在這樣的背景下誕生的。據(jù)云航智能總經(jīng)理王興平介紹，“筋斗云0號”的初衷，是通過建造實船，實現(xiàn)自主航行技術落地。為技術研發(fā)、測試驗證，標準規(guī)范制定提供平臺。通過演示驗證和示范運營，為面向自主航行船舶的管理制度、法規(guī)提供研究和探索的條件，逐步構建自主航行船舶乃至智能航運的生態(tài)體系。

“筋斗云0號”的誕生獲得巨大關注，其根本原因在于該船是依照船舶設計、建造流程，考慮貨運船舶運營需求，首次完成了從概念到設計、建造全過程構建自主航行貨船。為長期的技術研發(fā)、演示驗證和示范運營提供了一個可見、可用、可迭代的平臺。從科研界、產(chǎn)業(yè)界到海事管理、航海保障，都有了一個實實在在、具體的“筋斗云0號”，可供各方展開各自領域的探索和研究，更為各方提供協(xié)同創(chuàng)新的試驗平臺。

中國船級社科創(chuàng)試驗中心主任蔡玉良對記者表示，“筋斗云0號”的成功首航，對于船舶自主航行技術的研發(fā)、測試、規(guī)范標準制定有著極其重要的開創(chuàng)性意義，將成為船舶自主航行及遠程控制技術探索和應用實踐的試驗平臺，推動自主船舶技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)落地。中國工程院院士嚴新平表示，智能船發(fā)展是行業(yè)熱點，“筋斗云0號”首航，標志著我們國家在智能船領域有了新的探索。

小塊頭，大智慧

據(jù)云航智能研發(fā)負責人介紹，“筋斗云0號”是按照中國船級社《沿海小船入級與建造規(guī)范》要求設計和建造的，將按照IMO《MASS試航暫行指南》展開評估和測試。雖然“筋斗云0號”船舶的尺度較小，核定船長12.86m，總噸位24噸，但是在設計時充分考慮到了研發(fā)的可持續(xù)性和系統(tǒng)的可遷移性，船體按照“國際拖曳水池會議（iTTC）”推薦的KVLCC2線型進行了縮比，保留了母船的水動力特性和操縱性，船舶的直線穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性和原船接近。本船的設計考慮到貨船的推進系統(tǒng)特性，采用了定距螺旋槳推進和流線型普通舵操縱，其運動和動力特征具有高度非線性，作為欠驅(qū)動系統(tǒng)，其控制的維度高、惰性明顯。鑒于其在船體結構、水動力特性、操縱性等方面與常規(guī)貨船的一致，項目組研發(fā)的自主航行系統(tǒng)可快速在貨運船舶快速推廣應用，具有極高的研究開發(fā)價值。

“筋斗云0號”從設計階段就充分考慮自主航行系統(tǒng)部署的需求。該船采用電力推進系統(tǒng)，數(shù)字化控制，全船為自主航行鋪設的線纜超過1000m，重量超過250kg，整船具備遠程監(jiān)控和報警功能，是典型的數(shù)字化船舶。自主航行系統(tǒng)的構建充分借鑒了“網(wǎng)絡控制系統(tǒng)NCS”、“信息物理系統(tǒng)CPS”、“分布式計算DCS”等領域的成熟經(jīng)驗和技術。項目組構建了以平臺為基礎，以算法為支撐的系統(tǒng)，可以進行船端的“感知”“決策”和“控制”，同時借助“數(shù)字孿生技術”在岸基控制中心實時監(jiān)督和控制船舶，初步實現(xiàn)自主航行。接下來，項目組將在該系統(tǒng)的支持下開展多船會遇避碰、自主靠離泊試驗，進而實現(xiàn)沿海和內(nèi)河自主航行示范。

同時，“筋斗云0號”在實用性方面，也充分考慮了近岸海島補給需求，其滿載油箱350L，經(jīng)濟航速下，續(xù)航可達150nm以上。“筋斗云0號”凈載重噸3.5t，可滿足海島日常物資如食物、日雜的運輸需求。

