智能船舶作为智能航运的关键核心要素,其发展受到了广泛关注。智能船舶包含智能航行和智能机舱等多项功能,其中智能航行是智能船舶的“外显”功能,是依靠“智能技术”解决航行过程中船舶与外部环境的矛盾关系,即船舶“运动”的控制。
智能航行难度高、挑战大,需要大量的资源投入和坚实的工业基础,全球范围内,智能航行技术的开发和应用虽已取得不少令人瞩目的阶段性进展,但仍存诸多挑战。
欧洲在2012年就启动了智能化及网络支持的海上无人导航系统项目。经过十年来的持续努力,欧洲在沿海短途运输船舶、拖轮、渡轮以及内河船舶、船队的智能航行方面取得了明显进展。目前最具代表性的成果是2021年11月完成处女航的全球首艘全电动智能航行集装箱船Yara Birkeland。该轮长79.5m、型宽14.8m、型深12m、满载吃水6m、载箱量120TEU,具有遥控驾驶和自主航行系统,并建有岸基遥控中心。
此外,欧盟宣称,将在2025年实现自主航行商船全球营运;英国发布了《海事2050战略》,将技术开发放在未来发展的核心位置;荷兰发布的发展路线远程遥控无人在船的水平,近海船将配备智能航行系统,为减少船员配备创造条件。
早在2014年,日本就开始了智能船舶应用平台项目,建立了船舶设备数据的标准化方法,以提高船舶的智能化水平。依托该项目成果,日本主导制定了ISO 16425《船载设备和系统通信网络布设指南》、ISO 19847《用于现场数据共享的船舶数据服务器》和ISO 19848《船载机械设备的标准数据》三项国际标准,具有较强影响力。
2020年6月,日本财团(THE NIPPON FUNDATION)真正开始启动了5类船舶智能航行项目的研发,并于2022年初完成实船验证,实现了船舶智能航行领域的多项技术突破,引起全球关注,其中代表性成果包括“SUZAKU号”集装箱船、“Mikage号”集装箱船、“Sunflower号”渡船等。
在现代重工的带领下,韩国电子通信研究院等机构开发了船域网,提供统一接口,还支持船岸之间的数据交换。韩国计划用5年时间(2020—2025)突破智能航行、机械自动化、测试验证、规范标准等自主船舶核心技术,实现近海和远洋有船员在船和无船员在船的遥控驾驶,取得海面智能航行船(MASS)建造优势。此外,2022年6月,韩国超大型天然气运输船“Prism Courage号”完成了首次远洋智能航行。
此外,国际组织也在积极地推进智能航行相关事宜。国际海事组织(IMO)自MSC 98次会议以来,完成了公约法规梳理,提出了MASS层级划分框架,制定了MASS临时测试导则。2022年4月,MSC 105次会议确定启动《MASS CODE》工作,拟着重关注货船,计划在2024年下半年以非强制性规则通过,2028年1月1日转为强制性规则。IMO将建立跨MSC、LEG和FAL的联合工作组,促进MASS相关法规问题的协调解决。
国际海道测量组织(IHO)成立了MASS项目组,主要负责梳理MASS导航需求,分析MASS对现行海道测量标准和服务的影响。国际航标协会(IALA)已着手编制《IALA MASS指南》,要求各国从通信、VTS监管、岸基信息服务等角度提出方案与建议。
可以预见,国际组织的上述行动特别是《MASS CODE》的制订,将加速MASS合法化进程,加快其推广应用,也将为未来的MASS国际治理提供立法基础。这也将意味着《MASS CODE》必将由技术领先国家主导,对我国而言既是机遇更是重大挑战。
目前,我国智能航行技术探讨研究也取得一些成果,主要有:中国船级社发布的《智能船舶规范(2015)》,将智能航行定义为“利用计算机技术、控制技术等对感知和获得的信息做多元化的分析和处理,对船舶航路和航速进行设计和优化;可行时,借助岸基支持中心,船舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境条件下自动避碰,实现自主航行”;2016年启动的“智能船舶1.0”专项,将辅助决策作为重要研究内容,通过应用智能技术来弥补船员在监控、经验、决策等方面的客观不足;2017年,武汉理工大学启动船舶安全辅助驾驶系统项目,针对长江下游汽渡船航行及环境等特点,研发安全辅助驾驶系统,并于次年应用于南京长江板桥汽渡。
