无人驾驶船舶发展与航海教育对策

吴兆麟

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)

随着互联网、物联网、大数据和人工智能技术不断发展，船舶智能化成为大势所趋，对无人驾驶船舶的研发不断加快。国务院《新一代人工智能发展规划》提出：重点突破复杂动态场景感知与理解、实时精准定位、面向复杂环境的适应性智能导航等共性技术、船舶自动驾驶等智能技术，发展消费类和商用类无人船。船舶智能化的不断发展和无人驾驶船舶的未来运用必将减少船舶配员、改变船员结构和船员职责，对以培养海员为主要任务的航海教育提出了挑战。本文就航海院校如何积极应对该挑战提出建议，与从事航海教育工作的同行探讨、交流。

1 无人驾驶船舶的研究开发

1.1 智能船舶和无人驾驶船舶的含义

智能船舶和无人驾驶船舶的含义至今尚无共识。例如：“百度百科”称，智能船舶的正式名称为“高可靠性智能化船”，是以高科技装备实现无人化操纵的船舶，即能正确判断船体位置自动行驶的船舶；而“搜狗百科”进一步指出，这种人工智能船舶配备有先进的计算机系统，能自选最合适的航线和航速，在航行中自我判断风暴，避免发生撞船事件，同时能够熟练地完成靠岸等细小动作，因此其发展方向是无人驾驶船；“国搜百科”称，无人驾驶船舶是指无需人力控制，而由电脑掌控驾驶过程的船舶。文献[1]指出，无人驾驶船舶简称无人船，一般是以有动力的船体为平台，搭载通信设备、控制设备和特殊功能设备，开展某项特殊工作，主要通过地面的基站或母船的控制中心完成无人船的远程控制；文献[2]指出，无人船舶是指在无船员的情况下直接由自动导航系统或岸基中心控制，从而保持正常航行和作业的一类船舶；中国船级社《智能船舶规范》定义智能船舶是指利用传感器、通信及互联网等技术手段自动感知信息和数据，并通过自动控制技术和大数据处理分析技术实现智能化运行。归纳起来，船舶智能化发展的目标是无人驾驶船舶，而无人驾驶船舶又是从岸基远程遥控发展到自主航行。

1.2 无人驾驶商船的研发

虽然无人船出现较早并在近几年取得较快发展，但对无人驾驶商船的研发起步较晚。2012年9月，欧盟启动 “海上无人驾驶智能网络导航(Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks， MUNIN)”项目[3]，以无人散货船为对象开展大型无人驾驶船舶方面的研究，旨在从技术、经济和法律等3个方面对在公海内运行一艘无人驾驶商船的可行性进行评估。该项目为期3 a，由来自德国、挪威、瑞典、冰岛及爱尔兰的8家研究所共同完成。在该项目中，“无人驾驶船舶”被定义为主要由船上决策系统操纵的船舶，该系统由岸上控制站的远程操作员控制。该项目不是为泊位到泊位的无人航行设计的，而是为远洋运输设计，例如引航站到引航站，进港和停泊仍需通过船上的船员完成。在2016年无人驾驶船舶技术研讨会上，英国罗尔斯·罗伊斯(Rolls-Royce)公司介绍了由其领导的 “高级无人驾驶船舶应用开发计划(AAWA)”[4]，并发布AAWA项目白皮书，阐述了该项目如何实现遥控及对无人驾驶船舶的未来愿景。AAWA项目正在芬兰对一系列传感阵列在不同的运营和气候条件下进行试验，并已创建模拟无人驾驶船舶控制系统，能对整体通信系统的行为进行研究。在不久的将来，将实现遥控船舶的商业应用。

1.3 船舶智能化面临科学难题

2007年，教育部、科技部、中国科学院和国家自然科学基金委员会等4部门联合发起“10 000个科学难题”征集活动。2015年11月启动交通运输学科领域的科学难题征集活动，现已完成330个科学难题的撰写，其中涉及船舶驾驶和航海的科学难题有20多个，例如：船舶智能化面临的挑战；船舶航行智能决策；复杂水域船舶智能避碰避险决策；运输船舶的自主智能控制与无人驾驶；海上小型移动目标的智能识别。

