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智能船舶給海事監管帶來新機遇

2019-11-13 19:52:00
來源:中國船檢 編輯: 國際船舶網 我有話要說

智能船舶是指利用傳感器、通信、物聯網、互聯網等技術手段,自動感知和獲得船舶自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據,并基于計算機技術、自動控制技術和大數據處理和分析技術,在船舶航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行的船舶。

關于“智能船舶”的叫法在業內尚未統一。根據出發點和關注點的不同,“智能船舶”也被稱作“無人船”(USV)、“自主航行船舶”(MASS)等,本文采用的是中國船級社發布的《智能船舶規范》對其的命名與定義,意在強調其不止無需“船員”這一“無人”的特點,更重要的是其“會思考、能決策”的“智能”特點。

不同機構對智能船舶也提出了不同的分級方法,例如英國勞氏船級社根據智能船舶的網絡能力分為AL1—AL6共6個等級(AL0為不具備自主功能的手動操作級別),BV按照自動化程度從低到高分為Level 0-Level 4等級別,國際海事組織在討論相關議題時,則分為四個類別,其中1和4為自主船,2和3為遙控船。但是不論如何,智能船舶的根本特點可以歸納為三個方面:信息感知、遙控遙測、自主決策。

目前業界對智能船舶的關注點主要集中在商船,包括傳感、操控、通信等技術的應用、船舶的標準與規范、帶來的問題與挑戰等等。作為海事管理機構,一方面要積極應對,及時跟蹤智能化商船的發展,應對智能化商船帶來的監管挑戰;另一方面也要與時俱進,考慮在海事監管中應用智能船舶的可行性,用新手段解決新問題。本文立足于第二點,分析了智能船舶作為監管工具,在國內外涉海管理機構中的應用情況,探討了其在海事監管中的應用前景和可能存在的問題。

在涉海管理中應用情況

國際上,智能船舶已經逐漸從軍事用途擴展到民用,在海洋管理、環境監測等領域的應用屢見不鮮。Sea Machines公司開發的SM300智能船舶能夠實現遠程遙控、自助尋蹤、多艇協同等功能,美國運輸部海事管理局(MARAD)在2019年于波特蘭港對無人船SM300在提升溢油反應的安全性、實時性和實際效果等方面進行測試。韓國海洋與漁業部在2017年對無人船Aragon-II完成了海測。Aragon-II能夠在2.5米浪高下,以43節的最高速度航行。該船主要作用是監控海面油污以及遇險人員搜尋。意大利則開發了專門用于搜尋與救助的無人船SAND。圖1依次為SM300、Aragon-II以及SAND。

圖1 國外開發的智能船舶

國內方面,目前智能船舶的應用主要見于氣象、環保、水利、測繪等部門。早在2008年,中國航天科工集團公司就已經研制出中國第一艘無人駕駛海上探測船“天象一號”;國家海洋局第一海洋研究所同青島市環境監測中心站于2015年在棘洪灘水庫,利用無人船位點跟蹤技術,實現了遠距離定點遙控采水樣;劉培學、劉雨青等以小型無人船為載體,完成了海水環境巡檢及數據上傳。

綜合來看,智能船舶在海事監管機構的主要業務,包括通航秩序與通航環境管理、船舶防污染、海上搜救等方面尚未得到廣泛地推廣和應用,國外在這些方面也尚處于起步與測試階段。因此海事機關需要主動適應新形勢,善于利用新科技,主動探索智能船舶在海事監管中應用前景,這對應對未來的監管挑戰,搶占相關領域的話語權具有重要意義。

在海事監管中的應用前景

智能船舶將新技術與傳統船舶技術融合,實現了信息感知技術、通信導航技術、能效控制技術、航線規劃技術、狀態監測與故障診斷技術、遇險預警救助技術、自主航行技術等技術的融合應用,在海事監管數據收集、事故調查取證、遇險人員搜救、船艇養護等方面具有傳統船舶無法比擬的巨大優勢,必將為海事監管提供有力保障。

第一,減少人力投入。智能船舶的航行與操縱主要是通過自主決策完成,或者由少數岸基人員遙控指揮,智能船舶的無人化特點,減少了海事機關對海巡船艇專職船員的需求,顯著降低了人力成本。而且,人為因素是海上安全事故的主要原因,船艇操縱人員的操作過失、設備使用不當以及決策失誤都可能導致船舶事故,智能船舶可以進一步提高操作精度,降低事故率。

第二,協助調查取證。調查取證一直是海事管理的難題之一,對商漁船碰撞、不按規定航路航行等船舶違章行為的調查取證往往需要通過文書調查、事后溯源、航跡推演等手段進行,缺乏實時性和準確性。無人船通過搭載傳感設備和記錄設備,能夠對聲音、圖像、視頻等信息進行收集,并將信息進行記錄或者傳輸至岸,結合其搭載的環境感知設備所獲取的水流速度、能見度、溫濕度等信息,從而有效地協助海事機構進行調查取證,提高工作效率和證據說服力。

