海上水面自主船舶发展分析

邢 川 李 伟 李国寅

对于船舶工业而言，智能船舶的发展已具备技术可行性。大数据、移动互联、云计算、人工智能等新技术与海运业的结合，将从根本上改变传统海运生产、运营、管理技术和模式。目前IMO已着手开始制定国内外海上水面自主船舶（简称MASS）发展标准，国内外企业、科研院所针对MASS提出了自己的主张和研究方向。船舶智能化的发展将导致船舶建造运营、管理全产业链的变革，因而了解和把脉智能船舶发展趋势、紧跟发展形势尤为迫切。

一、IMO框架下关于MASS的发展

MASS是IMO在MSC98会议上的新增议题，目前仅仅在IMO的海上安全委员会（简称MSC）第98次、第99次、第100次会议上进行了讨论，初步形成了发展路线图和研究报告。总体而言IMO对MASS的发展还停留在法规梳理层面，试图为MASS发展扫清法规障碍。

（1）在MSC98上，英国、丹麦、芬兰、荷兰、日本、挪威、韩国、美国、爱沙尼亚等国家提出IMO应增加对MASS的研究，因为目前关于MASS的商业研发和应用规模正在增长，但对于这类船舶如何适用，现有法规并未涉及，因此应进行立法范围界定，建议开展关于MASS的监管范围界定工作（Regulatory scoping exercise for the use of MASS），目标完成日期是2020年。主要任务包括三方面：①排除无人操作的IMO法规；②不适用无人操作的IMO法规（即仅涉及船上人员的法规）；③未排除无人操作，但为保障MASS建造和营运的安全、安保和环境友好，需要进行修改的现有IMO法规。会后，各成员国同意新增产出，决定开展法规梳理工作，识别IMO框架下与MASS的安全和操作相关的条款，并明确完成时间是MSC99到MSC102。

（2）在MSC99上，关于MASS的提案，各方共递交17份，其中信息类提案6份，中国提案2份。17份提案涵盖了MASS的定义与分级、法规梳理、MASS工作计划及MASS经验分享等方面。中国的主张是MASS的完全自主无人运行应分阶段逐步实现，建议法规梳理工作应按照有人MASS和无人MASS分别进行，并且在开展技术法规梳理工作的同时优先考虑基于GBS（Goal Based Standard ）架构制定。会后形成了法规梳理的工作框架，框架中包括目标、概念和定义、分级、方法论、工作计划等要素。基于会上的讨论和共识，会议结束后成立了通信组专题开展工作。该工作组由芬兰牵头，其他134个成员或组织参与；其目的是试图确定MASS定义和分级，确定法规梳理的方法、范围、内容等，用以保障法规梳理的有效性和针对性，为后续的工作提供指导。同时决定在法律委员会的双年度议程和第106届法委会的临时议程中纳入一个题为“开展关于MASS的监管范围界定工作”的工作计划，目标完成时间为2022年。

（3）MSC100已于2018年12月3日召开但尚未有工作报告披露，根据会议目前披露的文件，共提交提案12份，其中9份动议性提案，3份信息类提案。其中芬兰递交的通信组工作报告（MSC100/5）是本次会议的重点，IMO秘书处、中国、美国、日本、芬兰对该提案都发表了各自的评论。对于MSC100/5的内容，各方主要争论焦点为立法界定的框架、工作方法等。美国主张分组讨论，中国主张简化梳理范围，澳大利亚等国建议重新定义分级方法。从各方的主张看，秘书处的评论更加符合实际，希望在通信组报告的基础上，建立相应的工作组和工作平台，开展工作。

二、MASS发展综述

与传统船舶相比，MASS排除了人为因素的干扰，不用建设生活区，在设计上可以选择更加优化的方案，因而在运营效率、航运安全性、节能减排等方面具备突出的特点。基于此，业界对MASS的研究热情高涨，又各具特点。

（一）国外方面

20世纪70年代，无人水面艇（USV）就被广泛应用于美军的反水雷舰艇系统上。2000年初期，美国在其沿海形成具有战斗力的海上无人水面艇（USV）船队。2016年，在美国国防部高级研究计划局（DARPA）主导下，美国下水当时世界上最大的“海上猎手”无人反潜船。2018年1月，在过去两年进行广泛海试后，美国国防部高级研究计划局完成“海上猎手”无人水面艇项目。海军研究署计划进一步开展海试，开发包括自动化有效载荷和传感器数据处理，快速开发针对新的特定任务的自主能力，并探索多艘无人水面艇协同能力。非军方方面，位于弗吉尼亚州的UOV公司研发了理论上续航能力为无限长的UOV，适用于海洋数据收集、测量等。