1.4 智能船舶关键技术有待科技攻关

实现船舶智能化和研发无人驾驶船舶需攻克一系列关键技术。科技部和交通运输部联合编制的《“十三五”交通领域科技创新专项规划》中指明在“十三五”期间有待科技攻关的智能船舶关键技术，具体包括：研究智能船舶设计与制造技术、智能船舶结构仿真技术、智能机舱深度智能化系统设备的设计制造技术，基于多信息融合的船舶机舱系统设备远程监控、状态评估及效能优化控制技术，基于国际海上避碰规则的船舶智能避碰辅助决策自动化技术及验证技术，基于信息自主感知和纵倾优化的船舶智能配载技术，基于船岸协同的船舶航线优化与自主决策、船舶自动航行技术，智能船舶多源信息自主感知、融合及呈现技术，以e-Navigation船端技术架构为核心的航海信息智能处理与显示技术，复杂水域船舶智能避碰避险辅助决策技术，船舶交通智能组织与协同调度技术，船内装备自组织物联网技术，恶劣气象条件和复杂会遇态势下船舶航行信息自动增强技术。

1.5 无人驾驶船舶研发背景

在2017世界交通运输大会上，与会专家几乎全部将“未来交通”的发展方向放在“无人驾驶”上。依靠目前的人工智能已能满足一艘货船航行的需要但还不足以满足在海上面临更多复杂状况的集装箱船的需要。解决无人船面临的信息传输安全性、动力装置稳定性和远程操纵可靠性等3方面难题及出台与无人船配套的海事法规是一个漫长的过程。无人船的出现只是时间问题，然而使其走向成熟、大规模投入商业使用还需各方协调、合力推动。正如有专家[5]表示，只有人工智能发展到可与人脑比拟的“强智能”水平时，人类才能完全将交通运输交给人工智能来完成。

2 无人驾驶船舶的实际运用

2.1 人工智能技术存在的问题

船舶智能化和无人驾驶船舶研发所依赖的人工智能技术目前尚未成熟, 依然存在很多局限性。在2017年1月前举行的“未来论坛”上，张钹院士认为，人工智能发展到现在依然有很多的局限性，人工智能学科从创立到现在只往前走了2步，即：符号表示和推理模型深度学习、数据驱动的方法。[6]

对无人驾驶汽车进行研发和运用试验比无人驾驶船舶要早，但使其真正实用化步履艰难。目前大部分人工智能相关技术的创新和应用仍属于弱人工智能范畴。无人驾驶的实现与强人工智能的实现一样，是一个需长期发展的过程。优步(Uber)和谷歌都是研发无人驾驶汽车的知名机构之一。据报道，目前优步测试的无人驾驶汽车数量虽然比以前更多，但其顺畅度和安全性并未得到明显提升。[7]谷歌方面，关于其无人驾驶汽车的报道经常出现，但现实情况是这种无人驾驶汽车在短期内还无法商用，其无人驾驶汽车项目技术负责人克里斯·乌尔姆森近期表示，根据地区的不同，无人驾驶汽车的商用最多可能还要等30 a。[8]在无人驾驶汽车成为主流之前，还有许多技术问题，其配套政策法规问题等有待解决。全自动驾驶汽车可能需数十年时间才能在全球范围内普及。无人驾驶汽车的实用化历程可给无人驾驶船舶实用化预测提供启示。

2.2 无人驾驶船舶存在的风险

有研究认为，无论是采用人工智能方案还是远程遥控方案，以先进的计算机、数据传输与虚拟现实技术为依托的“无人船”在投入使用之前还需解决信息传输安全性、动力装置稳定性和远程操纵可靠性等3方面的问题。

根据SAFETY4SEA网站在2016年完成的“分享你的智能船舶见解”调查结果，有关使用无人驾驶船舶的前三大风险为航行风险(即碰撞、搁浅，61.3%)、网络安全/网路安全(51.9%)和失联(46.2%)，前五大智能船舶挑战为网络安全(40.6%)、使用新技术和软件进行船员培训(即虚拟现实和增强现实33.0%)、能源管理及排放监测(32.1%)、电子航海(31.1%)和电子海图显示与信息系统(29.2%)。大多数受访者(78.8%)都不认为航运业可安全地避开网络风险，但其了解该行业已在网络安全方面取得进步且意识度正在提高。在船上最易受网络攻击的系统包括定位系统(56.9%)、电子海图显示与信息系统(50.0%)、主机控制与监测系统(28.4%)和全球海上遇险与安全系统(22.5%)。[9]

无人驾驶船舶难以实现智能危险识别和避碰决策。例如，人工智能难以识别无人驾驶船舶与不按《避碰规则》显示号灯号型和不配备船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)船载设备(或虽配备AIS船载设备，但不开启)的船舶的真实动态和与之形成的碰撞危险。人工智能难以解决遵守《避碰规则》的无人驾驶船舶与不遵守《避碰规则》的船舶之间的避碰问题。人工智能难以识别《避碰规则》中第二条第2款所述的多船会遇等“特殊情况”形成的碰撞危险，并按照“海员通常做法”进行智能避碰决策和采取“最有助于避碰”的行动。人工智能难以“深入学习”《避碰规则》中第二条第2款所述的有丰富航海经验的船员和避碰专家难以解释清楚的“良好的船艺”。

