李源/中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院

羅·羅公司在船舶智能化技術(shù)方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，并正在按計(jì)劃一步步推進(jìn)，以最終實(shí)現(xiàn)船舶無人自主航行。

早在上世紀(jì)90年代，就有機(jī)構(gòu)開始對船舶自主航行進(jìn)行研究，今天，船舶智能技術(shù)是海事界的重點(diǎn)研究方向，越來越多的智能技術(shù)項(xiàng)目啟動(dòng)和開展，船舶智能技術(shù)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)船舶高度的自主化，并且自主航行船舶能夠與普通船舶或部分自主船舶在擁擠的交通環(huán)境下并駕齊驅(qū)。2016年10月，挪威開放了世界首個(gè)自主航行船舶指定試驗(yàn)水域。同年11月，英國自動(dòng)化船舶公司與挪威康仕伯格簽訂諒解備忘錄，聯(lián)合建造世界首艘用于海工、科研和漁業(yè)的無人全自動(dòng)船，該船建成后，將在挪威試驗(yàn)水域進(jìn)行試驗(yàn)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為相比前兩年，2017年自主航行船舶領(lǐng)域有望取得更大的突破。

羅爾斯·羅伊斯公司是海事領(lǐng)域先進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng)制造商，業(yè)務(wù)范圍涵蓋船舶設(shè)計(jì)、船用系統(tǒng)整合以及動(dòng)力和推進(jìn)設(shè)備的供應(yīng)和服務(wù)。每天有價(jià)值超過5000億美元的船用設(shè)備系統(tǒng)通過羅·羅公司實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，這使得公司具備了應(yīng)用大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

目前該公司的一個(gè)重要研發(fā)方向即為船舶智能技術(shù)領(lǐng)域，已持續(xù)投入開展了多項(xiàng)研發(fā)。其研究重點(diǎn)可分為兩大類，一類是智能子系統(tǒng)，利用數(shù)字技術(shù)，為客戶提供設(shè)備健康管理和能源管理方面的增值服務(wù)，并進(jìn)一步拓展到自動(dòng)通行、智能感知以及避碰系統(tǒng)等智能航行所需的基本系統(tǒng)，其中一些研究成果已實(shí)現(xiàn)或有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。另一類是全船平臺的智能化，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自主航行。

智能子系統(tǒng)

羅·羅公司從2005年開始從事船舶智能技術(shù)的前期開發(fā)，2008年發(fā)布了設(shè)備健康管理（EHM）產(chǎn)品，2013年開始開發(fā)能源管理（EM）產(chǎn)品，2014年EM產(chǎn)品發(fā)布。

EHM可以與船舶和海工裝置上的設(shè)備以及船岸的通信基礎(chǔ)設(shè)施整合，實(shí)現(xiàn)無縫顯示，并為船舶和海工裝備提供操作和維護(hù)建議，提高裝備和設(shè)備的可用性、減少停機(jī)時(shí)間、延長維護(hù)間隔。目前EHM產(chǎn)品可用于發(fā)動(dòng)機(jī)、側(cè)推、AHTS絞車和驅(qū)動(dòng)器。

EM可以對船舶在各種運(yùn)營模式下的燃料消耗情況進(jìn)行分析和報(bào)告，還具有實(shí)時(shí)咨詢功能，提升操作性能，降低能耗。

由于市場占有率較高，羅·羅公司EHM和EM系統(tǒng)可收集到大量的數(shù)據(jù)，結(jié)合來源于其航空業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，為該公司后繼船舶智能技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

自動(dòng)通行系統(tǒng)

2016年羅·羅公司與挪威渡船公司Fjordl簽訂合同，為后者提供世界首個(gè)自動(dòng)通行系統(tǒng)（automatic crossing system）。將用于控制2艘新的雙頭電池動(dòng)力渡船，在挪威港口間航行。