英国是最早开始MASS研究的国家之一。2014年9月英国就已正式开始MASS的研究工作，并在2015年的MSC95会议上，提交了一份关于MASS的提案，希望国际航运业利益相关者参与该项研究。此后，2016年3月，英国航运业协会发布了《关于MASS的推荐性行业行为指南》。2018年11月，该协会发布了修订版的《关于MASS的推荐性行业行为指南》。英国罗尔斯-罗伊斯公司在2014年首次推出了自动无人版本未来航运概念， 2017年6月与马士基集团旗下拖轮公司Svitzer共同完成了全球首次商船远程操作，2017年10月与谷歌达成合作共同研究无人自主航运。2018年7月，挪威康士伯集团宣布与罗尔斯-罗伊斯公司达成协议，收购罗尔斯-罗伊斯公司的商用船舶（Rolls-Royce Commercial Marine）业务。

2015年，芬兰国家技术创新局（TEKES）资助并启动了“高级自主航行应用计划”（AAWA）的项目，该项目由芬兰国家技术研究中心、坦佩雷理工大学、奥伯学术大学、阿尔托大学、图尔库大学等芬兰科学研究机构与罗尔斯-罗伊斯公司、德他马林公司（Deltamarin）、纳帕公司（NAPA）、DNVGL集团和国际海事卫星组织（Inmarsat）等知名海事企业组成，努力探求集技术性、经济性、合理性、安全性为一体的船舶自主航运综合解决方案。2016年，TEKES推出 “新商业生态系统”，以研发自主航运解决方案，计划于2025年实现自主航运。

2016年，挪威在特隆赫姆峡湾设立全球首个无人船测试基地，该测试基地由挪威大学自主海洋运行科技中心（NTNU AMOS）和挪威政府合作建立。测试区域位于特隆赫姆港，已经被用于测试导航和防撞系统。2017年，挪威康士伯集团（Kongsberg）与亚拉公司（Yara）联手建造世界上第一艘实现零排放、全电推、自主航行的集装箱船“YARA Birkeland”号，在2018年将其作为一艘人为操控的船舶运营，在2019年转为远程遥控操作，并预计从2020年开始能够执行完全自主操作。

2017年5月16日，日本商船三井航运公司（MOL）宣布，与三井造船株式会社联合开发的自主远洋运输系统技术，已入选日本国土、基础设施、交通和旅游省（MLIT）的“FY2017 交通运输研究和技术推广计划”，计划在2025年打造出大型无人驾驶船队。

（二）国内方面

由于MASS相关技术的快速发展，国内企业、科研院所和高等学校在MASS研究方面形成了一定的规模，在国际上具备了一定的竞争力。

1.中国船级社（CCS）

2015年，CCS发布了《智能船舶规范》，明确了智能船舶在智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理、智能集成平台等方面的具体要求。2017年，中国船级社、珠海市政府和武汉理工大学、云洲智能公司四方共同启动国内首个小型无人智能货船项目。2017年6月，美国船级社、中国船级社、中国舰船研究设计中心、沪东中华造船（集团）有限公司等多家全球船舶行业顶级企业和机构齐聚上海，共同成立无人货物运输船开发联盟。通过近几年的科研和实践，中国船级社在智能船艇领域已积累了大量的实船数据和经验，并完成了多个研究项目。CCS开展了智能化船舶相关设计指标、规范标准、验证模式及相关数据库与应用平台的研究开发工作；同时，还开展了以三维船体维护保养体系和机械设备维护保养体系为基础的船舶全生命周期在线监控及船岸一体化研究工作；完成了与智能船舶相关的智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物控制、智能船舶信息管理等方面的规范研究等一系列工作，为智能船舶的发展做好技术储备。

