远程遥控模式下的船舶信息管理系统设计

陈宇航， 朱 宇， 韩 冰， 王炳德， 刘 佳

(1.闽江学院 物理与电子信息工程学院，福州 350108；2.上海船舶运输科学研究所有限公司，上海 200135；3.船舶运输控制系统国家工程研究中心，上海 200135)

0 引 言

近年来，随着航运碳中和目标的提出,以及航运业的市场竞争日益激烈，航运企业对海上自主航行船舶(Maritime Autonomous Surface Ships，MASS)的航行、机舱、货物运输和温室气体排放等关键业务流程或指标的安全性和合规性的要求不断提高，以有效降低船舶的燃料消耗及运营和维护成本。远程遥控作为MASS的一种重要操纵模式，近年来得到了很多航运国家[1-3]的关注。2017年9月，瓦锡兰公司在美国加州通过卫星远程控制位于8 000 km以外的欧洲北海海域的船舶“Highland Chieftain”轮，实现了远程操作动力定位。2019年12月，韩国三星重工对位于250 km以外的一艘模型船进行远程驾驶演示，验证了基于海上避碰规则的航行和航线优化技术的可行性。2022年4月，欧洲船企联手打造的全球首艘零排放“无人”集装箱船“Yara Birkeland”号的命名仪式在挪威举行，该船由康士伯海事与威尔森(Wilhelmsen)联合成立的全球首家无人船公司Massterly设置在挪威霍尔滕(Horten)的监控和操作中心运营。

近年来，我国在远程驾驶实践方面也取得了一些进展[4-6]。2019年5月，智慧航海(青岛)科技有限公司在青岛测试了“智腾”号船舶的远程驾驶功能。2019年10月，武汉理工大学在荷兰瓦赫宁根成功远程控制了8 500 km以外位于我国武汉市的7 m长的模型船。2022年4月，由交通运输部水运科学研究院作为技术牵头单位，智慧航海(青岛)科技有限公司投资建造的我国首艘自主航行集装箱船“智飞”号在青岛港交付运营，该船具有人工驾驶、远程遥控驾驶和无人自主航行等3种驾驶模式，能实现航行环境智能感知认知、自主循迹、航线自主规划、智能避碰、自动靠离泊和远程遥控驾驶等功能。

从以上典型案例中可看出，当前基于远程遥控模式的MASS已投入运营测试，航运业的MASS时代即将到来，因此航运公司迫切需要面向MASS，对其管理需求进行分析，设计相应的信息管理系统解决方案。本文从国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)对MASS的分级定义出发，前瞻性地分析远程遥控模式下的MASS管理主体和管理任务，梳理航运公司的信息管理需求，在此基础上设计面向船舶远程遥控的信息管理系统方案。

1 远程遥控模式下的MASS管理主体与管理任务

根据IMO海上安全委员会(Maritime Safety Committee，MSC)对管制范围的界定，MASS主要分为4个等级，即：海员在船且具有自动化流程和决策支持(等级1)；海员在船且能实现远程遥控(等级2)；海员不在船，能实现远程遥控(等级3)；完全自主(等级4)。本文重点对通过岸基船长室对船舶进行控制的远程遥控模式进行分析，船舶驾驶任务由远程操控人员承担，采用该模式的船舶属于等级3的MASS。

该远程遥控模式下的MASS相关主体任务示意图见图1。MASS通过传感器等设备或手段完成航行态势感知和设备状态信息监测等，收集、融合全船的信息之后，对其进行存储，并将其发送给远程控制中心，结合远程控制中心提供的政府治理和船舶所有人管理信息在船上生成辅助决策建议，同时解析执行远程控制中心的控制指令。

图1 远程遥控模式下的MASS相关主体任务示意图

在岸端，远程遥控模式主要涉及远程操控人员、航运公司和航海保障组织等3个主体。为保障MASS控制的安全性和优先性，这3个主体中仅远程操控人员直接参与控制MASS，航海保障组织和航运公司均通过远程操作人员所在的远程控制中心与MASS进行数据交互，远程控制中心在岸端存储数据并为远程操控人员提供岸上船长室。对比海商法中规定的传统船员的主要任务为船舶管理和驾驶、命令发布、船舶和在船人员安全维护，远程操控人员作为负责MASS运营的重要人员，只负责船舶的航行和管理，同时在货物处理方面或许只承担监督责任[7-8]。但是，应注意目前远程驾驶技术的应用尚不成熟，远程操控人员相比船上的船长，实际应具有更高的技术水平,除了需具备必要的航海经验和良好的判断、沟通、决策能力以外，还需熟悉信息通信技术和远程控制系统的使用，掌握远程操控船舶的方法，从而达到在船舶航行过程中确保船舶和货物安全的目标。

