本刊記者 胥苗苗

“筋斗云0號(hào)”首航，標(biāo)志著我們國家在智能船領(lǐng)域有了新的探索。

2019年12月15日，由珠海云航智能技術(shù)有限公司組織研發(fā)的“筋斗云0號(hào)”自主航行貨船正式啟航，駛向港珠澳大橋1號(hào)碼頭。標(biāo)志著“筋斗云0號(hào)”正式開啟自主航行的探索和實(shí)踐，推動(dòng)智能航運(yùn)發(fā)展進(jìn)程，加速智能航運(yùn)時(shí)代到來。

“筋斗云0號(hào)”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(dòng)。歐洲通過相關(guān)項(xiàng)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(xiàng)目，并提出多個(gè)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(yùn)界，較“無人駕駛”更科學(xué)的概念是“自主航行船舶”。國際海事組織（IMO）開始關(guān)注船舶領(lǐng)域的無人駕駛，并在MSC99次會(huì)議上提出了L1-L4自主航行四級(jí)劃分。至2019年6月，國際海事組織 MSC101次會(huì)議，通過了“自主船舶試航暫行指南”，標(biāo)志著船舶與汽車一樣，具備了試航的法規(guī)基礎(chǔ)。正是在這樣的背景下，船舶的分階段智能，包括增強(qiáng)感知、輔助駕駛，遠(yuǎn)程遙控、自主航行在內(nèi)，以智能航行為核心,涵蓋智能機(jī)艙、智能船體、智能貨物管理、智能能效管理和智能集成平臺(tái)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(hào)”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(hào)”的初衷，是通過建造實(shí)船，實(shí)現(xiàn)自主航行技術(shù)落地。為技術(shù)研發(fā)、測試驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定提供平臺(tái)。通過演示驗(yàn)證和示范運(yùn)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(gòu)建自主航行船舶乃至智能航運(yùn)的生態(tài)體系。

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

中國船級(jí)社科創(chuàng)試驗(yàn)中心主任蔡玉良對(duì)記者表示，“筋斗云0號(hào)”的成功首航，對(duì)于船舶自主航行技術(shù)的研發(fā)、測試、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)程控制技術(shù)探索和應(yīng)用實(shí)踐的試驗(yàn)平臺(tái)，推動(dòng)自主船舶技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)落地。中國工程院院士嚴(yán)新平表示，智能船發(fā)展是行業(yè)熱點(diǎn)，“筋斗云0號(hào)”首航，標(biāo)志著我們國家在智能船領(lǐng)域有了新的探索。

小塊頭，大智慧

據(jù)云航智能研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，“筋斗云0號(hào)”是按照中國船級(jí)社《沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范》要求設(shè)計(jì)和建造的，將按照IMO《MASS試航暫行指南》展開評(píng)估和測試。雖然“筋斗云0號(hào)”船舶的尺度較小，核定船長12.86m，總噸位24噸，但是在設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)議（iTTC）”推薦的KVLCC2線型進(jìn)行了縮比，保留了母船的水動(dòng)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(shè)計(jì)考慮到貨船的推進(jìn)系統(tǒng)特性，采用了定距螺旋槳推進(jìn)和流線型普通舵操縱，其運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特征具有高度非線性，作為欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其控制的維度高、惰性明顯。鑒于其在船體結(jié)構(gòu)、水動(dòng)力特性、操縱性等方面與常規(guī)貨船的一致，項(xiàng)目組研發(fā)的自主航行系統(tǒng)可快速在貨運(yùn)船舶快速推廣應(yīng)用，具有極高的研究開發(fā)價(jià)值。

“筋斗云0號(hào)”從設(shè)計(jì)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(jìn)系統(tǒng)，數(shù)字化控制，全船為自主航行鋪設(shè)的線纜超過1000m，重量超過250kg，整船具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警功能，是典型的數(shù)字化船舶。自主航行系統(tǒng)的構(gòu)建充分借鑒了“網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS”、“信息物理系統(tǒng)CPS”、“分布式計(jì)算DCS”等領(lǐng)域的成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。項(xiàng)目組構(gòu)建了以平臺(tái)為基礎(chǔ)，以算法為支撐的系統(tǒng)，可以進(jìn)行船端的“感知”“決策”和“控制”，同時(shí)借助“數(shù)字孿生技術(shù)”在岸基控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)督和控制船舶，初步實(shí)現(xiàn)自主航行。接下來，項(xiàng)目組將在該系統(tǒng)的支持下開展多船會(huì)遇避碰、自主靠離泊試驗(yàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)沿海和內(nèi)河自主航行示范。