2.交通运输部水运科学研究院

目前，交通运输部水运科学研究院正在积极申报国家重点研发计划“综合交通运输与智能交通”重点专项“基于船岸协同的船舶智能航行与控制关键技术”（重大共性关键技术类）。计划在2018—2022年内开展面向船岸协同技术前沿、内河和沿海条件下船岸协同技术测试体系，支撑船舶智能航行的智能化电子海图、智能感知和认知、岸基信息支持、通信及网络安全、远程驾驶技术，船舶智能航行信息集成与自主驾驶技术研发，内河船舶重点航段的智能航行系统，以及沿海船舶航线智能优化及自主航行系统开发等方面的研究。同时联合智慧航海（青岛）科技有限公司，在青岛建设智能航运技术创新与综合试验基地。该基地启动区位于青岛市即墨鳌山湾畔的青岛蓝谷，规划占地750亩，计划总投资100亿元，形成智能航运产业集群。基地的主要功能有：智能船舶海上试验测试场——提供法规制度与基础设施条件健全的实验与测试环境；智能船舶远程航行监控中心；智能船舶试验项目——应用已有智能机舱和智能配载技术，5年内完成一艇、三船建造，并具备自主航行系统。其中，青岛海上智能船舶测试场位于崂山湾北部的田横岛外海，面积240平方海里，包括无人艇测试区、无人船航行测试区、靠离泊测试区和锚泊测试区等多个测试功能区，未来还可以向附近具备条件的区域扩展延伸。

3.珠海云洲智能科技有限公司

珠海云洲智能科技有限公司是我国首家专注于无人船艇研发领域的高新科技企业，先后推出世界第一艘环保无人船、中国第一艘海洋调查无人艇、中国第一艘隐身无人艇等多款创新产品，拥有无人船艇技术专利过百项，涉及环保、海洋勘察、安防、军用等多个领域。联合中国船级社、珠海市政府、武汉理工大学共同研发的全球首艘小型无人货船“筋斗云”也将在2020年初下水，主要用于内河航运和中国海域内的海岛日常补给，解决远距离海岛补给成本高的问题。在建的全国首个无人船研发测试基地——香山海洋科技港，将重点围绕无人船海洋装备产业链，集聚新一代信息技术、高端智能装备、新材料三大高新技术，打造成为面向粤港澳大湾区的无人船产业集聚地。珠海万山无人船海上测试场也由云洲智能牵头建设，已于2018年11月投入使用。

4.中远海运特种运输股份有限公司

中远海运特种运输股份有限公司主营特种船，目前拥有规模和综合实力居世界前列的特种运输船队，其中“新光华”号半潜船为10万吨级半潜船，为国内最大、全球第二大半潜船，也是目前全球最大的具备DP2动力定位系统的半潜船。2018年，中远特运发布了《智慧航运发展行动纲要》，力求沿着“人-船-货”“箱-船-港”等要素，解决“科技-数据-业务”的深度融合，重构航运生态，对智能船舶的关键技术展开研究。提出基于船岸协同的“STC+”船舶智能航行技术研究（S：See，T：Touch，C：Control），开展智能船2.0的前期研究。重点解决以下问题：船岸通信信息传输安全技术，包括船舶内部系统之间、船岸之间和用户访问过程等全流程的数据和信道安全技术；基于岸基支持中心的远程驾驶和船队控制技术；基于船岸协同的船舶靠离泊控制技术；基于船岸协同的船舶自动驾驶技术；基于信息感知和目标识别的态势重构和智能航行决策支持平台技术。

5.国家层面

2017年5月科技部联合交通运输部印发的《“十三五”交通领域科技创新专项规划》明确了“十三五”交通领域科技创新的总体思路、发展目标、重点任务布局和规划实施，提升了交通领域技术研发与科技创新能力。2017年7月国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确了我国新一代人工智能“三步走”的战略目标，提出了各参与方的六大重点任务，同时配套发布了资源配置方案和发展保障措施以确保落实发展规划。2018年科技部发布国家重点研发计划“智能机器人”等重点专项，其中包含综合交通运输与智能交通项目。

三、MASS研究方向

MASS的本质特征是高度自动化，部分自主决策甚至完全自主决策和执行，因此其对现行公约、船舶运营及监管、海上环境保护、船员群体、通信安全、船舶管辖等方面将产生深刻影响，是未来研究的重要课题。

1.MASS试验标准

MASS的发展将是一个长期的过程，与此相关公约的制定、修订、完善预计需数十年时间。根据IMO的计划，2020年，即MSC102次会议上将完成MASS相关操纵和安全方面公约的梳理，意在为推进MASS的发展扫清法规障碍。按照行业发展的规律和特点，我国可以采用由点到面的方式发展：

