智能与无人驾驶船舶的发展现状与趋势

沈飞 钱立胜

摘 要：分析阐述了智能与无人驾驶船舶的发展现状、需要突破的关键技术和问题、未来发展趋势，供广大航海人员参考。

关键词：智能与无人驾驶船舶；需要突破的关键技术和问题；目标识别探测和信息感知；控制技术

0 引 言

随着云计算、物联网和大数据的迅猛发展，第四次工业革命已经到达了一个全新的阶段，而一场全面的智能化革命则已萌芽，智能化汽车、飞行器、火箭以及其他交通运输设备都将陆续投入使用。随着科技的不断发展，无人驾驶船舶逐渐成为航运业的新趋势。无人驾驶船舶具有许多优点，例如提高效率、降低成本、增强安全性等，因此备受关注。随着未来科学的进步，我们可以预见无人驾驶船舶将会成为可能。然而，目前，世界各地的海上安全法律法规仍未明确，比如禁止使用未知的无人船、安排相关的保险措施、ACK可能的事故原因等。据专家估算，第一艘真正的无人驾驶船只有望出现，它的规模最初仅有500 t，但随着技术的不断发展，这种自主控制的无人远洋货船也有望在10～15年内普及。

一般而言，无人船的发展历程可以概括为“采集感知”“辅助决策”“远程控制”和“全自动无人驾驶”4个阶段，它们分别是互联互通、系统整合、船岸一体和自主运行。

1 全自动无人驾驶的现状

尽管目前无人船仍处于探索和发展的初级阶段，但是我们已经取得了一些进展，比如：建立了无人船标准体系、测试与验证体系，开发出了智能感知等核心技术，并且在自动驾驶技术的产业化应用上取得了长足的进步，使得无人驾驶船舶可以实现全面商业运营。

无论是美国、中国，欧盟、日本、韩国等国家和地区，还是瑞典奇异布朗-博韦里公司（ABB）、芬兰瓦锡兰公司、挪威康士伯集团公司等国际著名船舶和航运相关企业，都将无人船研制作为当前及未来的研发重点，加快在该领域的布局，力图抢占技术制高点。过去两年，欧盟为“海上智能航行”《航行安全》计划提供480万美元的支持，旨在检测和评估无人驾驶航行器的实际应用能力。此外，美国的军事无人机系统也取得了长足的进步，经过改进和升级，它们的功能和效率都能够满足商业应用的需求。

随着科技的不断发展，我国正努力推动智慧和無人驾驶技术的发展，以便抢占未来的航海技术革命制高点。2008年，航天科工集团推出了“天象一号”无人驾驶海洋探测船，它不仅为北京奥运会的青岛奥帆赛提供了有效的气象保护，而且还首次实现了全球范围的无人船技术。“天象一号”无人舰拥有6.5 m的全尺寸，采用先进的CF结构，并融合了最新的科学技术，如自动驾驶、自动导航、遥感定位、数据分析和存储。它的问世标志着中国海上自动化的重大突破，将会给未来的自动化航行带来更加安全可靠的保障。

2 需要突破的关键技术和问题

总的来讲，无人驾驶船舶需要突破以下几个关键技术和特殊问题。

2.1 智能和控制技术

2.1.1智能是无人驾驶船舶的核心技术，它可以帮助船只自动识别、探测周围的环境目标，并且可以实现自动避免碰撞，还可以实现对航线的自动规划。在当前技术水准下，船舶自主避碰、航线自主规划已不是难事，智能关键的突破点是环境目标识别探测和信息感知技术。

未来无人船舶感知技术主要采用激光雷达、毫米波雷达和车规级摄像头、红外传感器等新装备，全面感知水域情况，保障船只安全运行和感知避障能力，实现水域环境感知可视化。通过将AIS、雷达以及电子海图等多种信息进行整合，使得船只可以获得更加完善的感知能力，从而实现动力系统的实时监控，并且可以实现360°的全方位的视觉检测，从而确保船只的安全性，如图1、图2所示。

2.1.2控制技术主要包括船舶指令控制、状态监控与故障分析、远程故障排除技术。对于无人驾驶船舶来说，控制技术也是核心技术之一。未来，无人驾驶商船可以实现远程控制，从而大大提高了船舶的运行效率。如图3所示，这种技术的关键在于，它能够快速响应并执行指令，从而保证船只的安全和顺利航行。

到那时，船舶将不再需要船员或减少对船员的使用，配置将得以大大简化。尽管《海事规则》关于“船长”项提供了一个明确的指导，但是即使是最先进的技术，也依旧存在着对海事活动的严格把关；即使是最小的船舶，也会被大型的海盗船或者其他恶劣天气条件下的海盗所威胁。当船舶穿越狭窄的航线，无论是接近海边，还是进出码头，都必须得到船长的高度重视。

船舶海上航行可将操控船舶的工作转移到岸上，那靠离码头怎么办呢？由于船舶比较大，初始阶段实现自动泊船还是有一定困难的。可以通过引水员使用无人机助航系统，实现控制技术在船舶引航领域的有效应用，满足船舶引航的控制要求，如图4所示。使用无人机助航系统后，船舶引航突破了原来单一的船舶控制模式，发展成为全方位立体的船舶引航技术体系，拓宽了船舶导航思路。

随着科技的发展，无人驾驶船只可以在船上安全地停泊，磁力式自动系泊技术和真空式自动系泊技术已经成为解决靠离码头带缆问题的2种重要方法。荷兰的Mampaey海洋工业公司已研制成功的集成牵引、系泊和靠泊系统如（图5所示），能为任何特定的综合停泊（停靠）和停泊要求提供保障。