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

據(jù)有關(guān)報(bào)告顯示，未來船舶實(shí)現(xiàn)無人自主航行，船舶設(shè)計(jì)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(yùn)營成本，減少15%的燃油消耗并大幅度降低排放。對(duì)于萬億美元的船舶、航運(yùn)市場而言，空間巨大。

2019年12月1日，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在港珠澳大橋1號(hào)碼頭完成遠(yuǎn)程遙控靠離泊，并在珠海水域完成自主避碰（對(duì)遇）測試，證明“筋斗云0號(hào)”整套自主航行系統(tǒng)已初步實(shí)現(xiàn)自主航行功能。事實(shí)上，“筋斗云0號(hào)”實(shí)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(fù)責(zé)人介紹，船舶實(shí)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(huì)遇避碰決策，船舶操縱等功能，是人工智能技術(shù)在船舶領(lǐng)域的垂直深化。以感知技術(shù)為例，除雷達(dá)、AIS等傳統(tǒng)感知設(shè)備用于中遠(yuǎn)距離達(dá)到環(huán)境感知，越來越多團(tuán)隊(duì)提出了視覺技術(shù)、激光雷達(dá)（近距離）在船舶感知領(lǐng)域的技術(shù)方案。船舶自身是一個(gè)多自由度的位移狀態(tài)，在陸地上已較為成熟的感知技術(shù)受到了極大挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步開發(fā)完善。

“筋斗云0號(hào)”電力推進(jìn)系統(tǒng)

據(jù)云航智能研發(fā)負(fù)責(zé)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(wù)控制，并通過必要的通信實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶狀態(tài)和航行情況。該負(fù)責(zé)人透漏，“筋斗云0號(hào)”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?！巴ㄐ旁诖皩?shí)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(shí)時(shí)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(shí)，利用信息融合、去冗余技術(shù)，團(tuán)隊(duì)已能通過衛(wèi)星通信（帶寬在1Mb以下）等方式實(shí)現(xiàn)機(jī)艙數(shù)據(jù)、雷達(dá)、AIS等實(shí)時(shí)回傳。

在“筋斗云0號(hào)”項(xiàng)目進(jìn)展過程中，除開技術(shù)方面的問題，團(tuán)隊(duì)還需要應(yīng)對(duì)更多具體的困難。團(tuán)隊(duì)首先需要平衡實(shí)際需求與研發(fā)需求。船舶不同于普通設(shè)備，其運(yùn)營維護(hù)涉及面廣，需要考慮因素特別多。噸位做大，海況適應(yīng)性更強(qiáng)、運(yùn)力也會(huì)更大，但同時(shí)也意味著建造成本上升，需要更多的配員，提高運(yùn)營維護(hù)成本。云航智能負(fù)責(zé)人表示，自項(xiàng)目發(fā)布以來，圍繞需求論證、技術(shù)開發(fā)，項(xiàng)目合作四方做了大量工作。珠海市投入建設(shè)海上測試場，為測試驗(yàn)證提供環(huán)境和條件；武漢理工大學(xué)參與需求和方案論證，完成了平臺(tái)的設(shè)計(jì)；中國船級(jí)社給予了大量的指導(dǎo)意見，并在船舶入級(jí)檢驗(yàn)方面給予了大力支持。任何新生事物要想取得好的結(jié)果，都離不開自我堅(jiān)持和伙伴的支持。正是各方的共同推動(dòng)和全方位合作，才加速了“筋斗云0號(hào)”的技術(shù)開發(fā)和測試驗(yàn)證，共同翻開自主航行技術(shù)的新篇章。

