作者:田瑞颖 沈春蕾 来源: 中国科学报 发布时间:2019-6-27 5:8:33
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无人驾驶船舶“靠岸”需“破冰”

 

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目前的技术难点主要是智能感知、导航定位和自主巡航,其核心仍然是人工智能软硬件技术,包括核心传感器和智能算法。

■本报见习记者 田瑞颖 记者 沈春蕾

1912年,英国大型豪华客船泰坦尼克号因撞上大西洋的冰山而沉没,造成1500多船员和旅客死亡。倘若泰坦尼克号客船拥有强大的自主航行智能系统,可自动感知获取船舶及其环境信息,自动航行靠泊、报警、维修、启动应急方案,历史的悲剧或被改写。

不久前,劳斯莱斯技术公司和芬兰国有渡轮运营商Finferries在芬兰图尔库市南部的群岛上展示了世界上第一艘完全自主运行的渡轮。近日,中国科学院合肥智能机械研究所副主任余道洋在接受《中国科学报》采访时表示:“随着技术的成熟和资本的介入,无人驾驶船舶将是大势所趋。”

无人驾驶船舶的时代,似乎离“靠岸”越来越近。然而,真正“靠岸”还需对核心智能技术、法规政策等困境进行“破冰”。

颠覆船舶行业

无人驾驶船舶技术是指人工智能技术在船舶上的应用。随着传感器和智能驾驶技术的突破,多国已开始涉足无人驾驶船舶领域。2016年,罗尔斯·罗伊斯(又称劳斯莱斯)公司就发布了“高级无人驾驶船舶应用开发计划”(AAWA)。

“目前,美国、以色列、英国、法国、意大利和日本等发达国家在USV(无人水面艇)领域的技术水平较高。”余道洋说,“我国也已开展相关研究,但船体智能化总体设计、关键部件、智能软件和数学模型等方面的关键技术还较为薄弱,且无人水面艇主要集中于民用领域。”

据国际海事局(IMO)通过的《国际安全管理规则》(ISM-CODE)显示,在所有的海上事故中,约80%是人为因素造成的。无人驾驶船舶技术的应用被认为将大幅提高船舶航行的安全性,降低船舶运营成本。

除安全性外,船员成本也是船舶运营中的一大难题。余道洋表示,长江航道有70万艘船舶,其中1000吨以上的船舶占50%,仅长江航道上船员缺口就达近万人。

智慧航海(青岛)科技有限公司董事长姜海鹰告诉《中国科学报》,目前船东们为维持航运低谷期的运营,都在设法降低人员成本,这也是船舶为何越建越大的原因之一。“自主航行运输货船的发展,是不可逆的趋势,这对人员安全、成本、监管和环保等方面的改善,都是非常有必要的。”

此前,对即将在2020年实现完全自动运营的Yara Birkeland无人驾驶电动集装箱船,《华尔街日报》刊文称:“其运载能力相当于传统货船的3倍左右,由于不再需要燃料和船员,每年可以节约至多90%的运营成本。”

仍需突破核心技术

2018年12月,工业和信息化部、交通运输部、国防科工局联合印发了《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》(以下简称《行动计划》),明确提出初步建立智能船舶规范标准体系,突破航行态势智能感知、自动靠离泊等核心技术等,“保持我国智能船舶发展与世界先进水平同步”。

虽然世界主要造船国家正大力推进智能船舶的研制与应用,但《行动计划》指出,全球智能船舶仍处于探索和发展的初级阶段,智能感知等核心技术尚未突破。以亮相芬兰的世界首艘完全自主运行的渡轮为例,其航行水域环境相对简单、水流平稳、航道交通流量较小,而真正的水域环境往往复杂多变且可能出现各种突发情况。

国际上无人船舶的关键技术被总结为“GNC”,即Guidance(自主巡航)、Navigation(导航定位)、Control(自动控制),具体包括船体设计、自主巡航、导航定位、自动控制、通信网络、自主决策、传感与感知、电源系统、动力与推进系统、人机交互系统等。

“目前的技术难点主要是智能感知、导航定位和自主巡航,其核心仍然是人工智能软硬件技术,包括核心传感器和智能算法。”余道洋告诉《中国科学报》。

为应对复杂多变的海上环境,无人驾驶船舶对海上通信系统的高宽带、低延时、低成本等提出了更高要求。一般而言,需要在船舶上配备北斗系统、公众移动通信系统、铱星系统、海事卫星系统等,以提高通信效率。然而,随着船岸通信量的增加,如何规避黑客攻击、信息泄露等网络安全问题也接踵而至。

对此,余道洋认为,无人驾驶船舶的关键技术之一是系统冗余,需要具备多路通信信道,且相互独立。此外,还需建立高可靠性和安全性的云系统以防范黑客攻击,同时使其在没有网络的情况下也具备自主决策能力,例如长时间没有通信网络将自主返航。

攻克关键技术离不开资金的支持。“目前无人驾驶船舶缺少大型企业和资本的战略性投资,因为资本还没有看到短期内的巨大市场前景和市场容量。”余道洋说,“目前无人驾驶船舶的研究还需要国家和地方政府提供资金支持。”

加快推进顶层设计

《行动计划》还指出,目前全球智能船舶的定义、分级分类尚未统一,智能船舶标准体系、测试与验证体系亟待建立,智能技术工程化应用十分有限,相关国际海事公约法规研究刚刚起步。

《国际海上人命安全公约》中规定“各船旗国要根据自己制定的最低配员规定为船舶配备合格船员”。此公约内容显然不符合无人驾驶船舶的实际发展情况。

业内人士提出,交通运输部应鼓励有关研究部门提早开展相关法规研究,提出法规修正提案,重点应开展保障无人驾驶船舶的海上航行安全、船舶海上避碰规则、法律责任和保险等法规研究,提出修改建议案,提高我国在国际海事领域的话语权。

“无人驾驶船舶要想获得海事部门的‘通行证’,还需要相应的技术规范和标准进行指导。”余道洋说,无人船舶整机和关键部件目前没有形成相应的技术规范和标准,因此要加快制定相关标准。

姜海鹰对此也表示,如何使无人驾驶船舶符合国内、国际规定,需要相关部门和国际海事相关组织尽快研究制定,“否则将制约智能航运的发展”。

“在现有技术标准和法规还没有出台的情况下,应在相关部门的领导下,加快测试场的建设和实验船的运营实验,只有掌握大量的实验数据,才能够为技术、标准和法规的制定提供可靠的支撑,进而投入自主航行运输船舶的建造和经营。” 姜海鹰进一步说道。

受访专家还表示,无人驾驶船舶技术的推进还需加快人才培养,引进智能船舶专业人才,增强后备人才培养;加强国际合作,利用全球创新资源,加快推进产业链、创新链、价值链的全球配置,全面提升智能船舶发展能力。

《中国科学报》 (2019-06-27 第7版 信息技术)
 
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