劉江，任席偉

淺析智能航?，F(xiàn)狀與趨勢＊

劉江，任席偉

（武漢理工大學(xué) 航運(yùn)學(xué)院，湖北 武漢 430063）

人類的航海事業(yè)自遠(yuǎn)古時期走到今天，從遠(yuǎn)古時期的鑿木為舟到揚(yáng)帆起航，從千帆競發(fā)再到蒸汽動力，從蒸汽動力再到船舶的自動化信息化。人類的航海事業(yè)又何嘗不像一艘在浩瀚的海洋里乘風(fēng)破浪的理想之船，只是這片海洋沒有港口，中國的航海事業(yè)是不斷向前發(fā)展的。繼船舶的自動化信息化后，迎來的是智能化。隨著智能時代的逐漸到來，人工智能取得重大發(fā)展突破，大數(shù)據(jù)科學(xué)逐漸發(fā)展完善，現(xiàn)代計算機(jī)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展。在前所未有的科技變革中，人類的航海事業(yè)也迎來了智能航海大時代?；谥悄芎胶５陌l(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，分析智能航海中的相關(guān)問題與技術(shù)，提出了一些關(guān)于智能航海的思考。

智能航海；e-航海；人工智能；船聯(lián)網(wǎng)

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，交通領(lǐng)域正在發(fā)生著深刻的技術(shù)革命，船舶在實(shí)現(xiàn)自動化信息化之后，目前正在向智能化方向發(fā)展。雖然仍有著許多技術(shù)難題需要突破，但是毫無疑問，無人自主船舶一定會航行在世界上的任何海域。為了實(shí)現(xiàn)這個宏偉的目標(biāo)，國內(nèi)外相關(guān)科研院所、船舶公司、海事政府機(jī)構(gòu)展開了對智能船舶的全方位的研究，只有在船舶全方面實(shí)現(xiàn)了真正意義上的智能，船舶才是真正意義上的智能船舶，航海才是真正意義上的智能航海。

1 e-航海

1.1 e-航海的概念

在IMO （International Maritime Organization）海上安全委員會（MSC，Maritime Safety Committee）第81次會議上，提出了e-航海的定義。e-航海是指通過電子的方式，對船上、岸上的海事信息進(jìn)行協(xié)調(diào)一致的收集、整合、交換、顯示及分析，以增強(qiáng)船舶泊位到泊位的航行能力及其他相關(guān)服務(wù)，提高海上安全和安保水平，并保護(hù)海洋環(huán)境[1]。

e-航海的相關(guān)概念是“智能船舶”“智能航?！毕嚓P(guān)概念的雛形，e-航海是在船舶滿足自動化信息化之后，為進(jìn)一步提高海上運(yùn)輸效率、適應(yīng)智能化時代發(fā)展、進(jìn)一步發(fā)展航運(yùn)事業(yè)所做出的深刻技術(shù)革命。

正是由于e-航海的提出，無人自主船舶、智能航海才不斷走進(jìn)人們的視野。e-航海為智能航海打下了基礎(chǔ)，在未來的發(fā)展中，e-航海與無人自主船舶、智能航海有著密不可分的聯(lián)系。

1.2 e-航海下的無人自主船舶

e-航海條件下的無人自主船舶應(yīng)該具備怎樣的能力？ e-航海相關(guān)技術(shù)體系需要解決四大基本問題：感知、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、傳輸。因此在無人自主船舶的科技突破上，這四大基本問題同樣是關(guān)鍵所在，是研究無人自主船舶的重要領(lǐng)域。

2 智能航海的發(fā)展

2.1 時間維度上的智能航海

2.1.1 早期智能航海雛形

在1995年，美國曾創(chuàng)建了一個研究小組，該研究小組承擔(dān)的是秘密研究“智能艦艇”項(xiàng)目。1996-02，美國海軍將“智能艦艇”項(xiàng)目正式批準(zhǔn)為重要的發(fā)展計劃。美國構(gòu)想的這個艦艇，是一艘高度自動化、高效率、計算機(jī)化的艦 艇[1]。實(shí)際上，在這個研究方向上，已經(jīng)能夠看到智能船舶的雛形，這里所說的高度自動化，也即高度信息化、無人化。

