南京长江航运物流中心

当前位置: 自主航行船舶:以智取胜

自主航行船舶:以智取胜
发布时间:2022-01-13

1月9日,韩国现代重工集团宣布,将在2022年第一季度开始运营该公司打造的世界第一艘自主LNG运输船。

据称,Avikus将在一艘大型LNG运输船上搭载自主研发的HiNAS 2.0自主导航系统。这艘长达300米的LNG船正在现代重工旗下船厂建造。现代重工表示,这将是世界上第一艘采用自主船系统进行跨大洋航行的大型商船,自主系统将接管船舶,但船上仍保留监督的船员。

事实上,智能航运已经成为航运业发展的一个主要方向,船舶自主航行技术是实现智能航运的关键技术。随着人工智能技术及高速处理器在近十年来的高速发展,自主航行技术的发展已经初具雏形,具有自主航行技术的船舶已经开始进行试验,在未来几年内具有商业价值的自主航行船舶将进入运营阶段。

船舶技术从自动化到自主化

随着人工智能、大数据、物联网等前沿技术与传统船舶的深度融合,船舶技术由自动化向自主化方向“进化”,船舶自主化技术的应用将引发船舶行业的技术革命,为船舶技术的发展带来新的机遇与挑战。同时,船舶自主化技术是一门新兴技术,产品规范、技术标准、法律法规等方面尚未成熟,而自动化技术在船舶领域已经有了几十年的应用经验,技术及配套体系相对完善,船舶自主化技术在发展过程中即借鉴了船舶自动化技术的应用经验,又呈现出独特的技术发展路径,两种技术即深度融合又全面颠覆。因此,理解船舶自主化技术与自动化技术的区别,成为制定船舶自主化技术发展路径的关键。

国际海事组织(IMO)在海安会(MSC)第99次会议上分别对船舶自主化和自动化系统进行了定义:

船舶自主化系统即系统使用人工智能或计算机程序独立于人员的监督和控制对船舶功能进行管理和控制。

船舶自动化系统即在人员的监管下,系统提供决策支持和/或执行船舶功能。

在船舶自主化系统定义中,人工智能是实现系统自主化的核心技术,这一定义与我国船舶智能化的定义基本相同,或者可以理解为船舶智能化是自主化的应用形式之一。从IMO对船舶自主化和自动化系统的定义来看,自主化与自动化系统最大区别在于是否需要人员在控制环路中发挥作用。

自动化系统工作原理的核心是外部触发输入必须处于预设的边界条件之内,才能进行判断,从而执行相应的功能指令。在相同的边界条件下,功能指令的执行相同。从本质来看,自动化系统主要依靠人类经验,并转化为边界条件在系统中进行预设。因此,自动化功能的实现受限于人类特殊经验、预设边界条件数量和运算执行速度等因素。当系统功能较为复杂时,使用自动化技术无法覆盖所有工作场景,需要人员在其控制环路进行监控,避免未知风险的发生。

自主化系统一般不进行边界条件的预设,主要使用人工智能技术,依靠机器学习的经验,结合外部触发输入及其他条件的态势感知进行机器判断,生成相应的执行指令,执行指令具有不可预测的特点。自主化功能的实现主要受限于算法质量、运算速度和训练库范围等因素。由于人工智能算法发展缓慢,现阶段系统实现完全自主化还比较困难。从自动化和自主化的工作原理来看,两者功能实现有着本质的不同,随着核心处理器技术的高速发展,芯片的处理速度和运算能力显著提高,应用自动化技术可以预设的边界条件不断增多,覆盖场景不断扩大,自动化系统在人员在环的情况下,是可以实现一些简单的自主化功能,如辅助决策系统等。但是在复杂自主化系统领域,自动化技术无法实现完全自主功能,如与航行安全、环保及保障相关的自主化系统。

自主航行将带来航运革命

国际海事组织将自主航行的船舶定义分成了4个等级。第1级,是指采用了自动化的流程及决策支持技术,属于部分功能自动化的船舶;第2级,是在搭乘了船员的状态下可以远程控制的船舶; 第3级,是即使没有搭乘船员也可以远程控制的船舶;第4级,是指完全能够根据自己的意志,自主航行的船舶。

实行船舶的自主航行,可以说是世界航运的一大革命,它可以给我们带来很多好处。首先,从理论上说,可以大量减少海洋事故的发生。美国沿海警备研发中心分析的数据表明,全球发生的海洋船舶事故中,有75%-96%是由于人为因素造成的。

其次,可以大大缓解海运人力不足的现象。随着全球海运业的活跃进行,海员以及管理人员出现严重短缺。国际海运会议所(ICS)发布的海运人力报告的数据显示,2015年的航海技师短缺比率是2.1%,而到了2025年,预计这个数字将飙升至18.3%。