无人驾驶船舶无法完成意外情况的应急处置。例如，无人驾驶船舶在航行过程中一旦发生自动操舵仪方面的故障，将无法解决现有船舶立即改用人工操舵方式的简单问题。无人驾驶船舶在航行过程中一旦发生操舵传动装置方面的故障，将无法解决派人到船尾舵机间采用人力操舵的应急处置方式的问题。无人驾驶船舶在航行过程中一旦发生机舱设备方面的故障及其部件发生损坏，将无法解决派人到机舱进行故障排除和部件更换或维修的问题。无人驾驶船舶在航行过程中一旦发生火灾和爆炸事故，将无法解决组织船员到事故现场视情况实施灭火和应急处置的问题。无人驾驶船舶一旦发生上述意外情况，仅靠人工智能技术是无法解决的。

2.3 无人驾驶船舶投入运用的时间

针对无人驾驶船舶何时真正到来，何时投入实际运用的问题，目前国内外说法不一。

国外相关公司较为乐观，认为无人驾驶船舶(岸基遥控)将在2025年前后投入实际运用。例如：英国罗尔斯·罗伊斯公司在“2016无人驾驶船舶技术研讨会”上介绍 “高级无人驾驶船舶应用开发计划” (AAWA)， 将在未来几年看到遥控船舶的商业应用；澳大利亚必和必拓(BHP Billiton)公司正在研发超大型自动航行“无人”散货船，将用于运输铁矿石和煤炭等各类矿产，期望在10 a内实现；日本商船三井和日本邮船等日本造船公司计划组建一只包含250艘货运船只的无人驾驶商用船队，按照计划，将在2025年投入使用。外国船级社和国际船级社协会预计，2035年前后无人驾驶船舶(自主航行)将实际投入运用。在2017年伦敦国际航运周主论坛第二个分论题“未来的需求(Tomorrow’s Needs)”讨论会上，GMT集团CEO表示10 a内无人船能成为现实，DNV GL集团海事主席给出的时间为2030年，国际船级社协会( IACS )代表给出的时间则是2035年。[10]

相对说来，我国对无人驾驶船舶投入运用时间的预估较为保守，预计2050年之后才会逐步看到。在2014年10月10日中国船舶工业集团公司主办的“大数据与智能船舶发展”高峰论坛上，与会代表认为智能船舶通常划分为4代，预计在2020年可看到第2代智能船舶，在2040年以后看到第3代智能船舶，在2050年之后逐步看到第4代智能船舶，此时将达到无人操作形式，并达到全自动化的状态。[11]实际上，无人驾驶船舶实际投入运用的时间主要取决于2方面的因素，即：强人工智能技术的研究能否取得显著的进展；与无人驾驶船舶相配套的政策和法规能否及时出台。

3 无人驾驶船舶对航海教育提出的挑战

3.1 无人驾驶船舶的出现使得船舶大幅度减员和船员重组

航海教育的主要任务是培养船员，而船舶智能化及无人驾驶船舶带来的是减少船员，甚至是无需船员，因此近来社会上出现无人船出现后是否还需要海员及需要什么样的海员等问题。2017年7月在英国伦敦举行的以“未来的海运界”为主要的航运论坛上，专家们认为未来的“海员”极有可能分为“岸基”+“随船”2种类型(部门)，而不以驾驶、轮机部门来划分，其中：岸基部门负责远程操纵，既要懂得专业的航海知识，还要懂得具备远程操纵技能，而随船人员既要懂得机器的修理，又要懂得航行知识，同时还要在数字技术上非常精通。[10]

据SAFETY4SEA网站报道，在2017年10月国际鹦鹉螺联盟英国分部举行的海上自动化研讨会上，专家们认为在智能航运的快速发展中，船舶配员将发生转化。新一代高技术船舶的出现将使船员大幅减少，船员人数减少后需对当前船员进行强化培训，甲板部和轮机部的划分模式将被打破，给船员的心理和生理带来一定改变，这是一个挑战。国际鹦鹉螺联盟在对英国、荷兰、美国、丹麦、挪威、瑞典、澳大利亚和新西兰等国的900多位海事专家进行问卷调查时发现，83%认为船舶自动化威胁了海员职业，85%认为自动化威胁了海上安全，而大约80%认为海员培训和发证需作重大变化。[12]

