完全自动驾驶的“新幽灵船”开启航运业巨变


空无一人的“幽灵船”在海上飘荡,这曾是船员们的噩梦,因为那些船只遇到了海难;而在未来,完全自动驾驶的“新幽灵船”或成为主流。目前多家公司正在挪威进行技术测试,数年内航运业可能发生翻天覆地的巨变。

夜半时分,北大西洋上,一艘巨型集装箱货轮收到了最新的气象报告。前方正酝酿着一场可怕的风暴。船只静悄悄地改变了航线和速度,以便躲过危险,及时到达目的地。船只所属公司和下一个港口的港务长也收到了航线更改通知。当它逐渐靠岸之时,再次调整航线,这次是为了躲开右方一艘渔船。

听上去这只是一次普通跨大西洋航行中普通的一天。事实并非如此。因为船上一个人也没有,掌控它的是位于世界另一端的指挥中心,那里的技术人员通过卫星数据,监管着众多船只。

空无一人的“幽灵船”在海上行进,过去曾是船员们的噩梦,因为那些船只遇到了海难;而在未来,完全自动驾驶的“新幽灵船”或成为主流。目前相关的技术已经具备,何时变成现实只是时间问题。

无人驾驶船舶的应用将给航运业带来一系列改变。

在无人驾驶航运时代,陆上控制中心的设置极为重要。

好处不止一个

电子传感器、远程通讯和计算机技术的进步已经刺激了一系列自动化交通工具的发展,如汽车、飞机、火车,现在轮到了船舶。许多企业和研究机构正努力把它变成现实。劳斯莱斯在芬兰上马了“高级自动水运应用”(简称A A M A )的合作项目,希望能在十年内开发出在沿海区域航行的遥控船或全自动船;欧盟的“网络智能水运项目”(M U N IN )由设在汉堡的弗朗霍夫水运物流和服务中心领导,正在评估无人驾驶商船远洋航行在技术、经济和法律上的可行性;权威国际船舶认证组织D N V G L在研究利用无人电动船沿着挪威海岸线运货的可行性。除此之外,中国、韩国等也在进行相关研究。

事实上,几个世纪以来,船上人员的数目一直在下降。人们对无人驾驶船只感兴趣,原因很简单:这样的船更安全,更高效,运行成本更低。总部位于慕尼黑的A llianz保险公司2012年公布报告说,75%到96%的海上事故是人类失误导致,而失误往往是因为疲劳。遥控和自动驾驶可以减少这样的失误,降低伤亡和损失。此外,海盗对船只和海员的威胁也将减弱。无人驾驶船可以通过设计,让海盗难以上船;哪怕是已经登船,也极难对控制室进行操作。事实上,在需要时,控制室的电脑可让船只停止工作或者原地打转,方便海军舰船前往现场处理;而索回船只也更加容易,因为没有船员被扣为人质。

遥控船和自动船的另一个好处是可以设计出更大的载货量、更低的风阻。没有船员在上面吃喝拉撒,船只现在必须包含的一些功能就可以取消,比如舱面室、船员宿舍,还有一些通风、加热和下水系统。船只因此变得更加轻便,线条更加流畅,从而降低燃料消耗,减少操作和建造成本,并让出更多载货空间。

最后,智能船将更好地适应一个现实:拥有必备航海技能的人力资源日益稀缺。伴随越来越多机械和电子设备的出现,船舶变得越来越复杂,操作它们需要精通专业的技术人员。但与此同时,航海作为一项职业,吸引力却越来越差,尤其来自发达国家的人员,越来越不愿意一次离家数周甚至数月,在茫茫大海上度过。远程控制和自动驾驶方便航海职位向着陆上呼叫和操作中心转移,对年轻人更有吸引力。

波士顿S ea Machines公司制造的V 2无人驾驶船相对“娇小”,时速约20节,可载货3吨。

法规需要“升级换代”

建造和控制“新幽灵船”的技术已经有了,更有挑战性的其实是监管问题。目前,对于这样的船只是否允许出海、如何进行保险、出现事故时由谁来负责,全球航运管理规定并不清晰。

除了A A WA项目成员国,欧洲至少还有两个组织正在探索如何改变法规,明确这些问题。其一是欧洲无人驾驶水运系统安全和管理组织(SA R U M S),由瑞典牵头,另有六个国家参与;在英国,自动水运系统管理工作组(M A SR W )也在进行类似努力。它们的目标是当《国际海上生命安全公约》下次修订时能有实质性的“升级换代”。

技术核心是“感知”和通讯

而监管者在进行关于法规的讨论时,会很想知道无人驾驶船舶安全性到底如何,所以工程师面对的挑战就是将既有技术综合利用,达到最佳效果。

当新幽灵船时代真的到来,其控制中心可能会类似劳斯莱斯的U nifiedBridge舰桥。其桥楼可以提供全景式视野,配有操作方便的电脑化控制和监测系统,具有良好的情境感知能力。