“筋斗云0號(hào)”只是開始

“筋斗云0號(hào)”項(xiàng)目，涉及的范圍不僅僅在于船舶平臺(tái)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(hào)”項(xiàng)目計(jì)劃未來還將從以下幾個(gè)方面逐步推進(jìn)。據(jù)云航研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，自主航行涉及技術(shù)領(lǐng)域眾多，以“筋斗云0號(hào)”自主航行系統(tǒng)為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)還將進(jìn)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(huì)遇避碰決策技術(shù)、船端自主航行系統(tǒng)集成、岸端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研發(fā)、信息去冗余與通信集成技術(shù)、船舶運(yùn)動(dòng)模型技術(shù)、基于以上技術(shù)的駕駛意識(shí)與駕駛技藝構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)安全、船舶數(shù)字孿生、定義船舶自主航行系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和界面接口（API），構(gòu)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(shù)開發(fā)、測試環(huán)境建設(shè)方面，由于自主航行的測試技術(shù)和測試環(huán)境目前尚未建立，依托“筋斗云0號(hào)”項(xiàng)目，船舶自主航行測試技術(shù)開發(fā)和測試環(huán)境建設(shè)將進(jìn)一步展開。具體包括：虛擬仿真測試，依托船級(jí)社仿真平臺(tái)，展開自主航行系統(tǒng)的仿真測試；虛實(shí)融合測試，依托仿真平臺(tái)、數(shù)字孿生平行系統(tǒng)，“筋斗云0號(hào)”實(shí)船、萬山測試場，展開虛實(shí)融合測試技術(shù)開發(fā)和環(huán)境建設(shè)；實(shí)船測試環(huán)境，依托萬山測試場，展開實(shí)船測試的環(huán)境建設(shè)，確保實(shí)船測試安全可控。

自主航行與航保方面，依托“筋斗云0號(hào)”，團(tuán)隊(duì)將積極聯(lián)系航保部門，在現(xiàn)有e航海等航保設(shè)施和系統(tǒng)基礎(chǔ)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(yàn)的海事管理方面，依托“筋斗云0號(hào)”，按照MASS試航暫行指南的要求，完成相關(guān)評(píng)估和論證，提出自主航行試驗(yàn)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(yàn)的海事管理。并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)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(yùn)營示范方面，依托“筋斗云0號(hào)”，展開內(nèi)河、沿海的商業(yè)運(yùn)營示范，重點(diǎn)研究自主航行的運(yùn)營成本、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，真實(shí)掌握自主航行的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。在自主航行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，“筋斗云0號(hào)”在自主航行系統(tǒng)研發(fā)過程中，逐步按照中國船級(jí)社智能船舶規(guī)范的要求，取得自主航行方向的符號(hào)。

“筋斗云0號(hào)”只是開始，業(yè)界看重的是首制船帶來的示范意義和推動(dòng)作用。在首航儀式上，云洲智能董事長張?jiān)骑w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(hào)”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(guān)的技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)和測試驗(yàn)證。云航智能負(fù)責(zé)人表示，希望“筋斗云0號(hào)”能吸引更多產(chǎn)業(yè)鏈伙伴投入自主航行相關(guān)設(shè)備的研制開發(fā)，更多業(yè)內(nèi)專家關(guān)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(gè)智能船舶項(xiàng)目，并發(fā)布了相關(guān)成果?？梢哉f全球范圍內(nèi)，以自主航行為核心的智能船舶技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在進(jìn)入一個(gè)新的階段，圍繞智能船舶的標(biāo)準(zhǔn)體系、測試與驗(yàn)證體系正在逐步建立。中國方面，中國政府繼《智能船舶行動(dòng)計(jì)劃2019-2021》后，在今年5月又發(fā)布了《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)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(diǎn)多多?？梢灶A(yù)見，船舶智能化技術(shù)將重塑全行業(yè)生態(tài)，從設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、保險(xiǎn)、運(yùn)營、保養(yǎng)、維護(hù)、回收等全周期提升航運(yùn)業(yè)的智能化水平，但人工智能技術(shù)本身還有不少難題需要攻克。正因?yàn)榇?，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?jiān)骑w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(shí)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(dòng)飄逸，駛向未來！