3.2 船舶智能化对未来船员的影响尚未得到充分关注

2014年8月15日发布的《国务院关于促进海运业健康发展的若干意见》提出“优化海运船队结构，建设规模适度、结构合理、技术先进的专业化船队”和“完善海运业人才培养体制机制，加强海员特别是高级海员队伍建设，大力培养专业化、国际化海运人才”。《中国船员发展规划(2016—2020年)》提出“培育一支满足国家战略和航运发展需要的船员队伍，适应船舶大型化、标准化、专业化的发展趋势和船舶运输方式转变的需要，船员队伍数量基本适应、结构相对合理、素质明显提升”。从上述2份文件中的“专业化船队”和“船舶大型化、标准化、专业化的发展趋势”的表述中可看出，国务院海运政策文件和交通运输部船员规划文件尚未充分关注船舶智能化发展趋势和无人驾驶船舶发展对未来船员队伍的影响。

4 航海教育应对无人驾驶船舶的策略

4.1 密切关注无人驾驶船舶的发展动向

近年来，有关船舶智能化和无人驾驶船舶的报道较多。为积极应对智能化和无人驾驶船舶对航海教育的挑战，航海院校应密切关注无人驾驶船舶的发展动向，随时跟踪无人驾驶船舶的研发进程，详细了解无人驾驶船舶试验结果，科学预测无人驾驶船舶运用的时间，为研究并做出相应的对策奠定坚实的基础。在2017年7月召开的国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)海上安全委员会(Maritime Safety Committee，MSC)第98届会议上，考虑挪威、丹麦、爱沙尼亚、芬兰、日本、荷兰、韩国、英国和美国提出的提案，将自主船舶列入IMO会议议程。这表明船舶智能化和无人驾驶船舶已得到国际海运界的基本认可，协调IMO各成员国政府和相关非政府国际组织的立场、关切和主张，并汇集海事、航海、航运、船舶等各界专家学者的意见，必加大、加快无人驾驶船舶研发和试验的力度及速度。

4.2 尽快更新航海类专业的教学内容

船舶智能化和无人驾驶船舶已是大势所趋，尽快更新航海类专业的教学内容成为航海院校的基本对策。对此，应通过更新现有课程(教材)教学内容、开设讲座、增设选修课和必修课等方式，使航海类专业学生了解有关船舶智能化、无人驾驶船舶及互联网、物联网、数字化、大数据和人工智能等方面的知识,并适时组织编写专门针对船舶智能化或船舶无人驾驶知识的新教材。

4.3 适当调整航海类专业的培养目标

当前，航海类专业主要是为培养船员设立的，例如：大连海事大学航海技术专业的培养目标是培养符合国家教育方针和国际国内相关法规、综合素质好、安全与环保意识强，具有国际竞争能力的高级航海技术人才；大连海事大学轮机工程(海上方向)专业的培养目标是培养符合IMO制定的《海员培训、发证和值班标准国际公约》(STCW)要求，能胜任现代船舶机电管理技术要求，具有国际竞争能力的高级工程技术人才。鉴于目前航海类专业的培养目标是针对现有船舶的船员制订的，而船舶智能化和无人驾驶船舶的出现将导致船员的结构和职责发生改变，故建议在现有航海类专业的培养目标中增添“适应船舶智能化发展”或“适应无人驾驶船舶发展”等内容。

4.4 适时减少航海类专业的招生规模

随着船舶智能化的不断发展和无人驾驶船舶的陆续投入运用，逐步减少船舶配员已是大势所趋。对此，需实施船员“供给侧”改革，适时减少航海类专业招生规模。对于何时减少航海类专业的招生规模、航海类专业的招生规模减少多少及不同航海类专业在减少招生规模时如何各有所异等问题，需密切关注无人驾驶船舶的发展动态，随时跟踪无人驾驶船舶“无人化”进程，做好智能船舶或无人驾驶船舶所需船员的定性与定量相结合的供需关系预测。

需指出，从降低建造、运行和维护成本的角度考虑，不可能所有的船舶都会被无人驾驶船舶代替，因此将来航海类专业仍担负培养非无人驾驶船舶船员的任务。但是，未来非无人驾驶船舶必然会实现一定程度的智能化，体现信息化时代、互联网时代、物联网时代、大数据时代和人工智能时代的基本特征。

