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目前的技術(shù)難點(diǎn)主要是智能感知、導(dǎo)航定位和自主巡航,其核心仍然是人工智能軟硬件技術(shù),包括核心傳感器和智能算法。
■本報(bào)見習(xí)記者 田瑞穎 記者 沈春蕾
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(qiáng)大的自主航行智能系統(tǒng),可自動(dòng)感知獲取船舶及其環(huán)境信息,自動(dòng)航行靠泊、報(bào)警、維修、啟動(dòng)應(yīng)急方案,歷史的悲劇或被改寫。
不久前,勞斯萊斯技術(shù)公司和芬蘭國有渡輪運(yùn)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(yùn)行的渡輪。近日,中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所副主任余道洋在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示:“隨著技術(shù)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(shí)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(shù)、法規(guī)政策等困境進(jìn)行“破冰”。
顛覆船舶行業(yè)
無人駕駛船舶技術(shù)是指人工智能技術(shù)在船舶上的應(yīng)用。隨著傳感器和智能駕駛技術(shù)的突破,多國已開始涉足無人駕駛船舶領(lǐng)域。2016年,羅爾斯·羅伊斯(又稱勞斯萊斯)公司就發(fā)布了“高級無人駕駛船舶應(yīng)用開發(fā)計(jì)劃”(AAWA)。
“目前,美國、以色列、英國、法國、意大利和日本等發(fā)達(dá)國家在USV(無人水面艇)領(lǐng)域的技術(shù)水平較高。”余道洋說,“我國也已開展相關(guān)研究,但船體智能化總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件、智能軟件和數(shù)學(xué)模型等方面的關(guān)鍵技術(shù)還較為薄弱,且無人水面艇主要集中于民用領(lǐng)域。”
據(jù)國際海事局(IMO)通過的《國際安全管理規(guī)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(shù)的應(yīng)用被認(rèn)為將大幅提高船舶航行的安全性,降低船舶運(yùn)營成本。
除安全性外,船員成本也是船舶運(yùn)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(dá)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(xué)報(bào)》,目前船東們?yōu)榫S持航運(yùn)低谷期的運(yùn)營,都在設(shè)法降低人員成本,這也是船舶為何越建越大的原因之一?!白灾骱叫羞\(yùn)輸貨船的發(fā)展,是不可逆的趨勢,這對人員安全、成本、監(jiān)管和環(huán)保等方面的改善,都是非常有必要的?!?/p>
此前,對即將在2020年實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)運(yùn)營的Yara Birkeland無人駕駛電動(dòng)集裝箱船,《華爾街日報(bào)》刊文稱:“其運(yùn)載能力相當(dāng)于傳統(tǒng)貨船的3倍左右,由于不再需要燃料和船員,每年可以節(jié)約至多90%的運(yùn)營成本?!?/p>
仍需突破核心技術(shù)
2018年12月,工業(yè)和信息化部、交通運(yùn)輸部、國防科工局聯(lián)合印發(fā)了《智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2019—2021年)》(以下簡稱《行動(dòng)計(jì)劃》),明確提出初步建立智能船舶規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系,突破航行態(tài)勢智能感知、自動(dòng)靠離泊等核心技術(shù)等,“保持我國智能船舶發(fā)展與世界先進(jìn)水平同步”。
雖然世界主要造船國家正大力推進(jìn)智能船舶的研制與應(yīng)用,但《行動(dòng)計(jì)劃》指出,全球智能船舶仍處于探索和發(fā)展的初級階段,智能感知等核心技術(shù)尚未突破。以亮相芬蘭的世界首艘完全自主運(yùn)行的渡輪為例,其航行水域環(huán)境相對簡單、水流平穩(wěn)、航道交通流量較小,而真正的水域環(huán)境往往復(fù)雜多變且可能出現(xiàn)各種突發(fā)情況。