对于航海保障部门而言，面对MASS，视觉航标、纸质海图和甚高频(Very High Frequency，VHF)语音发布助航信息等传统航海保障手段的作用将被削弱。由此，采用数字化航标、提高海上通信服务的质量和构建统一调配的信息共享智能航保平台是面向MASS提供海事服务和促进航保未来发展的有效途径[9-10]。在该途径下，在可靠的船岸通信链路的基础上，航保部门主要向远程操控人员播发港口调度、航行警告、航区气象水文预报和电子海图更新信息等航海保障信息，对MASS进行港口国监督，协调MASS参与海上应急救助。

航运公司对MASS的管理目标可概括为确保船舶和货物安全及提升船舶的运营效率，在该目标下其船舶管理形式与传统的船舶管理形式不完全一致。为提高船舶运营效率，航运公司希望通过建立统一的智能信息管理系统，实现跨业务的全数字化船舶能效管理，航次、航线和航程管理，船舶设备与货物安全监测和船舶坞修与备件管理等，并优化海事和商务事务流程。为保障MASS的安全，除了建立机舱、航行和货物安全等监测系统以外，航运公司或船舶管理公司还需雇用能熟练控制MASS的人员，监督其履职情况，为其提供相关培训。此外，船舶所有人应配合系统供应商对MASS和远程控制系统进行定期的检查、维修、保养和升级，当系统存在可预见的故障时对其进行干预，当船舶发生事故时及时采取应对措施，避免事故影响扩大[11]。

2 航运公司的信息管理需求

通过调研得到远程遥控模式下航运公司的信息管理需求分布见图2。

图2 远程遥控模式下航运公司的信息管理需求分布

根据管理类别对上述信息管理需求进行梳理，结果见表1。

表1 航运公司的信息管理需求汇总

3 远程遥控模式下的信息管理系统设计

航运公司的船舶信息管理系统除了具有上述管理类别以外，还应满足航运公司对信息的合规性、服务的连续性、数据的完整性和安全性、管理系统的可扩展性和模块化等方面的一般设计需求。据此，设计的MASS信息管理系统设计图见图3。

图3 MASS信息管理系统设计图

MASS信息管理系统基于混合云架构，通过卫星、4G/5G等船岸通信手段收集MASS的数据，通过局域网(Local Area Network，LAN)、互联网等收集航运公司、航保组织和设备供应商的数据，并按用途、安全性和成本要求将其存储在本地服务器、私有云和公有云中。该系统建立有数据中台，采用标准化、统一的数据基础框架降低风险，提高网络、存储和计算的可用性，支持服务的连续性。业务服务层从航运公司的信息管理需求出发，在数据中台数据业务化的基础上，按可扩展、灵活和模块化的原则，通过微服务引擎构建智能船舶信息应用管理、系统管理、船舶电子信息管理和数据安全管理等4个功能模块，并通过开发运维一体化层支持系统运维和应用优化提升。门户为不同用户接入终端提供安全统一的接入点，提供服务目录、搜索和通知等服务索引功能，引导用户使用系统。下面对该船舶信息管理系统的部分重要功能进行介绍。

1)船舶状态远程监控。

由于在远程遥控模式下，MASS的驾驶任务是由远程操控人员承担的，船舶信息管理系统的首要任务是为远程操控人员提供直观的船舶状态信息监控界面，协助其监控船舶的安全状态。系统从收集的MASS数据出发，融合交通组织和航运公司提供的信息，对数据进行清洗、转换、存储和分析，并用符合远程操控人员操作习惯的界面展示，实现对船舶状态的远程监控。该船舶信息管理系统可提供船舶航行方面的信息和船舶重要动力设备的信息，协助远程操控人员管理目标船舶。图4和图5分别为航行状态监测CONNING界面和机舱轴系状态监测界面。

图4 航行状态监测CONNING界面

图5 机舱轴系状态监测界面

2)服务扩展。

为应对MASS运营过程中远程遥控等技术升级换代带来的风险，该船舶信息管理系统设计采用基于混合云的架构，支持以数字服务的形式进行应用扩展，从而保证实现基于统一架构的长期可持续发展，避免在船舶运营过程中因技术发展而对系统的可用性产生影响。同时，服务扩展利于充分发挥船舶信息管理系统的数据优势，例如支持航运企业进行跨部门的数字化业务案例探索，在进行船舶能效分析的基础上，结合船舶航行、航线信息和来自于航运公司其他部门的船舶港口业务信息等，优化船舶管理流程，开展新的业务模式探索，进一步提升管理效能。图6为航行能效分析界面。

图6 航行能效分析界面

4 结 语

当前，航运公司迫切需要对正在投入运营的MASS进行信息管理，本文简要介绍了近年来MASS的发展情况，前瞻性地分析了MASS在远程遥控模式下运营管理的主体和面临的管理任务，梳理了航运公司对营运船舶的信息管理需求，设计了MASS的信息管理系统解决方案，可供航运业相关领域的研究实践参考，对于航运企业提升包括MASS在内的船队的管理能力和服务水平而言具有重要的现实意义。