橫在“無(wú)人船”前的“三座大山”

“無(wú)人船”的優(yōu)勢(shì)

隨著近年來(lái)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)人駕駛船舶的概念開(kāi)始引起國(guó)際海事界的高度關(guān)注。2015年12月，中船集團(tuán)在其智能船舶發(fā)展論壇上發(fā)布一項(xiàng)名為I-Dolphin的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案以一艘載重量為3.88萬(wàn)噸級(jí)散貨船為母船，利用大數(shù)據(jù)和信息技術(shù)，對(duì)船舶的總體性能及狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)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(tuán)對(duì)外公布的設(shè)計(jì)方案來(lái)看，這艘智能船不僅將配備常規(guī)船舶所必須的動(dòng)力、操作與居住系統(tǒng)，還將在船舶航行期間通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)與岸上實(shí)現(xiàn)船舶航運(yùn)狀態(tài)與設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)通訊，并通過(guò)專家系統(tǒng)對(duì)船舶的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而確定船舶的操作策略并判斷船上設(shè)備是否需要進(jìn)行保養(yǎng)。中船集團(tuán)專家表示，理論上I-Dolphin是一艘能夠自主“思考”的船舶，無(wú)需船員操作即可實(shí)現(xiàn)自主航行。然而考慮到受目前通訊技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)制約可能產(chǎn)生的額外風(fēng)險(xiǎn)，I-Dolphin上依然會(huì)配備足夠的船員，以便在船舶自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠控制船舶。

與中船集團(tuán)的I-Dolphin設(shè)計(jì)方案相比，羅爾斯•羅伊斯公司于去年3月發(fā)布的一項(xiàng)名為“智能化橋樓”的概念已經(jīng)在一艘名為“StrilLuna”號(hào)的海工船上成功運(yùn)用。目前該公司已經(jīng)在挪威完成了一項(xiàng)用于船舶的遠(yuǎn)程導(dǎo)航虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的測(cè)試。該系統(tǒng)通過(guò)安裝在船上的攝像頭與傳感器將船舶360°視野實(shí)時(shí)傳回控制中心，并通過(guò)三維動(dòng)畫與虛擬現(xiàn)實(shí)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(guò)操作手柄輕松實(shí)現(xiàn)包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制與貨物搬運(yùn)在內(nèi)的各種船舶操作。從某種意義上來(lái)說(shuō)，全球首艘“無(wú)人船”“StrilLuna”號(hào)已經(jīng)問(wèn)世。

與有人駕駛的船舶相比，“無(wú)人船”的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)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(yíng)運(yùn)成本，特別是救生、消防、防污染等設(shè)備在船舶正常營(yíng)運(yùn)中基本不會(huì)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(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。如果未來(lái)船舶能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人駕駛，這些設(shè)備就可省卻，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)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(wú)人船”的設(shè)計(jì)方案中，船舶的操縱主要是通過(guò)專家決策系統(tǒng)與遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)在勞動(dòng)條件更好的岸上進(jìn)行操作，從而從根本上減少人為因素對(duì)船舶航行安全的影響。

中船集團(tuán)在其智能船發(fā)布會(huì)上宣稱中國(guó)制造的首艘智能船將于年內(nèi)問(wèn)世，而羅爾斯•羅伊斯公司高級(jí)副總裁OskarLevander在阿姆斯特丹“自動(dòng)航行科技研討會(huì)”上則認(rèn)為至少在2020年左右才會(huì)有全尺寸的“無(wú)人船”在海上航行。然而無(wú)論是采用人工智能方案還是遠(yuǎn)程遙控方案，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為依托的“無(wú)人船”，在問(wèn)世前還需要翻越信息傳輸安全性、動(dòng)力裝置穩(wěn)定性和遠(yuǎn)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(wú)人船”投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)前所必須解決的問(wèn)題。

未來(lái)的“無(wú)人船”上所運(yùn)用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、人工智能與遠(yuǎn)程控制技術(shù)等，在給船舶駕駛帶來(lái)種種便利的同時(shí)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(huì)”上，VerizonRISK安全團(tuán)隊(duì)披露了一個(gè)非常有趣的案例。一群海盜在劫持了某航運(yùn)企業(yè)的貨船后并沒(méi)有針對(duì)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(yáng)長(zhǎng)而去。

VerizonRISK安全團(tuán)隊(duì)在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，海盜在實(shí)施搶劫前已成功入侵這家企業(yè)的提單管理系統(tǒng)，對(duì)于船舶載運(yùn)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(gè)角度來(lái)看，未來(lái)的海盜可能無(wú)需再冒著被大浪卷入海底的風(fēng)險(xiǎn)登船搶劫，只需雇傭黑客通過(guò)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(lái)航運(yùn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中必須考慮的問(wèn)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(yàn)，未來(lái)的“無(wú)人船”控制系統(tǒng)完全可以借鑒這些經(jīng)驗(yàn)以確保船舶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全。然而不僅僅是船舶控制系統(tǒng)，未來(lái)航運(yùn)企業(yè)的自身信息系統(tǒng)安全等級(jí)的提升也非常重要。不少航運(yùn)企業(yè)早已配備了先進(jìn)的網(wǎng)管系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)上實(shí)時(shí)查看貨物與船舶的狀態(tài)，甚至船上某一具體設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，然而目前這些系統(tǒng)大多處于“裸奔”狀態(tài)。