4.5 及早筹划设立船舶无人驾驶专业

船舶智能化需经历一个由低级向高级演变的过程，无人驾驶船舶在实现无人化的过程中预计经历以下几个过程或阶段：

1)随着船舶智能化的范围不断扩大，大幅度减少船舶配员很可能首先从减少轮机部配员开始。

2)船舶具有无人驾驶功能，实行“船员”岸基遥控，但仍需配备少量或个别对船舶进行监控和应急处置的船员。

3)船舶具有无人驾驶功能，实行“船员”岸基遥控，船上不配备船员。

4)船舶具有无人驾驶功能，船上不配备船员，也无需实行“船员”岸基遥控，实现船舶自主航行。

因此，对无人驾驶船舶 “无人”化过程中在船任职船员的适任性(知识、理解、熟练)要求将比现有船员更高、更严格。具体来说，需掌握操作、管理和监控智能化船舶及无人驾驶船舶的知识和能力。

随着船舶的智能化和无人驾驶船舶的投入运用，针对无人驾驶船舶“无人化”过程中需配备的三类新型船员，建议及早筹划设立船舶无人驾驶专业，为无人驾驶船舶培养新型船员。

1) 第一类船员：在船舶智能化的范围不断扩大、大幅减少船舶配员情况下需配备的船员。该类船员基本上已无航海、轮机和电子电气专业之分。

2) 第二类船员：在船舶具有无人驾驶功能，实行“船员”岸基遥控，但仍需配备少量或个别对船舶进行监控和应急处置的船员的情况下所需配备的船员。培养该类船员的船舶无人驾驶专业主要以第一类船员为招生对象。

3) 第三类船员：在船舶具有无人驾驶功能，实行“船员”岸基遥控，船上不配备船员情况下需配备的实施岸基遥控的“船员” 。培养该类“船员”的船舶无人驾驶专业主要以第二类船员为招生对象。

5 结束语

船舶智能化已成为大势所趋，尽管无人驾驶船舶的研究开发任及投入运用仍有许多问题需要解决，但仍需要提前制订对策。航海院校应积极主动面对船舶智能化和无人驾驶船舶的挑战，适时制订科学合理的对策，采取适当有效的措施，使航海教育与时俱进，培养面向未来的新型船员，迎接智能船舶、智能航海和智能航运时代的到来。

[1] 郑恒,白雪.解秘“无人船”的前世今生[J].上海信息化，2015(4)：24-27.

[2] 郎舒妍,曾晓光,赵羿羽.未来船舶从有人到无人[J].中国船检,2016(12)：24-27.

[3] MUNIN-Maritime Unmanned Navigation Through Intelligence in Networks [EB/OL].[2017-11-13]. http://www.unmanned-ship.org/munin/.

[4] 罗尔斯·罗伊斯发布无人驾驶船舶应用开发计划白皮书[EB/OL].(2016-06-24)[2017-11-13].http://www.chinaoffshore.com.cn/a/chanye/huanqiushiye/19279.html.

[5] 张龑,陈珺,郭传.深度分析：无人船发展现状及未来走向[EB/OL].(2017-07-11)[2017-11-13]. http://www.ddvip.com/weixin/20170710A0666A00.html.

[6] 李佳师.院士张钹：人工智能依然有很多局限性[EB/OL].(2017-01-20)[2017-11-13]. http://www.cena.com.cn/2017-01/20/content_350738.htm.

[7] 新浪科技. Uber无人驾驶汽车有数量没质量：安全性无明显提升[EB/OL].(2017-03-17)[2017-11-13]. http://tech.sina.com.cn/it/2017-03-17/doc-ifycnpiu8898102.shtml.

[8] 腾讯科技. 谷歌无人驾驶汽车商用可能还要30年[EB/OL].(2016-03-19)[2017-11-13]. http://bbs.mydigit.cn/read.php?fpage=45&tid=1587077.

[9] 沃燊海事. SAFETY4SEA调查揭示航运业智能的一面[EB/OL].(2017-01-19)[2017-11-13]. http://www.cnss.com.cn/html/2017/hysczhgc_0119/254797.html.

[10] 信德海事. 深无人船终将到来！未来还需要海员吗？需要什么样的海员？[EB/OL].(2017-09-19)[2017-11-13]. http://news.csi.com.cn/6d14f2b0-209c-42b9-8df8-405c1298d2e9.html.

[11] 李予阳.大数据：开启智能船舶时代[EB/OL].(2014-10-20)[2017-11-13]. http://www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/201410/20/t20141020_3730494.shtml.

[12] SAFETY4SEA. Nautilus International: Automation to restructure seafaring[EB/OL].(2017-10-09)[2017-11-13]. https://www.safety4sea.com/nautilus-international-automation-to-restructure-seafaring/.