尉子璇,鮑君忠,鄧志鵬

（1．浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；2．大連海事大學(xué)航海學(xué)院，遼寧大連 116026）

近年來(lái)，海上水面船舶自主化發(fā)展趨勢(shì)受到相關(guān)國(guó)際組織的關(guān)注。國(guó)內(nèi)外對(duì)船舶自主化的技術(shù)研究?jī)?nèi)容涉及自主規(guī)劃、自主航行、自主環(huán)境感知能力等多方面。船舶自主化是國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）以及其他非政府組織重要關(guān)注的發(fā)展方向，IMO 于2017年決定在2018～2019雙年工作計(jì)劃中增加關(guān)于“海上自主水面船舶(Maritime Autonomous Surface Ships,MASS)的法規(guī)梳理”的工作任務(wù)和相關(guān)議程，并制定相關(guān)公約規(guī)范以解決海上水面自主航行船舶的安全、安保、環(huán)保等一系列問(wèn)題。與此同時(shí)規(guī)范方面的研究也在跟進(jìn)，中國(guó)船級(jí)社、英國(guó)勞氏船級(jí)社、DNV-GL 船級(jí)社，日本船級(jí)社，美國(guó)船級(jí)社等國(guó)際主要船級(jí)社也先后發(fā)布了無(wú)人船的相關(guān)規(guī)范指南。然而目前MASS 船仍處于概念研究與試航階段，其定義與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)多樣化，測(cè)試與驗(yàn)證體系也不完善，相關(guān)國(guó)際海事公約法規(guī)尚未完整建立。

1 MASS 定義與分級(jí)

1.1 定義

針對(duì)MASS（智能船舶Smart ship/ 智能互聯(lián)船舶the connected ship/ 無(wú)人船 unmanned merchant vessels）的定義，業(yè)界仍尚未統(tǒng)一。2017年丹麥在向IMO 提交的報(bào)告中給出的MASS 定義為“能夠通過(guò)自動(dòng)化程序或系統(tǒng)提供決策支持，進(jìn)而取代部分或全部船員的操控及駕駛船舶工作，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的遠(yuǎn)程遙控。”。挪威船級(jí)社則將智能互聯(lián)船舶（the connected ship）定義為：“通過(guò)傳感器技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合船岸無(wú)縫連接以及決策支持工具，將創(chuàng)建一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心、響應(yīng)迅速的全球船舶運(yùn)輸集成網(wǎng)絡(luò)。隨著傳感器和通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程操作甚至無(wú)人駕駛船舶將成為現(xiàn)實(shí)，更多的船上進(jìn)行的活動(dòng)轉(zhuǎn)移到岸基中心”。中國(guó)船級(jí)社給出的智能船舶（smart ship）的定義是：利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動(dòng)感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸?shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶。IMO 和英國(guó)政府將其定義為海上水面自主船舶（MASS），其中IMO 認(rèn)為MASS“系指在不同程度上可以獨(dú)立于人員干預(yù)運(yùn)行的船舶”，英國(guó)政府將 MASS 定義為：“符合本守則界定的自主控制等級(jí)，能夠無(wú)須人員在船而能自主運(yùn)行的水面航行船舶”。

目前，針對(duì)海上水面自主船舶（無(wú)人船舶/自動(dòng)船舶/海事自主水面船舶/智能船舶等）的叫法業(yè)內(nèi)尚未統(tǒng)一。本文認(rèn)為不建議使用“無(wú)人船”，“自主船”的概念更妥當(dāng)。自主系統(tǒng)可以根據(jù)具體情況而改變自主等級(jí)，所以“自主船”可以將無(wú)人駕駛船舶、定期駕駛臺(tái)無(wú)人值班船舶、有人值班船舶均包含在內(nèi)。比較各個(gè)定義之后，認(rèn)為IMO 所給出的更為妥當(dāng)。

1.2 MASS 的分級(jí)和分類標(biāo)準(zhǔn)

各個(gè)國(guó)家組織從不同角度層面對(duì)船舶自主化程度進(jìn)行了分級(jí)，下表則對(duì)其作出了比較，研究各個(gè)規(guī)范的特點(diǎn)及優(yōu)缺。

由以上的MASS 分級(jí)可看出，有人駕駛需時(shí)要較多海員，海員負(fù)責(zé)監(jiān)控、授權(quán)系統(tǒng)執(zhí)行命令時(shí)會(huì)導(dǎo)致配員一定程度減少，完全自主時(shí)則無(wú)需配員或僅需幾個(gè)海員進(jìn)行岸基監(jiān)控。MASS 的分級(jí)導(dǎo)致船舶的配員均有所變化，兩者密不可分。

表1 船舶自主化分級(jí)及各自特點(diǎn)

