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南极科考、远洋运输、自主航行 无人船时代“启航”

科技日报 2018-11-21 10:57
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图为2017年通过船级社证的3.88万吨“大智”号智能货船受访者供图

  本报记者 陈 瑜

  英国东英吉利大学近日表示,该校团队正与一家公司合作研发一种能在南极海域严酷环境下使用的无人驾驶船,这有助为科学家分析海平面上升原因并获取更多重要数据。因为使用环境特殊,该无人驾驶船引发社会广泛关注。

  中国船舶工业集团有限公司上海船舶研究设计院创新中心智能船部主任李鑫6日在接受科技日报记者采访时表示,即使无人驾驶船已被用于南极环境,但要让以远洋运输货船为代表的大型商船真正走向无人化,还得等几十年。

  极地海域,飞溅的海水易在船面结冰

  记者搜寻发现,在第34次南极科考中,珠海云洲智能科技有限公司的4艘无人船,在南极自然条件最恶劣的区域之一——恩科斯堡岛周边海域,完成了5平方公里海域多波束全覆盖海底地形测量,为船舶航行和中国第5个南极科考站建设提供了基础空间地理信息数据支撑。

  在李鑫看来,用于极地海域的无人船,面临的一大挑战是船舶如何承受严寒环境考验。在气温低于零下50摄氏度的环境中,飞溅的海水会在船体表面结冰。由于船上无人值守,不能进行除冰作业,大量的结冰会让船上设备及系统无法工作,并影响船舶稳性,因此需要大范围采用防冻化设计。

  报道称,为解决这些问题,英国的研究团队正在筛选一系列涂层材料,以便让船体表面“不粘”,飞溅的海水或雪花会从船体表面直接滑落而不造成影响。团队已在一个大型仓库中模拟南极环境测试这些材料。

  其实不仅是科考船,运输船方面的无人探索也已开始。

  曾引起媒体高度关注的挪威“YARA Birkeland”号,被认为是“海上特斯拉”。37英里航线的起始点为一处肥料生产工厂,终点为拉维克港口。如果依靠路面货物运输,需要汽车运输4000车次,显然在人力成本高的北欧,这并不经济。借助自身安装的GPS、雷达、摄像头和传感器,“YARA Birkeland”号可自动穿梭于其他船只之间,还能在到达终点时实现自行停靠。

  同样在芬兰,一艘渡船也在进行无人化改造,原因是两名老船员退休,年轻人又不会驾驶这艘船。无人化改造成为必由之路。

  李鑫曾参加过国际海事组织有关无人船的几次讨论。他告诉记者,目前无人船或者无人艇并没有严格定义,多是用功能性的描述字眼“远程控制、自主航行、自主决策”来形容。“好比篮球、足球会有不同的功能,但对球本身的材质、压力并不会有严格界定。”

  虽然界定不清,但不可忽视的现实是,继无人机、无人驾驶汽车后,无人航运成为全球关注的热点。此前有专家预测,未来全球无人航运市场规模将达到万亿美元级别。

  自主航行,相关人工智能尚弱

  放眼全球,目前很多国家都已开展与无人船相关的研究工作,其目标大体一致,都是为最终实现无人驾驶船舶做准备,但研究着眼点略有差异。

  早在上世纪80年代,日本就开始了船舶无人航行的研究,但受限于当时的网络和信息技术,没有真正实现船舶智能化,也没有开展类似的针对智能船整体解决方案的研究,而只是开发出一些智能系统和智能相关标准。

  韩国的智能船舶主要是由造船厂主导,研究重点在于利用岸基资源,对船上的数据进行采集、分析和评估。

  欧洲的智能船研究联合了多家单位,其思路是围绕智能船舶的远程控制技术和无人自主航行的可行性开展研究工作。

  李鑫告诉记者,在业内探讨中,无人船被分为两个层面,一是远程遥控,另一个更高层面是无人自主,换言之不需要人的干预。“无论是科考船还是运输船,要实现对船只的远程遥控并非难事。从技术上来说,最核心的是要解决网络安全和基于控制的船岸协同问题。”在李鑫看来,要实现更高层面的完全无人自主,还有更长的路要走。

  航行中的船舶受力复杂,涉及前后左右上下六个维度的运动。但与无人自主直接相关的人工智能,当下尚处于弱智能阶段,要落地还有很远。李鑫举例说,“YARA Birkeland”号下水后第一年,仍需要有人驾驶,与其他船只不同的是,通过嵌在船舶里的机器模型,机器会通过自我学习的方式获取驾驶技能,预计到2020年才能执行完全自主操作。

  与国外相比,我国的智能船舶的研究起步虽晚,但也取得了一定的成绩。中国船舶工业集团之前启动的黎明工程项目计划,以上海船舶研究设计院设计的绿色海豚系列3.88万吨系列散货船为基础,由上海船舶研究设计院牵头,多家单位参与,旨在国内率先研发、建造一型具有国际先进水平的智能示范船舶。

  该项目首次尝试将“智能”概念应用于船舶领域,是我国对智能船舶关键技术研究的初步探索。该型船“大智”号成为全球首艘获得船级社智能符号的船舶。

  在此基础上,2016年12月,工业和信息化部正式批复了高技术船舶科研项目——智能船舶1.0研发专项。预计11月底,专项的第一艘示范船——招商40万吨矿砂船将被交付,该船通过多种智能系统和应用,为船舶营运提供更为安全、经济和高效的方案,在现阶段,这也被认为是对大型商船有效的辅助方式。

  大型商船,无人化面临技术和法规制约

  除了科考,在李鑫看来,小型无人船有着广阔的应用场景。

  比如在我国200海里专属经济区,每年禁渔期,海事部门要专门开出巡逻船,一走就是好几个月。如果在某些固定点布设无人小船巡逻,进行远程执法取证,可以大大降低执法成本。

  在海洋环境监测、海上搜救、防灾减灾等领域,已经研制出了多型无人船试验样机。

  虽然前景被看好,但李鑫说,要对大型商船实现无人化,在技术和实用上还存在问题。

  与无人驾驶汽车相比,无人船在技术上与之有相通之处,但由于航行方式和运行环境的不同,在技术上也有其独特之处。

  无人驾驶船舶要进入航运,面临诸多海事法规的限制。比如按照国际海事组织规定,海上航行船舶要遵循《海上航行避碰规则》,为此需要进行可靠性测试。

  国际海事组织之前表示,预计在2020年前,法规不会允许无人驾驶船只被投放下水航行,也不会出台无人船立法。

  业内专家解释说,船在开阔水域行驶,可以不需要人真正操作,但进入繁忙水道,必须有人介入。按照国际劳工组织要求,需要有足够人力来保障船只航行安全。真正的无人船首先涉及到减员问题,而要修改该法律条款,首先要证明不需要这么多人。此外,现行法律对必须有多少相关设备才能满足航行要求做出了明确规定,真正的无人船在船载设备方面会有变动,可靠性如何,应急情况下怎么办,这些必须经过验证后才会被允许航行,而到目前为止还没有真正的相关验证。

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