控制技术中，状态监控与故障分析、远程故障排除技术也很重要。未来无人船舶安装在船上的传感器通过网络将提供更多的实时数据，监控范围覆盖船舶操控智能系统、通信系统、主船舶主机、发电机、增压器、调速器分油机和燃料过滤装置，等等。通过收集和分析这些信息，我们可以实时监控和控制船舶的机电系统，从而确保它们能够正常、有效地运行。如果关键部件出现故障，我们可以立即联系港口进行维修，或者派遣专业人员前往船只进行维修。此外，为了保证无人船舶的安全，我们还可以采用双模块备份的方式，当某一模块出现问题时，可以通过远程操作更换备份模块来解决问题。

2.2 需要解决的几个问题

2.2.1无人船岸基操控人员的法律地位

商用无人船的操作可以通过2种不同的方式实现：一种是船方自行或雇佣专业人士来操纵无人船，这种人被称为岸基操纵者；另一种是委托第三方无人船技术服务提供商，这种人被称为第三方岸基操纵者。不同的情况下，操纵者的法律身份也会有所差异。

在这句话中，重点讨论的是如何保障船舶的安全运营。作为一个企业，它应该拥有与无人机技术领域的专业知识，并且与这些专业技术人员签订了一份书面的工作协议，来规范两者之间的权利、义务与承诺。在当今的航海环境中，岸基操纵者的身份更加明显，他们不仅仅只是被船舶公司聘用的一分子，还肩负着维护无人船安全、稳定性以及其他重大任务，他们的角色不仅仅局限于甲板部，还涉及轮机部等多个领域。虽然世界各地船员的界限存在差异，但是，根据目前的法律，岸基操纵者仍被视为一种新的角色。他们的职责是提供安全、舒适的工作条件和支持，但是他们也面临着许多挑战，比如更多的危机和压力，以及可能会失去家庭和休闲时间。许多针对船员群体设定了专门规定，以便更好地照顾他们，但由于他们所从事的工作属性，他们往往被认为工作处境比较危险，尤其是那些在无人船上从事岸基操纵工作的。

随着未来航运业的迅猛发展，第三方技术服务公司在支持无人船的安全性、效率性、稳定性等多个维度上都具有重大作用。它们能够根据客户的特殊情况，采取最新的安全措施，确保安全性，从而使得未来的航运活动能够顺利进行。船东应当考虑到当前的市场情况，并且充分利用其资源，采取多种措施来满足客户的需求，例如：通过招募专业的岸上驾驶员来提高安全性；通过引入先进的遥感算法，提升客户的安全性；通過建立多家第三方的遥感技术服务平台，实现对多种类别及航线的客户的有效托管。在某些情况下，某家专业的无人船技术服务公司有权向多家船只提供专业的技术支持。这些支持包括使用专业的海洋工具，如无人机，进行远距离航海、安全检查等。这些支持与执行这些支持的第三方公司之间的合作关系遵守当地的法律规定，享有平等的权利。根据它们之间的法律联系，船只作为委托者，而提供无人舰艇服务的第三方技术公司则作为接收者。

第三方公司在执行航次任务时，只能按照合同规定的内容进行控制、检测、维护，而不能代表船方履行其他法律责任，除非双方达成协议，否则不得将第三方技术服务公司视为船舶的管理者。因此，第三方技术服务公司与传统的船舶管理者存在显著的差异。根据船方的具体要求，第三方公司可以提供多种不同的服务，包括但不限于船舶管理、货物运输、船舶代理等，以满足船东的多样化需求。

2.2.2 《海商法》规定了远程操纵人的必要条件和权利

随着《海商法》的实施，商业级别的无人船已经实现了完全的自动化与智能化，这大大改变了船只的运营模式，将原本的船员变成了由岸上的控制者来掌管。然而，《海商法》仍然没有明确规定如何培训这些技术，这一领域仍然存在着一定的法律漏洞。通过类比，我们发现，当前的海上驾驶规定并不足以满足传统海上驾驶者的需求。这就为海上驾驶者提供了一些新的思考方向，还需要进一步研究。

2.2.3 STCW公约及岸基操控人员培训问题

由于岸基操控人员和传统的驾驶员、轮机员工作环境的自动化和智能化程度不同，他们所需要掌握的知识也不同，为此STCW公约及岸基操控人员培训内容和方法等也需要修改。

3 结束语

综上所述，船舶无人驾驶是一项综合性强的技术，需要多学科的集成与创新。在实际应用中，还需要考虑安全与可靠性、经济性等问题，以确保技术的广泛应用和可持续发展。要实现这些未来的发展趋势，仍需面对一些挑战。例如：如何确保无人驾驶船舶的可靠性和耐久性，如何制定相应的法规以保障无人驾驶船舶的安全性等。为此，需要行业内外各方的共同努力，加强技术研发、推动标准化建设和完善法规体系等。无人驾驶船舶在提高效率、降低成本和增强安全性等方面具有巨大潜力。随着技术的不断进步和市场需求的不断增长，无人驾驶船舶的应用前景十分广阔。未来，我们有理由期待无人驾驶船舶在各个领域发挥更大的作用，为人类带来更多的便利和效益。

参考文献

[1] 张建林.无人船的时代展望[J].珠江水运，2018.8.

[2] 百度百科.无人驾驶船舶[Z] .互联网文档资源， 2023.