2 MASS 技術(shù)發(fā)展研究

2.1 技術(shù)要求研制

MASS 的技術(shù)規(guī)范是研究時(shí)不可忽視的部分，由于各國(guó)研究的內(nèi)容和方向不盡相同，沒(méi)有形成一個(gè)技術(shù)規(guī)范的完整體系。本文根據(jù)SOLAS 公約，DNV 船級(jí)社的MASS 入級(jí)指南，中國(guó)船級(jí)社的《智能船舶規(guī)范》和挪威和波羅的海國(guó)際航運(yùn)公會(huì)向IMO 提交的文件中所涉及的MASS 技術(shù)規(guī)范要求，對(duì)MASS 的主要的技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行總結(jié)梳理并列出下述技術(shù)要求規(guī)范框架圖，如圖1所示?？蚣軋D主要包括船舶設(shè)施要求，安全操作要求，狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求和運(yùn)行試航等要求，同時(shí)向下對(duì)其進(jìn)行了細(xì)分，并且列出了對(duì)這些技術(shù)要求規(guī)范所涵蓋的具體內(nèi)容，例如探測(cè)要求所包含的水平視野，垂直視野，盲區(qū)視野等。

圖1 MASS 的技術(shù)要求規(guī)范框架

2.2 MASS 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)研究

隨著無(wú)人船技術(shù)研發(fā)的開(kāi)展，風(fēng)險(xiǎn)管理也成為業(yè)界關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。目前無(wú)人船正處于研發(fā)和試航階段，IMO 為確保MASS 相關(guān)系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境的安全性，出臺(tái)了試航導(dǎo)則，要求對(duì)試航時(shí)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并實(shí)施相應(yīng)控制措施將風(fēng)險(xiǎn)降到可接受范圍內(nèi)。

IMO 要求MASS 試航的安全性應(yīng)至少等同于傳統(tǒng)船舶，并強(qiáng)調(diào)了風(fēng)險(xiǎn)分析和控制在試航安全中的重要性，將風(fēng)險(xiǎn)管理和網(wǎng)絡(luò)安全列入試航導(dǎo)則的目標(biāo)中。綜合多個(gè)關(guān)于無(wú)人船的規(guī)范要求后發(fā)現(xiàn)，對(duì)無(wú)人船進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的流程一般涉及船舶事故狀態(tài)劃分，事故危害識(shí)別，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)界定與分析，控制措施實(shí)施四個(gè)方面。

中國(guó)船級(jí)社（CCS）在召開(kāi)的87K 目標(biāo)散貨無(wú)人船風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及系統(tǒng)功能識(shí)別會(huì)議中，對(duì)無(wú)人散貨運(yùn)輸船舶進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。評(píng)估基于現(xiàn)有公約的同等安全水平、現(xiàn)有技術(shù)和專業(yè)操作方法，以頭腦風(fēng)暴為主要方式，先后邀請(qǐng)60 余名專家，識(shí)別了無(wú)人散貨運(yùn)輸船舶從泊位到泊位的所有環(huán)節(jié)中危及海上安全和環(huán)保的風(fēng)險(xiǎn)，分析了每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因、后果，并充分對(duì)比有人散貨船的現(xiàn)有安全措施，從感知、通信、決策和操作四個(gè)方面提出無(wú)人船散貨船的控制風(fēng)險(xiǎn)的功能措施。在無(wú)人船風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與分析方面，Wróbel 使用海事事故的人因分析和分類系統(tǒng)法（Human Factor Analysis and Classification System of Maritime Accidents ,HFACSMA），對(duì)100 起傳統(tǒng)船舶海上事故進(jìn)行定性分析，進(jìn)而引入假設(shè)分析技術(shù)（What-If Analysis Technique），用以評(píng)估無(wú)人船的引入對(duì)事故的發(fā)生率及其后果的影響。Zhang 等人基于貝葉斯理論，使用利用算法對(duì)區(qū)間概率進(jìn)行推斷再區(qū)間概率轉(zhuǎn)換為點(diǎn)概率，驗(yàn)證了無(wú)人船風(fēng)險(xiǎn)模型中存在的不確定性，討論了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的不確定性影響決策步驟和潛在風(fēng)險(xiǎn)控制選項(xiàng)排序的過(guò)程。

3 總結(jié)

無(wú)人船風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究多基于FSA 所提出的風(fēng)險(xiǎn)分析流程，且多處于定性分析階段，少數(shù)船級(jí)社對(duì)無(wú)人船在航行，進(jìn)出港，靠離泊等過(guò)程進(jìn)行了危害識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)分析，使用的方法有頭腦風(fēng)暴法，風(fēng)險(xiǎn)矩陣法和專家評(píng)價(jià)法等。但規(guī)范指南所給計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值的方法，多使用精確數(shù)字，不能體現(xiàn)出風(fēng)險(xiǎn)因素內(nèi)在的模糊性和人類判斷力的偏好度和猶豫性，使研究難以獲得比較準(zhǔn)確的評(píng)估值，風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)學(xué)模型仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

MASS 的發(fā)展注定是一個(gè)艱難而漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)。相應(yīng)的規(guī)范也需要根據(jù)技術(shù)的進(jìn)步隨之更新，以確保MASS 航行時(shí)可以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)和污染等等。規(guī)范的制定與研究不但可以一定程度上推動(dòng)我國(guó)MASS技術(shù)發(fā)展，還可以提升我國(guó)在MASS 國(guó)際規(guī)范制定中的參與力度。