自動(dòng)通行系統(tǒng)能控制船舶航速和跟蹤航程，與船上的兩臺羅·羅azipu11全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器配合，可對外部環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性響應(yīng)，確保行為優(yōu)化和效率優(yōu)化。系統(tǒng)能自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)船長也能在需要時(shí)使用傳統(tǒng)操縱系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。該系統(tǒng)可以作為附加系統(tǒng)安裝在任何羅·羅標(biāo)準(zhǔn)方位推進(jìn)器上，便于現(xiàn)有船舶改裝及該概念未來的大量推廣。該自動(dòng)通行系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控和自主航行船舶目標(biāo)的重要一步。

這兩艘渡船由土耳其Tersan船廠建造，計(jì)劃于2018年初運(yùn)營。

智能感知系統(tǒng)

對于遙控船舶和自主航行船舶來說，準(zhǔn)確感知周圍的環(huán)境與控制船舶同等重要。目前羅·羅公司已與Stena Line簽定合同共同開發(fā)首個(gè)智能感知系統(tǒng)，計(jì)劃于2017年底發(fā)布商業(yè)化的智能感知產(chǎn)品。通過融合大量的傳感器數(shù)據(jù)和船上已有系統(tǒng)的信息，該系統(tǒng)使船員對周邊環(huán)境能夠更好地感知。

Stena Line是全球最大的輪渡公司之一，目前正在一艘實(shí)船上試用該系統(tǒng)，其運(yùn)營的渡船航線，尤其在夏季，周圍有許多小艇和障礙物，正好可以試驗(yàn)系統(tǒng)在這種環(huán)境下的操作。該系統(tǒng)對于船員來說是一個(gè)增強(qiáng)型的決策支持工具，增加了船舶的安全性。

智能感知系統(tǒng)的第一階段仍是以船員為操作的主體，系統(tǒng)向船員提供建議。下一步計(jì)劃在2018年將智能感知系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)連接，逐步向自主航行的方向發(fā)展。

MAXCMAS項(xiàng)目

羅·羅公司正在與LR等機(jī)構(gòu)共同研發(fā)MAXCMAS項(xiàng)目——滿足避碰規(guī)則（COLREGS）的自主航行。目標(biāo)是開發(fā)能滿足避碰規(guī)則的船舶自主操縱和航線規(guī)劃系統(tǒng)。避碰規(guī)則確定性的部分比較簡單，但涉及人工判斷的部分比較復(fù)雜，比如，當(dāng)遭遇方未讓路時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急避碰。這種情況下通過觀察人類專家在類似情況下的行為(使用航海模擬器)來確定專家系統(tǒng)的規(guī)則。

智能船舶

通過智能化子系統(tǒng)的研究和相關(guān)成果的運(yùn)用，羅·羅公司聯(lián)合業(yè)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)正在開展智能船舶的研究。有兩個(gè)主要項(xiàng)目，一個(gè)是先進(jìn)自主航行應(yīng)用（AAWA）項(xiàng)目，另一個(gè)是軍用無人自主平臺概念。先進(jìn)自主航行應(yīng)用項(xiàng)目，在短期內(nèi)，將支持客戶自動(dòng)操作和航行，使船員專注于更有價(jià)值的任務(wù)。船舶安全性由另外的系統(tǒng)保障。未來，通過自動(dòng)選擇任務(wù)和自動(dòng)處理，減少人機(jī)交互，同時(shí)人仍是關(guān)鍵決策和船上專家意見的中心要素。更遠(yuǎn)期的目標(biāo)則是將遙控和自主操作向自主航行船舶發(fā)展。

AAWA項(xiàng)目下一步的發(fā)展思路

羅爾斯·羅伊斯無人駕駛船舶

智能船舶 來源：LR

先進(jìn)自主航行應(yīng)用項(xiàng)目

2015年6月，羅·羅公司主導(dǎo)了一項(xiàng)由芬蘭創(chuàng)新基金資助的先進(jìn)自主航行應(yīng)用項(xiàng)目，該項(xiàng)目總投資660萬英磅，參與方包括大學(xué)、船舶設(shè)計(jì)公司、制造企業(yè)以及船級社，目標(biāo)是設(shè)計(jì)下一代自主航行船舶。

