橫在“無人船”前的“三座大山”

“無人船”的優(yōu)勢

隨著近年來大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，無人駕駛船舶的概念開始引起國際海事界的高度關(guān)注。2015年12月，中船集團在其智能船舶發(fā)展論壇上發(fā)布一項名為I-Dolphin的設(shè)計方案。該設(shè)計方案以一艘載重量為3.88萬噸級散貨船為母船，利用大數(shù)據(jù)和信息技術(shù)，對船舶的總體性能及狀態(tài)進行實時監(jiān)測、評估、分析，從而為航行操控和航線選擇提供優(yōu)化解決方案，盡最大可能減少因人為操作失誤而引發(fā)的安全事故。

從目前中船集團對外公布的設(shè)計方案來看，這艘智能船不僅將配備常規(guī)船舶所必須的動力、操作與居住系統(tǒng)，還將在船舶航行期間通過衛(wèi)星信號與岸上實現(xiàn)船舶航運狀態(tài)與設(shè)備運行狀況的實時通訊，并通過專家系統(tǒng)對船舶的實際運行情況進行綜合分析，進而確定船舶的操作策略并判斷船上設(shè)備是否需要進行保養(yǎng)。中船集團專家表示，理論上I-Dolphin是一艘能夠自主“思考”的船舶，無需船員操作即可實現(xiàn)自主航行。然而考慮到受目前通訊技術(shù)與自動化控制技術(shù)制約可能產(chǎn)生的額外風(fēng)險，I-Dolphin上依然會配備足夠的船員，以便在船舶自動化系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠控制船舶。

與中船集團的I-Dolphin設(shè)計方案相比，羅爾斯•羅伊斯公司于去年3月發(fā)布的一項名為“智能化橋樓”的概念已經(jīng)在一艘名為“StrilLuna”號的海工船上成功運用。目前該公司已經(jīng)在挪威完成了一項用于船舶的遠程導(dǎo)航虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的測試。該系統(tǒng)通過安裝在船上的攝像頭與傳感器將船舶360°視野實時傳回控制中心，并通過三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在控制中心的顯示屏上展示給船舶操作者，操作者可在岸上控制中心，通過操作手柄輕松實現(xiàn)包括發(fā)動機控制與貨物搬運在內(nèi)的各種船舶操作。從某種意義上來說，全球首艘“無人船”“StrilLuna”號已經(jīng)問世。

與有人駕駛的船舶相比，“無人船”的優(yōu)勢是顯而易見的。一方面，船上的絕大多數(shù)設(shè)備，如救生、消防、防污染與生活設(shè)施很大程度上是為船上工作人員服務(wù)的，這些設(shè)備不僅需要占據(jù)船上寶貴的空間，還將增加船東的營運成本，特別是救生、消防、防污染等設(shè)備在船舶正常營運中基本不會被利用，但為了確保這些設(shè)備的有效性，船東每年都需支付不菲的維護保養(yǎng)費用。如果未來船舶能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛，這些設(shè)備就可省卻，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益不言而喻。另一方面，隨著現(xiàn)代船舶性能的不斷提升，由于船員疲勞與不良情緒而導(dǎo)致的操作性失誤已成為危害船舶航行安全的最主要因素。在“無人船”的設(shè)計方案中，船舶的操縱主要是通過專家決策系統(tǒng)與遠程遙控系統(tǒng)在勞動條件更好的岸上進行操作，從而從根本上減少人為因素對船舶航行安全的影響。

中船集團在其智能船發(fā)布會上宣稱中國制造的首艘智能船將于年內(nèi)問世，而羅爾斯•羅伊斯公司高級副總裁OskarLevander在阿姆斯特丹“自動航行科技研討會”上則認為至少在2020年左右才會有全尺寸的“無人船”在海上航行。然而無論是采用人工智能方案還是遠程遙控方案，以先進的計算機、數(shù)據(jù)傳輸與虛擬現(xiàn)實技術(shù)為依托的“無人船”，在問世前還需要翻越信息傳輸安全性、動力裝置穩(wěn)定性和遠程操縱可靠性“三座大山”。