而国家重点研发计划项目《基于船岸协同的船舶智能航行与控制关键技术》提出了船舶智能航行与控制协同理论的概念和基础原理,并将成果集成应用于沿海集装箱船“智飞号”和两艘内河船。“智飞号”长约115米,载箱量316TEU,是目前世界上最大的智能航行集装箱船。目前,“智飞号”已经在山东沿海开展常态化航行。
2022年5月,全球首艘智能型无人系统母船“珠海云”号正式下水,该船总长88.5米,设计排水量约2000吨,配备了远程操控、自动巡航系统,具备远程遥控和开阔水域自主航行功能。
此外,我国已积累了一批智能航行技术探讨研究与应用的案例,并形成了多支相关研究力量,包括以武汉理工大学、大连海事大学、哈尔滨工程大学、交通运输部水运科学研究院、中国船级社、交通运输部北海航海保障中心、中国船舶第七〇四研究所、智慧航海(青岛)科技有限公司等为代表的研发技术力量、以山东海事局等直属海事局为代表的海事监管研究力量,以大连海事大学为代表的法律研究力量。
但与国外相比,我国智能航行技术发展有几个不足:虽然已有战略与政策引导,但是具体目标和阶段任务不够清晰和具象化;虽然在船东的支持下,在各研发单位的共同努力下,取得了不同程度的阶段性成果,初步实现了船舶智能航行技术的自主,但统筹协调不够,缺乏以中长期目标为导向而全面谋划布局的大项目,尚未形成有利于可持续发展的生态系统;智能航行技术探讨研究活跃,实船应用示范的规模和程度滞后。
发展智能航行技术既是我国引领国际智能船舶发展、主导国际航运规则制定、提升国际航运地位、保障国家安全的重大历史机遇,也是国家发展特别是海洋强国、交通强国、航运强国建设的客观需要。
智能航行技术的应用将带动航运有关技术和产业升级发展。船舶智能航行涉及智能环境感知、交通态势认知、信息传输融合、避碰决策方法、船舶运动控制等多项技术,需要相关技术和产业支持配套。发展船舶智能航行,可有效促进船舶设计、建造、测试、运营、维保等相关领域的产业投入与技术进步,提升我国船舶感知、探测、定位、导航、控制、通讯、动力等相关设备的研发与制造水平,进而提高市场占有率,产生巨大的产业带动效应。
同时,智能航行技术“船岸协同”发展路线的确立,可有效带动航海保障、安全监管等有关技术与装备发展。
我国虽是名副其实的航运大国和造船大国,但距离航运、造船强国还有很大的差距,自主研发能力薄弱,关键设备和高的附加价值系统长期依赖国外引进。对于航运、船舶、海事等规则制定影响力不足,始终处于“规则跟随”状态。智能航行技术的兴起,会带来区别以往的全新机遇,让我国有机会跻身航运强国、造船强国行列。
我们还需要认识到,我国是大量资源进口高度依赖航运、船队运力居世界前列的航运大国,自主掌控船舶智能航行技术的重要性不言而喻。若没有掌握船舶智能航行技术,会给我国海上运输力量的全面安全、自主带来非常大的不确定性。
智能航行技术应用的基本趋势是一艘船舶多种驾驶模式,即在开阔水域使用自主航行模式,在复杂水域使用遥控驾驶或辅助驾驶模式。
中国科协2020年下达了《中国智能航运技术与产业化发展路线图》项目,中国航海学会组织交通运输部水运科学研究院等多单位和121位权威专家对我国智能航运关键技术应用做出了如下预测:预计“十四五”期间实现的关键技术占比为7.5%,“十五五”期间实现的占比为74%,其余的18.5%都可在“十六五”期间实现。整体看来,我国智能航运技术与产业化发展的预期较为乐观。
基于上述预测以及影响因素分析,如果我国有效采取针对性的对策措施,可以设定以下发展目标:
2025年,中国智能航运技术与产业化总体上能够达到国际领先水平,船舶智能航行法规取得重大突破,辅助驾驶技术实现规模化应用,遥控驾驶和自主驾驶技术实现多样本应用;2035年,智能航运技术与产业化总体上接近国际领先水平,充分智能化的航运新业态基本形成,沿海遥控驾驶、自主驾驶船舶占比超过30%;到2050年,智能航运技术与产业化能够达到国际领先水平,智能化网络化航运服务供给覆盖全球,形成高质量的智能航运体系。