AAWA項(xiàng)目主要研究三個(gè)領(lǐng)域：傳感器融合、控制算法、通信與連接。其中傳感器主要綜合利用不同類型的雷達(dá)、高精度相機(jī)、熱成像和激光探測與測量(LiDAR)等傳感技術(shù)控制算法，重點(diǎn)關(guān)注遙控和自主航行船舶的導(dǎo)航與避碰，控制算法的開發(fā)是一個(gè)逐步和反復(fù)迭代的過程，需要大量試驗(yàn)和模擬。另外，自主航行船舶仍然需要人工輸入，因此船岸互聯(lián)非常關(guān)健。并且通信必須是雙向、精確、規(guī)?；坝啥嘞到y(tǒng)支持，滿足冗余要求和風(fēng)險(xiǎn)最小化。主要研究結(jié)合現(xiàn)有通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主船舶控制的最優(yōu)方式。羅·羅公司已經(jīng)建立了自主船舶模擬控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)連接衛(wèi)星通信鏈和陸基系統(tǒng)。

AAWA項(xiàng)目分為三個(gè)階段，后續(xù)兩個(gè)階段利用第一個(gè)階段產(chǎn)生的成果，主要研究以下內(nèi)容：

●使用模擬器和不同環(huán)境條件下的海上試驗(yàn)，對自主操作技術(shù)進(jìn)行開發(fā)和試驗(yàn)；

●從全面系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)評估的角度，研究新技術(shù)可能產(chǎn)生的新風(fēng)險(xiǎn)(已知和未知危險(xiǎn))，從而開發(fā)新的解決方法；

●在國家層面上探索建造和運(yùn)營示范船的法律挑戰(zhàn)，并考慮對IMO規(guī)則的適當(dāng)修改，使遙控船舶和自主航行船舶在所有法規(guī)層面成為現(xiàn)實(shí)；

●建立不同船型自主操作的成本和收入模型；

第二階段的成果主要關(guān)于全尺度示范船的技術(shù)、法規(guī)和安全方面的要求。第三階段目標(biāo)是建造全尺度商業(yè)示范船。目前項(xiàng)目進(jìn)行到第二階段，將為首艘商業(yè)示范應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)和規(guī)則的準(zhǔn)備工作，這項(xiàng)工作計(jì)劃于2017年底完成，隨后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

軍用無人自主平臺

羅·羅公司公布了一項(xiàng)單一任務(wù)船舶的自主航行計(jì)劃，計(jì)劃遠(yuǎn)程操作一艘60米長、載重700噸、航速超過25節(jié)的船舶航行100天以上，航程達(dá)3500海里。羅·羅公司通過實(shí)施該計(jì)劃，為未來海軍使用的無人自主平臺概念作準(zhǔn)備。

隨著國防預(yù)算壓力的持續(xù)増加，各國海軍紛紛尋求無人技術(shù)以降低船員和全壽命周期成本。預(yù)計(jì)在未來的10年左右，中等大小的無人平臺就有可能在先進(jìn)國家的海軍艦隊(duì)中出現(xiàn)，有人和無人混合艦隊(duì)概念將被開發(fā)。無人自主平臺可以用于沿海巡邏、后勤支持或作為艦隊(duì)配置的一部分，保護(hù)常規(guī)有人艦艇，增強(qiáng)海軍操作能力，減少人員風(fēng)險(xiǎn)，降低建造、使用成本。