翻越“三座大山”

信息傳輸?shù)陌踩?/p>

提升信息傳輸?shù)陌踩允?ldquo;無人船”投入商業(yè)運營前所必須解決的問題。

未來的“無人船”上所運用的實時數(shù)據(jù)傳輸、人工智能與遠程控制技術(shù)等，在給船舶駕駛帶來種種便利的同時也為海盜的搶劫提供了更多選擇。在去年3月的“RSA加密算法安全大會”上，VerizonRISK安全團隊披露了一個非常有趣的案例。一群海盜在劫持了某航運企業(yè)的貨船后并沒有針對船上人員和船舶本身索要贖金，而是迅速找到目標(biāo)集裝箱，搶走箱內(nèi)的貴重貨物后揚長而去。

VerizonRISK安全團隊在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，海盜在實施搶劫前已成功入侵這家企業(yè)的提單管理系統(tǒng)，對于船舶載運貨物的情況了如指掌，并提前精確鎖定了搶劫目標(biāo)。

從這個角度來看，未來的海盜可能無需再冒著被大浪卷入海底的風(fēng)險登船搶劫，只需雇傭黑客通過攻擊智能船的控制系統(tǒng)即可成功控制船舶。

信息與數(shù)據(jù)安全將是未來航運業(yè)發(fā)展過程中必須考慮的問題。目前人類在陸上互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的防范方面已積累了非常豐富的經(jīng)驗，未來的“無人船”控制系統(tǒng)完全可以借鑒這些經(jīng)驗以確保船舶數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全。然而不僅僅是船舶控制系統(tǒng)，未來航運企業(yè)的自身信息系統(tǒng)安全等級的提升也非常重要。不少航運企業(yè)早已配備了先進的網(wǎng)管系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)上實時查看貨物與船舶的狀態(tài)，甚至船上某一具體設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況，然而目前這些系統(tǒng)大多處于“裸奔”狀態(tài)。

未來海盜如果無法破解“無人船”的控制系統(tǒng)，也可以攻擊航運企業(yè)的船隊管理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確篩選出那些機械設(shè)備已存在故障的船舶，以提高搶劫過程中登船的成功率。

動力裝置的穩(wěn)定性

提升船舶動力裝置運行的穩(wěn)定性也是未來“無人船”需要重點突破的技術(shù)障礙，持續(xù)穩(wěn)定的推進動力是船舶航行安全的重要保障。

在社會道路上行駛的“無人車”一旦發(fā)生事故可以方便地獲得維修保障，但是海洋特有的惡劣環(huán)境決定了在海上航行的“無人船”一旦發(fā)生故障將很難獲得及時維修。因此“無人船”動力裝置的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。

目前已在民用船舶上廣泛采用的低速柴油機動力裝置運動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，低速穩(wěn)定性不高，在惡劣海況、低速航行等特殊情況下依然需要船員手動進行操作，在設(shè)備發(fā)生故障的情況下更是如此。

從這個意義上來看，單臺柴油機動力裝置將難以滿足未來“無人船”對于動力裝置穩(wěn)定性的要求。

與單機單槳的常規(guī)貨船相比，采用雙機雙槳布置方案的船舶在動力裝置總體穩(wěn)定性與推進冗余度方面顯然更具優(yōu)勢。然而低速柴油機的工作原理決定了其在負載突變的工況下難以穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

采用不同類型的柴油機并車驅(qū)動推進器可能是一種適合未來“無人船”的動力布置方案。此類船舶將采用不同類型的兩種主機聯(lián)合驅(qū)動推進器，在正常海況下使用經(jīng)濟性更好的低速二沖程柴油機驅(qū)動，而當(dāng)主推進柴油機失效時可采用可靠性更高的四沖程柴油機作為應(yīng)急動力裝置，以確保船舶在航行過程中不至失去動力。