1996年，挪威國防研究局啟動了“復(fù)合船體嵌入傳感器系統(tǒng)”項(xiàng)目；2012年，挪威船級社提出了“航運(yùn)2020”計劃。

2.1.2 近期智能航海發(fā)展

最近幾年，智能船舶飛速發(fā)展。挪威船級社在2015年更新了“航運(yùn)2020”計劃，提出了兩個極為重要的概念，即船舶混合推進(jìn)和連通性[1]。2017-07，在IMO海上安全委員會（MSC）第98屆會議上，將“Autonomous Ship”列入會議議程。

2018-04-07，挪威航運(yùn)公司威爾森集團(tuán)和康士伯建立了全球第一個智能船舶航運(yùn)公司“MASSTERLY”。同一天，威爾森集團(tuán)和康士伯將全球第一艘零排放無人駕駛船舶“YARA Birkeland”號投放到挪威南部一條長59.55 km的航線上?！癥ARA Birkeland”利用安裝的全球定位系統(tǒng)、攝像機(jī)、雷達(dá)和傳感器等，在航行的過程中自動規(guī)避障礙物和其他船舶，最終到達(dá)了指定地點(diǎn)。

2018-04-26，丹麥航運(yùn)巨頭馬士基集團(tuán)在集裝箱船上安裝了激光雷達(dá)、計算機(jī)視覺和感知軟件，進(jìn)行了智能感知等“無人自主船舶”核心技術(shù)測試。馬士基集團(tuán)成為世界首家在集裝箱船上進(jìn)行態(tài)勢感知和人工智能動力感知技術(shù)實(shí)驗(yàn)的公司。

2018-11-28，瓦錫蘭在挪威海事局的監(jiān)督下完成了“Folgefonn”號渡輪自動航行和自動到岸的實(shí)驗(yàn)[2]。

2018-12-03，芬蘭國有渡輪運(yùn)營商Finferries和Rolls- Royce公司在芬蘭圖爾庫市南部的群島進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?！癋alco”號汽車渡輪載有80名乘客，在羅羅智能船舶的技術(shù)下，完成了從芬蘭帕爾加斯到瑙沃之間的無人自主航行，并在遙控操作下完成了返航[2]。

這些還只是近些年智能航海發(fā)展的冰山一角，從國內(nèi)外相關(guān)科研院所、船舶公司和海事政府部門的研究來看[3-16]，智能航海已是大勢所趨，是無論如何都不能阻擋的。

對于現(xiàn)在所處的時代而言，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人類正在不斷走向智能化時代。隨著人工智能、云計算、綜合船橋系統(tǒng)和“大數(shù)據(jù)”等科學(xué)技術(shù)逐漸發(fā)展完善，智能船舶的研究不斷取得突破，因此智能航海絕不是空想，而是正在逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

2.2 科技維度上的智能航海

2.2.1 人工智能與智能航海

人工智能技術(shù)是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的分支，通過研究計算機(jī)來使機(jī)器具備人類的思維或智能行為[17]。近幾年，隨著人工智能技術(shù)的復(fù)活，交通領(lǐng)域發(fā)生深刻變化。無人駕駛汽車已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí)，國際上，有著已經(jīng)投入市場的具有自動駕駛儀的無人汽車，也有著無方向盤或踏板的全自動化的無人汽車。雖然人工智能技術(shù)用于船舶上的發(fā)展研究晚于汽車領(lǐng)域，但人工智能技術(shù)為實(shí)現(xiàn)智能航海提供了重要的技術(shù)支撐。隨著研究的不斷推進(jìn)，人工智能技術(shù)已與智能航海有著極其重要的關(guān)系。