（1）国家设立试验区域，出台相应的试验法规。设立小范围的试验区具有通信成本低、维护方便和法规设立相对容易等优势，研发出来的无人船可以在这个范围内试验使用，一旦发现故障可以及时得到岸基支持。同时试验区域的设立有利于MASS实验数据的收集，有利于行业的发展。

（2）逐步推进试验，适时推广到固定航线船舶，测试MASS关键功能的可靠性。在前期测试的基础上，可以开辟具体航线，测试MASS关键设备的可靠性。根据试验的数据，设计单位可以及时对航行时间、航行能耗和避障效果等方面进行优化，对系统进行升级，探索长时间无人干预下的实际应用。

（3）当MASS的可靠性得到验证后，就可以组织相关单位对建造规范、责任划分、保险理赔等作出相应的规定，根据成本、能效、市场等情况，适时进行推广。

基于此，无人试验场的标准制定、试验方法、功能要求将是现阶段需要解决的一个问题。MSC100会议中，芬兰和韩国分别就海上自主水面船舶试航提交了临时导则，我国在IMO也可以围绕这个议题发出我们的声音。目前，我国智能船舶和试验区建设正在不断推进，但往往是企业或当地政府的行为，相应的规范、标准依旧没有，对于这个新生事物，亟待进行立法和规范。

2.船舶配员及人才教育

智能航运的快速发展中，船舶配员将发生变化，船员岗位将逐渐从船上转移到控制中心，这也给船员知识结构、能力要求带来变化。MASS的出现将使在船船员大幅减少，船员人数减少后，将导致甲板部和轮机部的划分模式的改变，给船员的心理和生理带来一定改变，因此对当前船员进行强化培训变得相当迫切，船员教育、培训应提前布局。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，因此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。但是考虑到MASS的发展，以及无人船和有人船将长期共存的问题，船舶配员的缩减将是一个持续、渐进的过程。

基于此，针对STCW配员缩减和船员教育的问题将是一个持续性的议题。我国可以根据这个议题的方向分阶段提出方案。

3.新航运体系构建

新业态的发展给行业带来的挑战涉及方方面面，如船旗国、港口国、船东、管理公司、保险、物流、船级社等，需要靠业态的重构或者流程再造来解决。针对智能航运业态下的新风险、新问题和监管需求，研究探索高效、透明、经济的监管模式、方法、手段，建立促进和保障智能航运安全有序发展的监管机制与规则，构建智能航运监管系统与平台。根据不同发展阶段和需求评估现有国际海事公约对智能系统风险控制措施的有效性，前瞻性地提出国际海事公约和规则的制定或修订建议方案，将是一个长期的议题。

4.通信及网络安全

通信及网络安全是研究智能船不可避免的重要环节。如何避免黑客攻击、避免关键信息泄露、在网络攻击时应急等都是需要进一步研究的问题。一方面是因为数据网络安全问题，现在业界谈论的智能船舶基本以“大数据”为基础，运用先进的信息化技术，如实时数据传输和汇集、大计算容量、数字建模能力、远程监控、传感器等，实现船舶智能化的感知、判断分析、决策、控制及成长，从而更好地保证船舶的航行安全和效率。另一方面是数据的所有权障碍依然存在，航运业的很多信息现阶段还做不到完全透明化、公开化。

四、结语

总体来说，部分智能船舶相关技术较为成熟，如环境感知技术、通信导航技术、状态监测与故障诊断技术等已经得到实际应用，但有些技术理论缺少在真实环境下的验证。未来10到20年船舶智能化的发展将是决定未来船舶行业发展方向的重要因素。除了信息感知、通信导航、能效管控等关键技术，自动靠泊和离岸、自主维修、自动清洗、自动更换设备部件、自我防护等同样将趋于智能化。

MASS可以在最大程度上降低人为因素的风险，促进行业发展，但同时也给整个航运业带来了新的考验。与MASS配套的海事法规的出台将是一个漫长的过程，相关行业包括船级社、造船行业、船公司、船舶管理公司、航海教育等都需要在这个过程中努力推进。现阶段，由于MASS发展而面临的关于试验区域、试验标准、船舶配员、通信安全等方面的问题，是当前亟待解决和研究的议题。