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

動(dòng)力裝置的穩(wěn)定性

提升船舶動(dòng)力裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性也是未來(lái)“無(wú)人船”需要重點(diǎn)突破的技術(shù)障礙，持續(xù)穩(wěn)定的推進(jìn)動(dòng)力是船舶航行安全的重要保障。

在社會(huì)道路上行駛的“無(wú)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(wú)人船”一旦發(fā)生故障將很難獲得及時(shí)維修。因此“無(wú)人船”動(dòng)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(jī)動(dòng)力裝置運(yùn)動(dòng)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(dòng)進(jìn)行操作，在設(shè)備發(fā)生故障的情況下更是如此。

從這個(gè)意義上來(lái)看，單臺(tái)柴油機(jī)動(dòng)力裝置將難以滿足未來(lái)“無(wú)人船”對(duì)于動(dòng)力裝置穩(wěn)定性的要求。

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

采用不同類型的柴油機(jī)并車驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器可能是一種適合未來(lái)“無(wú)人船”的動(dòng)力布置方案。此類船舶將采用不同類型的兩種主機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器，在正常海況下使用經(jīng)濟(jì)性更好的低速二沖程柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，而當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)失效時(shí)可采用可靠性更高的四沖程柴油機(jī)作為應(yīng)急動(dòng)力裝置，以確保船舶在航行過(guò)程中不至失去動(dòng)力。

電力推進(jìn)也是未來(lái)“無(wú)人船”可能選擇的動(dòng)力布置方案之一，與柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器的方案相比，電力推進(jìn)的穩(wěn)定性與冗余度無(wú)疑更高，在技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jìn)系統(tǒng)或采用電力推進(jìn)所需支付的額外費(fèi)用相比，船東顯然更傾向于雇傭船員進(jìn)行操作。

遠(yuǎn)程操縱的可靠性

遠(yuǎn)程操縱的可靠性也是未來(lái)“無(wú)人船”需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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(yuǎn)不如汽車和飛機(jī)那樣靈活，與早已實(shí)現(xiàn)一人駕駛的飛機(jī)、火車和汽車相比，船舶是目前公認(rèn)的人類最難駕馭的交通工具。目前已實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的“StrilLuna”號(hào)是一艘能在惡劣海況下穿浪運(yùn)行的海工船。這類船身瘦小靈活且配備了大功率推進(jìn)系統(tǒng)與首尾輔助推進(jìn)裝置的海工船本身操縱性能較強(qiáng)，因此比較容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。而普通遠(yuǎn)洋貨輪受經(jīng)濟(jì)方面的制約在操縱性方面遠(yuǎn)不及設(shè)備先進(jìn)的海工船，航行中的操作相對(duì)海工船而言復(fù)雜很多。因此大型船舶航行過(guò)程中對(duì)于船舶狀態(tài)的控制更多是根據(jù)船長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)決策，如采用遠(yuǎn)程控制或人工智能的方式進(jìn)行操作必然會(huì)增加船舶航行中的風(fēng)險(xiǎn)。

作為“無(wú)人船”概念前身的“無(wú)人機(jī)艙”與“一人橋樓”技術(shù)在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶上的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也充分說(shuō)明了“無(wú)人船”概念的真正實(shí)現(xiàn)還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

“無(wú)人機(jī)艙”又稱“周期性無(wú)人值班機(jī)器處所”，是一種通過(guò)各類傳感、信號(hào)與控制系統(tǒng)取代輪機(jī)管理人員對(duì)船舶機(jī)艙內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制的設(shè)計(jì)概念，目前已在大部分遠(yuǎn)洋貨輪上廣泛采用。盡管這類船舶的機(jī)艙設(shè)備已實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，然而船舶在大風(fēng)浪與航道內(nèi)航行期間機(jī)艙依然容易發(fā)生需要輪機(jī)員人工排除的機(jī)械故障，船長(zhǎng)通常都會(huì)傾向于安排人員在機(jī)艙值班。

“一人橋樓”是一種駕駛臺(tái)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)理念，主要通過(guò)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(shí)現(xiàn)像駕駛汽車或者飛機(jī)那樣操縱船舶。然而駕駛船舶所需要的操作動(dòng)作遠(yuǎn)超過(guò)飛機(jī)和汽車，實(shí)踐中很難依靠一個(gè)人獨(dú)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(shí)踐中依然保持了兩人值班的管理制度。

然而，即使未來(lái)橫在“無(wú)人船”面前的信息傳輸安全性、動(dòng)力裝置穩(wěn)定性以及遠(yuǎn)程操縱可靠性“三座大山”被成功搬走。一向保守的航運(yùn)業(yè)以及航運(yùn)相關(guān)行業(yè)基于安全考慮，對(duì)于“無(wú)人船”的認(rèn)可度也未必會(huì)有相應(yīng)的提升。盡管“無(wú)人船”的設(shè)計(jì)方案可以在最大程度上降低人為因素的風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)也給船舶帶來(lái)了更多未知的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，與“無(wú)人船”配套的海事法規(guī)的出臺(tái)也是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

從這些方面來(lái)看，航運(yùn)業(yè)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都難以實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化”。然而，隨著船舶自動(dòng)化水平的不斷提升，船舶所需配員的逐漸減少依然是未來(lái)航運(yùn)業(yè)的大勢(shì)所趨。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。