據(jù)有關報告顯示，未來船舶實現(xiàn)無人自主航行，船舶設計建造將有革命性突破，同樣載重能力下節(jié)約超過20%的建造成本、20%的運營成本，減少15%的燃油消耗并大幅度降低排放。對于萬億美元的船舶、航運市場而言，空間巨大。

2019年12月1日，研發(fā)團隊在港珠澳大橋1號碼頭完成遠程遙控靠離泊，并在珠海水域完成自主避碰（對遇）測試，證明“筋斗云0號”整套自主航行系統(tǒng)已初步實現(xiàn)自主航行功能。事實上，“筋斗云0號”實現(xiàn)自主航行需要克服非常多的難題，尤其是完善系統(tǒng)功能、提高可靠性等方面需要長期大量的工作。據(jù)云航智能研發(fā)負責人介紹，船舶實現(xiàn)自主航行，要依賴船端自主航行系統(tǒng)完成環(huán)境感知、會遇避碰決策，船舶操縱等功能，是人工智能技術在船舶領域的垂直深化。以感知技術為例，除雷達、AIS等傳統(tǒng)感知設備用于中遠距離達到環(huán)境感知，越來越多團隊提出了視覺技術、激光雷達（近距離）在船舶感知領域的技術方案。船舶自身是一個多自由度的位移狀態(tài)，在陸地上已較為成熟的感知技術受到了極大挑戰(zhàn)，需要進一步開發(fā)完善。

“筋斗云0號”電力推進系統(tǒng)

據(jù)云航智能研發(fā)負責人介紹，自主航行系統(tǒng)除了船端的高度智能化，還需要一套岸基系統(tǒng)支持。岸基系統(tǒng)主要用于航行任務控制，并通過必要的通信實時監(jiān)控船舶狀態(tài)和航行情況。該負責人透漏，“筋斗云0號”通信系統(tǒng)采用衛(wèi)星通信、4G/5G公網(wǎng)通信和自研的寬帶、窄帶通信多套通信體制。以滿足研發(fā)前期的需要。“通信在船舶實現(xiàn)完全自主航行后，將不再是瓶頸”，他很肯定地表示，“未來的航行決策在船端，也就是不需要岸基實時掌握船舶航行環(huán)境這一類需要高帶寬通信的數(shù)據(jù)”，同時，利用信息融合、去冗余技術，團隊已能通過衛(wèi)星通信（帶寬在1Mb以下）等方式實現(xiàn)機艙數(shù)據(jù)、雷達、AIS等實時回傳。

在“筋斗云0號”項目進展過程中，除開技術方面的問題，團隊還需要應對更多具體的困難。團隊首先需要平衡實際需求與研發(fā)需求。船舶不同于普通設備，其運營維護涉及面廣，需要考慮因素特別多。噸位做大，海況適應性更強、運力也會更大，但同時也意味著建造成本上升，需要更多的配員，提高運營維護成本。云航智能負責人表示，自項目發(fā)布以來，圍繞需求論證、技術開發(fā)，項目合作四方做了大量工作。珠海市投入建設海上測試場，為測試驗證提供環(huán)境和條件；武漢理工大學參與需求和方案論證，完成了平臺的設計；中國船級社給予了大量的指導意見，并在船舶入級檢驗方面給予了大力支持。任何新生事物要想取得好的結果，都離不開自我堅持和伙伴的支持。正是各方的共同推動和全方位合作，才加速了“筋斗云0號”的技術開發(fā)和測試驗證，共同翻開自主航行技術的新篇章。

“筋斗云0號”只是開始

“筋斗云0號”項目，涉及的范圍不僅僅在于船舶平臺本身，也不僅僅在于自主航行系統(tǒng)的研發(fā)測試，“筋斗云0號”項目計劃未來還將從以下幾個方面逐步推進。據(jù)云航研發(fā)負責人介紹，自主航行涉及技術領域眾多，以“筋斗云0號”自主航行系統(tǒng)為基礎，團隊還將進一步展開信息融合與態(tài)勢感知、高精度循跡航行、碰撞態(tài)勢感知與會遇避碰決策技術、船端自主航行系統(tǒng)集成、岸端遠程控制系統(tǒng)研發(fā)、信息去冗余與通信集成技術、船舶運動模型技術、基于以上技術的駕駛意識與駕駛技藝構建、網(wǎng)絡安全、船舶數(shù)字孿生、定義船舶自主航行系統(tǒng)的層次結構和界面接口（API），構建國產(chǎn)船舶自主航行操作系統(tǒng)（OS）等。