國際上無人船舶的關(guān)鍵技術(shù)被總結(jié)為“GNC”,即Guidance(自主巡航)、Navigation(導(dǎo)航定位)、Control(自動(dòng)控制),具體包括船體設(shè)計(jì)、自主巡航、導(dǎo)航定位、自動(dòng)控制、通信網(wǎng)絡(luò)、自主決策、傳感與感知、電源系統(tǒng)、動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)等。
“目前的技術(shù)難點(diǎn)主要是智能感知、導(dǎo)航定位和自主巡航,其核心仍然是人工智能軟硬件技術(shù),包括核心傳感器和智能算法?!庇嗟姥蟾嬖V《中國科學(xué)報(bào)》。
為應(yīng)對復(fù)雜多變的海上環(huán)境,無人駕駛船舶對海上通信系統(tǒng)的高寬帶、低延時(shí)、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(tǒng)、公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)、銥星系統(tǒng)、海事衛(wèi)星系統(tǒng)等,以提高通信效率。然而,隨著船岸通信量的增加,如何規(guī)避黑客攻擊、信息泄露等網(wǎng)絡(luò)安全問題也接踵而至。
對此,余道洋認(rèn)為,無人駕駛船舶的關(guān)鍵技術(shù)之一是系統(tǒng)冗余,需要具備多路通信信道,且相互獨(dú)立。此外,還需建立高可靠性和安全性的云系統(tǒng)以防范黑客攻擊,同時(shí)使其在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下也具備自主決策能力,例如長時(shí)間沒有通信網(wǎng)絡(luò)將自主返航。
攻克關(guān)鍵技術(shù)離不開資金的支持。“目前無人駕駛船舶缺少大型企業(yè)和資本的戰(zhàn)略性投資,因?yàn)橘Y本還沒有看到短期內(nèi)的巨大市場前景和市場容量?!庇嗟姥笳f,“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?!?/p>
加快推進(jìn)頂層設(shè)計(jì)
《行動(dòng)計(jì)劃》還指出,目前全球智能船舶的定義、分級分類尚未統(tǒng)一,智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系、測試與驗(yàn)證體系亟待建立,智能技術(shù)工程化應(yīng)用十分有限,相關(guān)國際海事公約法規(guī)研究剛剛起步。
《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”。此公約內(nèi)容顯然不符合無人駕駛船舶的實(shí)際發(fā)展情況。
業(yè)內(nèi)人士提出,交通運(yùn)輸部應(yīng)鼓勵(lì)有關(guān)研究部門提早開展相關(guān)法規(guī)研究,提出法規(guī)修正提案,重點(diǎn)應(yīng)開展保障無人駕駛船舶的海上航行安全、船舶海上避碰規(guī)則、法律責(zé)任和保險(xiǎn)等法規(guī)研究,提出修改建議案,提高我國在國際海事領(lǐng)域的話語權(quán)。
“無人駕駛船舶要想獲得海事部門的‘通行證’,還需要相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指導(dǎo)?!庇嗟姥笳f,無人船舶整機(jī)和關(guān)鍵部件目前沒有形成相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),因此要加快制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
姜海鷹對此也表示,如何使無人駕駛船舶符合國內(nèi)、國際規(guī)定,需要相關(guān)部門和國際海事相關(guān)組織盡快研究制定,“否則將制約智能航運(yùn)的發(fā)展”。
“在現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)還沒有出臺的情況下,應(yīng)在相關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)下,加快測試場的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)船的運(yùn)營實(shí)驗(yàn),只有掌握大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),才能夠?yàn)榧夹g(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定提供可靠的支撐,進(jìn)而投入自主航行運(yùn)輸船舶的建造和經(jīng)營。” 姜海鷹進(jìn)一步說道。
受訪專家還表示,無人駕駛船舶技術(shù)的推進(jìn)還需加快人才培養(yǎng),引進(jìn)智能船舶專業(yè)人才,增強(qiáng)后備人才培養(yǎng);加強(qiáng)國際合作,利用全球創(chuàng)新資源,加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、價(jià)值鏈的全球配置,全面提升智能船舶發(fā)展能力。