電力推進也是未來“無人船”可能選擇的動力布置方案之一，與柴油機直接驅(qū)動推進器的方案相比，電力推進的穩(wěn)定性與冗余度無疑更高，在技術(shù)上更容易實現(xiàn)遠程遙控。然而在目前人工成本尚可接受的大背景下，與增加一套推進系統(tǒng)或采用電力推進所需支付的額外費用相比，船東顯然更傾向于雇傭船員進行操作。

遠程操縱的可靠性

遠程操縱的可靠性也是未來“無人船”需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。海上惡劣的環(huán)境條件與海水巨大的阻力決定了船舶的操縱遠不如汽車和飛機那樣靈活，與早已實現(xiàn)一人駕駛的飛機、火車和汽車相比，船舶是目前公認的人類最難駕馭的交通工具。目前已實現(xiàn)無人化的“StrilLuna”號是一艘能在惡劣海況下穿浪運行的海工船。這類船身瘦小靈活且配備了大功率推進系統(tǒng)與首尾輔助推進裝置的海工船本身操縱性能較強，因此比較容易實現(xiàn)遠程遙控。而普通遠洋貨輪受經(jīng)濟方面的制約在操縱性方面遠不及設(shè)備先進的海工船，航行中的操作相對海工船而言復(fù)雜很多。因此大型船舶航行過程中對于船舶狀態(tài)的控制更多是根據(jù)船長的經(jīng)驗現(xiàn)場決策，如采用遠程控制或人工智能的方式進行操作必然會增加船舶航行中的風(fēng)險。

作為“無人船”概念前身的“無人機艙”與“一人橋樓”技術(shù)在遠洋運輸船舶上的實踐經(jīng)驗也充分說明了“無人船”概念的真正實現(xiàn)還需要相當(dāng)長的時間。

“無人機艙”又稱“周期性無人值班機器處所”，是一種通過各類傳感、信號與控制系統(tǒng)取代輪機管理人員對船舶機艙內(nèi)設(shè)備的運行狀況進行自動監(jiān)測與控制的設(shè)計概念，目前已在大部分遠洋貨輪上廣泛采用。盡管這類船舶的機艙設(shè)備已實現(xiàn)高度自動化，然而船舶在大風(fēng)浪與航道內(nèi)航行期間機艙依然容易發(fā)生需要輪機員人工排除的機械故障，船長通常都會傾向于安排人員在機艙值班。

“一人橋樓”是一種駕駛臺的自動化設(shè)計理念，主要通過電子集成技術(shù)將操作船舶的所有面板集中布置在駕駛員觸手可及的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)像駕駛汽車或者飛機那樣操縱船舶。然而駕駛船舶所需要的操作動作遠超過飛機和汽車，實踐中很難依靠一個人獨立完成。為確保船舶航行安全，幾乎所有配備“一人橋樓”的船舶在實踐中依然保持了兩人值班的管理制度。

然而，即使未來橫在“無人船”面前的信息傳輸安全性、動力裝置穩(wěn)定性以及遠程操縱可靠性“三座大山”被成功搬走。一向保守的航運業(yè)以及航運相關(guān)行業(yè)基于安全考慮，對于“無人船”的認可度也未必會有相應(yīng)的提升。盡管“無人船”的設(shè)計方案可以在最大程度上降低人為因素的風(fēng)險，但同時也給船舶帶來了更多未知的風(fēng)險。與此同時，與“無人船”配套的海事法規(guī)的出臺也是一個漫長的過程。

從這些方面來看，航運業(yè)在未來很長一段時間內(nèi)都難以實現(xiàn)“無人化”。然而，隨著船舶自動化水平的不斷提升，船舶所需配員的逐漸減少依然是未來航運業(yè)的大勢所趨。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。