自主航行的測試技術開發(fā)、測試環(huán)境建設方面，由于自主航行的測試技術和測試環(huán)境目前尚未建立，依托“筋斗云0號”項目，船舶自主航行測試技術開發(fā)和測試環(huán)境建設將進一步展開。具體包括：虛擬仿真測試，依托船級社仿真平臺，展開自主航行系統(tǒng)的仿真測試；虛實融合測試，依托仿真平臺、數(shù)字孿生平行系統(tǒng)，“筋斗云0號”實船、萬山測試場，展開虛實融合測試技術開發(fā)和環(huán)境建設；實船測試環(huán)境，依托萬山測試場，展開實船測試的環(huán)境建設，確保實船測試安全可控。

自主航行與航保方面，依托“筋斗云0號”，團隊將積極聯(lián)系航保部門，在現(xiàn)有e航海等航保設施和系統(tǒng)基礎上，研究面向自主航行的航保需求，尤其是滿足自主航行船舶與有人駕駛船舶共生場景下的航保需求。

自主航行試驗的海事管理方面，依托“筋斗云0號”，按照MASS試航暫行指南的要求，完成相關評估和論證，提出自主航行試驗的通航安全保障方案，以此與海事部門共同研究自主航行試驗的海事管理。并在試驗的基礎上，逐步完善，形成面向未來自主航行船舶海事管理的方案。

在自主航行商業(yè)運營示范方面，依托“筋斗云0號”，展開內(nèi)河、沿海的商業(yè)運營示范，重點研究自主航行的運營成本、運營風險，真實掌握自主航行的經(jīng)濟價值和社會價值。在自主航行相關標準規(guī)范方面，“筋斗云0號”在自主航行系統(tǒng)研發(fā)過程中，逐步按照中國船級社智能船舶規(guī)范的要求，取得自主航行方向的符號。

“筋斗云0號”只是開始，業(yè)界看重的是首制船帶來的示范意義和推動作用。在首航儀式上，云洲智能董事長張云飛就向包括在場專家在內(nèi)的國內(nèi)外單位發(fā)出邀請，“筋斗云0號”將在萬山測試場的框架下，向國內(nèi)外科研單位、產(chǎn)業(yè)伙伴開放，用于自主航行相關的技術研究、產(chǎn)品研發(fā)和測試驗證。云航智能負責人表示，希望“筋斗云0號”能吸引更多產(chǎn)業(yè)鏈伙伴投入自主航行相關設備的研制開發(fā)，更多業(yè)內(nèi)專家關注自主航行發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界能投入更多資源。在國際上，歐洲、日本、韓國、新加坡等都展開了多個智能船舶項目，并發(fā)布了相關成果。可以說全球范圍內(nèi)，以自主航行為核心的智能船舶技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在進入一個新的階段，圍繞智能船舶的標準體系、測試與驗證體系正在逐步建立。中國方面，中國政府繼《智能船舶行動計劃2019-2021》后，在今年5月又發(fā)布了《智能航運發(fā)展指導意見》，政府的大力支持使得2019年智能船舶發(fā)展更是百花齊放、亮點多多。可以預見，船舶智能化技術將重塑全行業(yè)生態(tài)，從設計、制造、檢驗、保險、運營、保養(yǎng)、維護、回收等全周期提升航運業(yè)的智能化水平，但人工智能技術本身還有不少難題需要攻克。正因為此，智能船舶要走向更輝煌的明天還需要全生態(tài)以一顆包容之心通力協(xié)作，不斷探索、勇于創(chuàng)新。

正如云洲智能董事長張云飛所說，“筋斗云”是美猴王的座駕，是中國人心中完美的無人駕駛神器，我們希望船舶實現(xiàn)自主航行，能在各方的包容和共同努力下向筋斗云一樣靈動飄逸，駛向未來！