2.2.2 “大數(shù)據(jù)”與智能航海

當(dāng)今，“大數(shù)據(jù)”已與人們的生活密不可分，通過運(yùn)用“大數(shù)據(jù)”技術(shù)，解決了許多科學(xué)發(fā)展上的難題。對于航海領(lǐng)域，通過運(yùn)用“大數(shù)據(jù)”技術(shù)，已可以在內(nèi)河水域監(jiān)控船舶的位置、航行狀態(tài)和機(jī)艙等主要設(shè)備的實(shí)時參數(shù)[18]。同時，“大數(shù)據(jù)”對于航線的規(guī)劃具有重要意義，未來智能航海需實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃航線目標(biāo)，而這需要大量數(shù)據(jù)的支撐?！按髷?shù)據(jù)”技術(shù)的飛速發(fā)展，為智能航海的航線自主規(guī)劃提供了無限可能。

2.2.3 “船聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)與智能航海

武漢理工大學(xué)曾借鑒“物聯(lián)網(wǎng)”的框架，提出了構(gòu)建“船聯(lián)網(wǎng)”體系。“船聯(lián)網(wǎng)”是以企業(yè)、船民、船舶、貨物為對象，融合“物聯(lián)網(wǎng)”的核心技術(shù)，將數(shù)據(jù)作為中心，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)建船貨互聯(lián)、船船互聯(lián)、人船互聯(lián)和船岸互聯(lián)的內(nèi)河服務(wù)網(wǎng)絡(luò)[19]。雖然這個概念具體針對內(nèi)河航運(yùn)，所想要實(shí)現(xiàn)的是內(nèi)河方面的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，但“船聯(lián)網(wǎng)”無疑為實(shí)現(xiàn)智能航海提供了極其新穎的思路。能夠在內(nèi)河領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)相關(guān)技術(shù)，則一定能在遠(yuǎn)洋領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)，從而加快智能航海的發(fā)展進(jìn)程。

3 智能航海對航運(yùn)的影響

智能航海一定會到來，這是不能阻擋的。對于智能航海，不能只停留在對技術(shù)的思考上，它涉及面廣，所影響的是整個航運(yùn)，甚至是整個世界。

當(dāng)然，現(xiàn)階段的“無人自主船舶”不是指船舶上沒有船員，但船員數(shù)量的減少是一定的。如何處理好船員的數(shù)量與智能船舶的關(guān)系，在短期內(nèi)使船員與智能船舶達(dá)到和諧的狀態(tài)，這是在發(fā)展智能化船舶時不能回避的問題。

船舶與港口是密不可分的有機(jī)整體，過去一直把精力放在了智能船舶的研究發(fā)展上，是否忽視了智能港口的發(fā)展？希望通過智能化船舶來提高航運(yùn)的效率，如果實(shí)現(xiàn)了船舶的智能化，但是港口卻不能跟上智能船舶的效率，在一定程度上反而會制約智能船舶，降低整體航運(yùn)效率。所以，在研究發(fā)展智能船舶的過程中，同樣需要推進(jìn)“智能港口”的研究，實(shí)現(xiàn)“智能船舶”與“智能港口”的有機(jī)智能統(tǒng)一整體。

在航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展過程中，制定了與航運(yùn)相關(guān)的許多法律法規(guī)，在這些法律法規(guī)的保障下，航海事業(yè)得以有序發(fā)展。但是當(dāng)智能航海時代到來時，之前制定的有關(guān)航運(yùn)的法律法規(guī)可能將不再適用，因此需要在智能航海的框架下制訂新的法律法規(guī)。不能等到智能船舶全面在海上航行的時候，再去思考制訂適合智能船舶的法律法規(guī)，應(yīng)該使相關(guān)法律法規(guī)的制訂與智能船舶的研究同步推進(jìn)協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)論