再者,还可以大幅减少运营成本。在一般商船的运营成本中,燃料费和人工费的占比就达到了80%以上。 采用自主航行船舶,可以不再雇佣船员,能够节省很大的一笔人工开支,同时还可以缩短航运距离和时间。

在减少温室气体排放方面,航运界对于自主航行船舶给予了很大的期待。为了减少温室气体排放,国际海事组织在2020年,大力加强了环境监管标准。因此,全球的海运公司都在积极引进以液化天然气(LNG)为燃料的船舶,力求减少温室气体的排放量。

但是要想在2050年实现碳中和的目标,到2030年就要比2008年减少40%的温室气体排放量,而到了2050年,要减少70%的温室气体排放量。所以,仅靠引进液化天然气船舶是远远做不到的。采用自主航行船舶能够选择最佳的经济航运模式,可以将温室气体排放量降到最低。

当前,自主航行船舶的市场正在急速增长。市场调查机构“Markets & Markets”的数据显示,去年的全球市场规模为71亿美元,而到了2030年,预计将增长2倍以上,达到达到143亿美元。目前,业界预测,自主航行船舶的市场即使没有政府的法制、法规伴随并行,信息管理系统、平衡数管理系统、推进控制系统等各种船舶控制系统的部分自动化也将得到推进,自主航行船舶的市场也将得到发展。

各国掀起自主航行船舶研发热潮

早在2018年,国际海事组织(IMO)就着手制定了自主航行船舶(MASS)的相关制度,国际性的投资和技术研发大幅增加。欧洲、日本、中国和韩国纷纷加入到自主航行船舶的研发行列。

再把时间往前推,早在2012年,欧洲就在完成了技术、法规和经济的可行性研究后,开始正式推行研发自主航行船舶的MUNIN项目。2018年12月,芬兰研制的全球首艘完全自主航行的客轮“法尔科(Falco)”号,载着80名乘客,在波罗的海的近海试航成功。

日本人也显示了高涨的热情。2019年10月,日本的船运公司NYK的一艘2万吨级汽车运输船成功试航。该船装有自动避障系统(SSR)。

2021年6月29日,随着一声汽笛长鸣,我国首艘、全球规模最大的自主航行集装箱实验船“智飞”号在船长的指挥下缓缓离开青岛造船厂船坞,驶向位于青岛蓝谷附近海域的我国首个智能船舶测试场。

“智飞”号具备无人驾驶、远程操控以及自主航行三个功能,船上有一些先进的技术,如水下避碰、新能源的储能箱,都是我们国内自主研发。中国航海学会常务副理事长张宝晨表示,“智飞”号可贯穿实现智能航运五大要素,是智能船舶与智能港口深度融合的集成样本,并作为协同枢纽实践探索智能航保、智能监管和智能服务面向航运发展的技术途径。该船的投入使用将为实现船舶货运无人化乃至航运业态再造奠定重要技术基础,对促进我国船舶制造业转型升级,推进智能航运和船舶工业技术进步具有重要的战略意义。

2021年,拖船“Nellie Bly”号成为世界上第一艘完成了1000多海里远程操控自主航行的商船。9月30日,“Nellie Bly”号从德国库克斯黑文(汉堡附近)出发,前往丹麦,这趟环绕丹麦的旅程正式开始。

整个航程由离这艘拖轮3000英里外的波士顿美国海岸警卫队(U.S. Coast guard)授权海员远程指挥。

韩国的海洋水产部发表了一个“自主航行船舶开发支援政策”,并开始正式进入状态。

而此次自主船技术是现代重工确定的未来三项核心技术之一,另两项核心技术是液态氢运输和推进系统技术,以及智能机器人技术。

现代重工参与了韩国主导的五年自主船技术开发项目。韩国正在投资1.4亿美元开发自主航运市场,目标是占据该市场50%的份额——韩国预计2030年自主航运市场将达到 1500亿美元的规模。

专家预测,2030年之前的大部分船舶将停留在第1级的水平上。人们更倾向于在新建造的船舶上安装自主航行系统,而不是对现有的船舶进行升级改造。但是2030年以后,随着技术和市场问题以及法制法规和保险等非技术性问题的解决,真正的远程遥控、完全自主航行阶段将会到来。全球对于自主航行船舶的需求将会急速增加,以欧洲和中、日、韩等造船强国云集的亚洲地区为中心,抢占市场的竞争会变得日趋激烈。

(信息来源:中国水运网)

COPYRIGHT © 2015-2018 ALL RIGHTS RESERVED 版权所有:南京航运交易中心

备案/许可证号:苏ICP备05012557号-2 南京航运交易中心