第三,提高使用效能。智能船舶無需船員空間和設備,降低了船員有關的用電負荷,大大提高了船艇的空間和能源使用效率,為智能船舶的模塊化應用提供了可行性;而且智能船舶具有較強的環境適應能力,能夠在惡劣海況、危險品泄漏、尤其是黑夜中執行巡航、搜救等任務,降低了船員的時間投入和風險投入,提高了船艇的使用效率。

第四,海上人命搜救。在實施海上人命搜尋中,智能船舶能夠根據具體任務,在研判已獲取信息(例如事故地點、洋流、溫度等)的基礎上,基于智能算法,制定出一系列最優決策,配合所搭載的紅外探測儀或者光電跟蹤系統,能夠全時段、全天候自動開展搜尋生命跡象行動,提高搜索效率,如能實現多艇協同、智能配合,則會更具優勢。一旦發現遇險人員,則可以利用遠程遙控,自動釋放救生艇筏,高效實施人命救助。

第五,污染監控與處理。污染監控,尤其是海上溢油監視,是智能船舶在國外已經推廣應用的主要方面,利用無人機與智能船舶的搭配融合,能夠及時發現海上溢油事故,盡早采取行動。智能船舶在污染防治處理方面也具有極大優勢,能夠代替操縱人員深入污染區域,避免人員接觸到毒性污染物,還可以在第一時間對污染源頭進行控制,避免危化物品污染擴大。

第六,減輕運維負擔。智能船舶不僅對外部信息具有較強的感知能力,還能夠對自身設備的運行情況進行監測和預報,從而可以使岸基人員及時了解船舶的健康狀態,并通過專家系統對船舶的實際運行情況進行綜合分析,準確判斷隱患設備,降低了船艇的運維負擔,提高了設備效率和運行可靠性。

在海事應用中面臨的挑戰

智能船舶給海事監管帶來新的機遇的同時,也帶來了若干挑戰。

操控技術:智能船舶減少了在船人員,但卻增加了岸基遠程操作人員。智能船舶的任務下達、數據交互、遠程操控等一系列任務都需要人員參與。而且這種參與與傳統的船舶操控技術具有很大的不同,需要海事機構加強對相關領域人才的儲備與培養。

數據傳輸:智能船舶在海上航行,尤其是執行海巡任務時,與岸基有大量的數據需要進行實時交互,這就對數據傳輸實時性、穩定性與可靠性提出了挑戰。5G技術為智能船舶的數據傳輸提供了新的途徑,但是5G網絡在海上的覆蓋情況卻值得觀察。

設備可靠性:傳統意義的“海巡艇”,萬一在海上發生事故或者設備出現故障,現場人員會及時予以修復或者維護,但是智能船舶的設備一旦出現問題,將很難獲得及時維修,甚至完全失控,后果不堪設想。因此智能船舶的設備可靠性和故障診斷就顯得尤為重要。

網絡安全:與商船不同,智能船舶在海事監管中應用較少涉及從防海盜、防商業泄密等維度,但是網絡安全仍然是智能船舶在海事監管中應用必須考慮的問題。在發展智能船舶過程中,需要借鑒相關部門在陸上互聯網系統積累的豐富經驗,確保網絡和數據傳輸安全。

總結與展望

在智能船舶時代即將到來之際,深入分析如何運用好智能技術,理清可能存在的難題與問題,借助智能船舶的優勢,并與海事監管業務相結合,可以大幅提高工作效率,改善工作條件,破解監管難題,對于提高海事監管的科學水平,打造智慧海事,具有重要的意義。

1、在引入智能船舶技術過程中,既要全面考慮與傳統業務、現有監管手段的結合與發展,也要前瞻性的考慮與大數據、物聯網、無人機等技術的融合。例如,智能船舶除了上述應用之外,是否可能作為無人機的施放與回收平臺,在數據傳輸上起到中繼站的作用,提高無人機的水上作業范圍與靈活性。

2、經過多年的發展,智能船舶技術已經比較成熟,但是仍然需要進一步挖掘海事監管需求,不斷完善智能船舶的功能,針對海事監管的需要,充分發揮智能船舶模塊化優勢,開發相應的智能設備與算法,例如在其他行業較少用到的水上巡航與搜救策略、污染源目標識別與取證、污染物擴散預判等等。

通過對智能船舶在國內外的應用對比,以及智能船舶的特點研究,可以發現智能船舶在海事監管機構的主要業務:通航秩序與通航環境管理、船舶防污染、海上搜救等方面具有很大的應用和發展潛力,只有主動適應新形勢,掌握新技術,未雨綢繆,提前布局,才能更好地應對未來的挑戰,勝任監管任務。

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