從目前智能航海的發(fā)展現(xiàn)狀來看，智能航海的研究飛速發(fā)展，智能航海時代一定會到來。在實(shí)現(xiàn)這個過程中會遇到許多的困難，需要進(jìn)一步解決智能船舶的通信導(dǎo)航技術(shù)、信息感知技術(shù)、智能航線規(guī)劃、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、遇險預(yù)警救助技術(shù)和自主航行等相關(guān)技術(shù)[20]。隨著綜合船橋系統(tǒng)、云計算、人工智能和“大數(shù)據(jù)”等科學(xué)技術(shù)的不斷突破，一些關(guān)鍵技術(shù)正在不斷發(fā)展完善。未來的航海將是高度信息化的智能航海，智能船舶一定會航行在世界上的任何海域，而離實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)也不會太遙遠(yuǎn)。

［1］王程博，張新宇，李俊杰.基于e-航海的無人駕駛船舶技術(shù)［J］.集美大學(xué)學(xué)報，2018，5（4）：67-68.

［2］王思佳.造船業(yè)的麒麟之爭［J］.珠江水運(yùn)，2019（1）：32-33.

［3］李文然，曹文勝.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化船舶簽證系統(tǒng)［J］.交通建設(shè)與管理，2014（6）：184-187.

［4］劉和祥，邊信黔，秦政，等.基于前視聲吶AUV避碰規(guī)劃研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2007（24）：5672-5679.

［5］高宗江，張英俊，孫培廷.無人駕駛船舶研究綜述［J］.大連海事大學(xué)學(xué)報，2017，43（2）：1-7.

［6］朱勇強(qiáng).基于e-航海關(guān)鍵技術(shù)的智慧海事建設(shè)［J］.中國海事，2016（4）：22-25.

［7］李樹兵.沿海港口e-航海頂層設(shè)計［J］.大連海事大學(xué)學(xué)報（社科版），2015，14（1）：20-26.

［8］曾曉光.智能船舶發(fā)展研究［R］.國外艦船裝備與技術(shù)發(fā)展報告，2014.

［9］龔瑞良，吉雨冠.智能船舶技術(shù)和無人駕駛技術(shù)研究［J］.船舶，2016，27（5）：82-87.

［10］朱紹凡，張新宇，許長彬.船舶交通海事服務(wù)集研究綜述［J］.中國水運(yùn)，2016，16（11）：65-67.

［11］劉勇，蔡延財.智能化船舶隔振系統(tǒng)的控制技術(shù)設(shè)計［J］.船海工程，2007，37（6）：115-117.

［12］賀辭.CCS《智能船舶規(guī)范》六大功能模塊要求［J］.中國船檢，2016（3）：84-85.

［13］湯天浩.船舶智能化信息系統(tǒng)的探討［J］.上海造船，2007（3）：29-31.

［14］張鐵軍，王玉林，朱勇強(qiáng).e-航海概論［M］.北京：人民交通出版社，2015.

［15］NIELSEN J D.Fault tolerance and reliability in integrated ship-the Atomos concept［C］//International Conference on Control Applications，2002.

［16］LIU G W，RODRIGO P，JESUS A M，et al. Internet of Ships：The Future Ahead［J］.World Journal of Engineering and Technology，2016（4）：220-227.

［17］王宇樓.人工智能的現(xiàn)狀及今后的發(fā)展趨勢展望［J］.科技展望，2016（22）：299.

［18］梁云芳，謝俊元，陳虎，等.智能船舶的發(fā)展研究［J］.船舶力學(xué)，2017，26（4）：146-149.

［19］柳晨光，初秀民，謝朔，等.船舶智能化研究現(xiàn)狀與展望［J］.船舶工程，2016，38（3）：69-72.

［20］嚴(yán)新平.智能船舶的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.交通與港航，2016，3（1）：23-26.

劉江，男，武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院本科在讀，研究方向?yàn)楹胶＜夹g(shù)。任席偉，男，武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院本科在讀，研究方向?yàn)楹胶＜夹g(shù)。

武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新研究基金本科生項(xiàng)目（編號：2019-HY-A1-01）

U665

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.030

2095－6835（2019）24－0074－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