無人平臺將完全改變船舶的設(shè)計(jì)，許多居住系統(tǒng)和住艙可以去除，使船舶尺寸更小，建造成本更低。但是沒有船員也意味著動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)可靠性的要求增加了。羅·羅公司計(jì)劃將先進(jìn)的智能設(shè)備管理和系統(tǒng)冗余結(jié)合起來，避免損失成本和空間。開發(fā)一套自主航行支持工具，例如能源管理、設(shè)備健康監(jiān)控、預(yù)報(bào)和遠(yuǎn)程維護(hù)，確保無人平臺的可實(shí)施性。

這些軍用無人平臺的操作特征比普通無人商船更復(fù)雜，因?yàn)檐娪闷脚_需要執(zhí)行多任務(wù)，比如從A點(diǎn)巡邏到B點(diǎn)，避免船舶風(fēng)險(xiǎn)和航行風(fēng)險(xiǎn)。在A和B之間的某些點(diǎn)，無人平臺可能探測到可疑物，比如潛艇，此時(shí)任務(wù)將轉(zhuǎn)變?yōu)楦櫤捅O(jiān)視，動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)為超安靜模式以避免被發(fā)現(xiàn)。

羅·羅公司計(jì)劃尋找合作伙伴聯(lián)合開發(fā)軍船航行任務(wù)自主控制系統(tǒng)。軍用自主平臺可能包括許多單一任務(wù)，如巡邏和監(jiān)視、探測水雷或艦隊(duì)掩護(hù)，同時(shí)更大的有人艦船將覆蓋多種任務(wù)。海軍可以通過艦隊(duì)中的多種平臺混合搭配使用，滿足任務(wù)要求，并降低成本。

羅·羅oX陸基控制中心

為了能覆蓋多種單一任務(wù)，羅·羅公司正在調(diào)查自主推進(jìn)系統(tǒng)的適應(yīng)性和模塊化概念，從而創(chuàng)建一個(gè)多任務(wù)平臺。這種平臺可以在一次任務(wù)中作為無人航空器的母船平臺，也可以在下一次任務(wù)中作為潛艇偵察平臺。

由于擁有海事領(lǐng)域廣泛的產(chǎn)品范圍以及航空領(lǐng)域先進(jìn)的數(shù)據(jù)分折能力，羅·羅公司在船舶智能化技術(shù)方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，并正在按計(jì)劃一步步推進(jìn)，以最終實(shí)現(xiàn)船舶無人自主航行。

除了羅·羅公司，全球還有很多機(jī)構(gòu)正在開展船舶智能技術(shù)的研究，許多項(xiàng)目是以船配企業(yè)為主在開展，比如康仕伯格、瓦錫蘭、MAN、卡特彼勒、ABB等，這些項(xiàng)目多為依托優(yōu)勢業(yè)務(wù)領(lǐng)域，對部分智能系統(tǒng)開展研究，例如遠(yuǎn)程診斷健康管理系統(tǒng)、無人船避碰系統(tǒng)、集成推進(jìn)和機(jī)器設(shè)備監(jiān)控的遙控系統(tǒng)等。有一些自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品可將航行、動(dòng)力定位、動(dòng)力管理和安全管控子系統(tǒng)全部集成在一個(gè)控制系統(tǒng)中，還可進(jìn)一步集成在線診斷和遠(yuǎn)程服務(wù)功能，比如康仕伯格為一艘計(jì)劃2018年交付的冰級游船提供集成航行和自動(dòng)化系統(tǒng)。

很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，船舶自主航行的時(shí)代可能會(huì)比我們想象的來得更快一些。毫無疑問，智能船舶和無人船舶將重新定義海事界及相關(guān)各方，船舶智能化將使船東和運(yùn)營商對船舶擁有完全的感知和控制能力，有利于其優(yōu)化資產(chǎn)利用率，并最終優(yōu)化拓展運(yùn)營。對數(shù)據(jù)的利用，也將使船舶變得更安全、更高效，操作成本更低。另外，大量跨領(lǐng)域新技術(shù)的使用，可能使海事業(yè)面臨來自非傳統(tǒng)競爭者的競爭壓力。 ★