事实上,对遥控和自动驾驶船来说,最关键的就是它对周围环境的感知能力及通讯能力,这样才能平安驶向目的地,途中避免碰撞,并完成复杂的操作,比如靠岸。劳斯莱斯正在研究情景感知系统,它将高清可视光和红外成像技术与光达、雷达测定技术结合起来,就船只周围环境提供详细图像资料,这些信息可被传回远程操作中心,或提供给船上电脑使用,作为船舶下一步行动的依据。

船舶远程指挥或自动航行系统也将利用其他很多数据来源:比如卫星定位系统的修正信息、天气预报、其他船只关于自身位置和身份的广播,等等。其实,作为日常操作的一部分,如今海员已经在使用多样化的数据信息及电子辅助系统,标记其他船只、辅助导航、监控船上主要机器以保证发动机及其他关键机械部件运行的系统也已存在。而在未来,更多数据将来自嵌在船舶重要系统内部的传感器。这些系统包括发动机、吊机和其他甲板机械,还有螺旋桨、艏推进器、发电机、油滤装置,等等。这些数据将帮助了解系统是否正常,是否达到最高效状态。如有关键部件发生故障,可以预定在下一个港口进行预防性维修;如有需要,当船只还在海上航行时,就派人登船维修。

当然,当船只自动驾驶或受远程控制时,及时将数据传输到岸上极为重要,它们需要不间断的实时通讯。虽然卫星通讯多年前就已应用于远洋船舶,但现在服务质量提升很多。特别是2015年8月,A A W A的 合 作 伙 伴InM arsat发射了第三颗G lobalX press卫星,有能力在几乎世界任何地方支持宽带通讯。

当然,保护这些数据以及与船舶通讯系统不被黑客侵入,也是至关重要的。你当然不希望那些好事者通过自己的路由,就让船只偏航,或者更糟,让它们跟什么撞到一起。提供数据连接可能是小菜一碟,但安全保护是大事。

人类仍然是中心

哪怕船只可以自主航行,陆地上仍然必须有人,好在出现异常时接管控制权。不同的船只需要雇佣不同数量的监控和操作人员。远洋货轮一般无需太多人力监控,一名“船长”可以同时监控多艘船只。而在拥挤的航线上行进的轮船,或者离海岸近的,以及进港或出港的时候,可能需要多名专业人员更多的关注。因此,远程控制或自动驾驶船舶所有相关技术里,一个重要部分就是远程控制系统和控制中心的设置。研究人员根据航空、核能源、太空探索,还有制造海员训练模拟器的经验,琢磨如何设计这样的中心,其装配不仅要考虑到人机工程学,还要考虑操作便利性和实用性。前面提到的劳斯莱斯U nifiedB ridge舰桥可以说是“先锋”,相对传统船舶舰桥,它进行了彻底的重新设计。2014年8月,其第一代产品装在钻井平台船S trilLuna上出海,此后该系统引入了拖船、超大型游艇、极地研究船,甚至一种新型的邮轮上。

数年内见分晓

在建造和操作无人驾驶船舶方面,肯定不只有一种方式。有的可能不需要任何员工,看上去跟现有船只设计截然不同;有的则是自动驾驶和远程控制混合操作———在远洋公海时自动驾驶,需要更高级操作时回归远程控制;还有一些船舶,比如邮轮,则可能一直需要人类员工,哪怕只是为了给客户提供服务、安全和保障。但它们的共同点则是拥有更好的情境感知技术,更加安全。

第一艘投入商用的智能船将主要使用现有技术。这艘船可能往来于单一“船旗国”沿海水域,可能是渡轮、拖船,或其他沿海船型,在非常有限的区域航行。

实际上,试航就在眼前。去年底,挪威航海和滨海管理部分开放了特隆赫姆湾一处地点,允许进行相关测试,这是世界首例。目前多家公司正在那里测驶无人驾驶船舶导航、防碰撞系统、操作安全和风险管控项目。有专家预测,“新幽灵船”2020年就会出现。到2025年,一些航运公司就会在公海运营远程控制船。再过5年,无人驾驶远洋货轮船将司空见惯。

这种变革是连锁式的。从有人驾驶船舶到靠陆地技术人员控制船只,无疑会让全球物流链发生革命性改变,创造出新的服务,带来更高效的船只出租和共享方案,催生海上货运在线市场,以及种种更加聪明的创新。当新的玩家进入这个有些古板守旧的市场,可能掀起一股摧枯拉朽的浪潮,就像U ber和A irbnb做过的那样。

来源:中国水运报