浅析海上水面自主船舶（MASS）四层级分类下的航标船舶智能化发展.docx

浅析海上水面自主船舶〔MASS〕四层级分类下的航标船舶智能化开展摘要：本文从国际海事组织对海上水面自主船舶层级划分出发，结合当前航标船舶航行作业、智能船舶技术的开展现状及问题，通过论述MASS四层级划分下航标船舶“标准先行，改造为主，梯次推进〞的智能化开展思路，以及对关键技术的简要分析，从效劳航海保障事业的角度，客观简要地分析了不同自主层级航标船舶智能化开展所需经历的阶段及相关软件、硬件支撑关键词：海上水面自主船舶;自主层级;航标船舶;智能化开展1海上水面自主船舶〔MASS〕综述1.1MASS的概念及层级划分海上水面自主船舶〔MaritimeAutonomousSurfaceShips，简称MASS〕是指在不同程度上可以独立于人员干预运行的船舶2021年5月，在伦敦举行的国际海事組织海事平安委员会〔MSC〕第99次会议上，国际海事组织〔IMO〕提出了自主程度的初步定义，将自主船的划分为以下四个层级【1】：〔1〕船舶具有自动化程序操作和决策支持的功能;〔2〕船舶具备远程遥控的功能，同时有船员在船;〔3〕船舶具备远程遥控功能，无船员在船;〔4〕船舶完全自主为方便开展论述，本文将上述四个层级按照顺序依次分为自主I级、自主II级、自主III级、自主IV级。

1.2自主与智能从一般意义上讲，自主与智能是两个不同范畴的概念自主是指能够自己做出决策并决定行动的船舶和/或船上具有控制功能的系统自主表达的是行为方式，由自身决策完成某行为那么称为“自主〞;智能那么是完成行为过程的能力，也就是运用的方式方法以及策略是否符合自然规律或符合人〔或某团体〕的行为规那么，在千变万化的环境中找到合理的“路径〞完成某项任务，那么称为是智能的【2】对于航标船舶来说，由于其航行与作业的特殊性，在MASS四层级分类下探讨自主与智能两者之间的关系应该是：智能在前，自主在后，两者相辅相成，因此本文将从自主I-IV级分别对应航标船舶不同的智能化程度来展开分析2航标船舶的开展现状及相关问题2.1航标船舶综述航标船是指设有起放航标的起重机和绞盘等设备，在航道与其附近的暗礁、浅滩、岩石处进行航标布设、巡检、补给、修理、维护作业的船舶我国现役航标船中主要船型有大、中型航标布设船和小型航标巡检船大型航标船主要承担海区活节式灯桩及大中型浮标的更换和维护任务;中型航标船主要承担区域性中小型浮标的布设和巡检维护任务;小型航标巡检船主要承担港区及附近水域航标的日常巡检维护工作【3】2.2航标船舶作业模式近年来，船舶工业的开展使得航标船舶的机械化水平显著提高，海上航标的作业模式也随之发生改变。

从最初的“跳标〞检查维护到现在的侧向推进装置、动力定位、襟翼舵、起重机、绞盘、夹持臂、弃链器、制链器、电磁吸盘、机械臂手等航标船舶专用设备设施的应用，航标船舶的作业模式也已从“人力主导〞的传统作业模式逐渐转变为“人力主导-船舶简单协作〞的半机械化作业模式，极大地保障了人员的作业平安，减轻了作业人员的劳动强度2.3存在的问题航标船舶作业模式的转变虽然有效提升了作业效率，但从船舶航行角度以及目前“人力主导-船舶简单协作〞的半机械化作业模式角度出发，问题依然存在一是船型老旧我国现役航标船船型大多为传统船型，船舶抗风浪能力、耐波性较弱，恶劣的海况下作业平安无法保证二是船舶操纵性能差航标船舶大多航行在交通流量大、海况复杂的水域，且大局部航标船舶推进方式为主机直接驱动螺旋桨，船的低速性和操纵性能差、不能满足航标作业的特殊需要三是作业机械化程度差姑且不谈航标专业设备的普及应用情况，在航标作业中，除用吊机的起重能力和绞盘拉力外，大量的海上航标作业的辅助工作如排链、弃链、挂标、检视、摆向控制、浮标灯器拆卸更换等辅助工作依然需要人力操作协同完成，不仅劳动强度大，还存在较大平安隐患3当前智能船舶开展现状物联网、大数据、云计算等新理念、新技术突飞猛进的开展，为船舶自主、智能技术开展注入了更强大的动力，智能船舶逐步成为国内外研究的热点【4】。

3.1国外开展现状美国船级社〔ABS〕在2021年3月批准了一艘2200m3的无人驾驶液化天然气驳船的建造，用于美国沿海水域船对船的LNG转运或LNG散装运输2021年7月，英国劳氏船级社〔LR〕发布了智能船舶入级指导文件，根本囊括了自动化船舶入级的各个方面挪威船级社〔DNV-GL〕也正在对采用电力推进的无人驾驶船沿挪威海岸线进行货物运输的可行性进行研究欧盟于2004年由Fraunhofer海运物流和效劳中心领导开展MUNIN〔Maritimeunmannednavigationthroughintelligenceinnetwork〕工程，从技术、经济和法律三个方面，对海上大型无人驾驶商用散货船的运行可行性进行了评估罗尔斯罗伊斯公司〔Rolls-RoyceMarine〕在2004年公布了其高级无人驾驶船舶应用开发方案〔AAWA〕，公开了用在无人驾驶船队远程监控上的岸基操作控制中心的设想，并与瑞典渡船公司StenaLineAB合作研发了船舶智能感知系统日本于2021年1月至2021年3月启动“智能船舶应用平台工程〞〔SSAP〕，由日本船舶机械与设备协会〔JSMEA〕牵头，联合多家造船、配套、航运和检验单位共同参与，旨在建立船舶及岸上获取船舶设备数据的标准化方法，不断提高船舶的平安性与环保性【5】。

3.2国内开展现状2021年5月，我国提出?中国制造2025?战略方案，为智能船舶的开展指明了方向;中国船级社〔CCS〕在2021年3月生效?智能船舶标准〔2021〕?，在2021年10月发布?自主货物运输船舶指南?;2021年12月，工业和信息化部、交通运输部、国防科工局联合发布?智能船舶开展行动方案〔2021—2021年〕?，明确了船舶智能化开展的总体思路和重点任务2021年12月5日，我国自主研制的全球第一艘通过英国劳氏船级社和中国船级社认证的智能船舶“大智〞号在上海正式交付使用2021年11月，由中国船舶工业集团所属上海外高桥造船为招商局能源运输股份量身订造的全球首艘40万吨智能超大型矿砂船〔VLOC〕“明远〞号在上海命名交付2021年2月，在巴塞罗那举行的世界移动通信大会上，珠海云洲智能携手爱立信、中国移动公司打造的5G无人船亮相，实现了高清视频实时回传、VR后端演示、无人船舶远程控制、远程控制污水精准取样等功能，引发外界关注以目前的智能船舶开展形势，不难预见，未来30年内自主船、智能船将彻底改变船舶设计、建造和运营的格局航标船舶也应顺应时代大潮，在现有的船舶智能技术的根底上，按照IMO对MASS的层级划分逐步完成智能及自主开展。

4MASS四层级分类下的航标船舶智能化开展思路从IMO对MASS的层级划分不难看出自主船的开展是逐步和阶段性的航标船舶的自主化进程也应是分层次、逐步、阶段性地开展相比于远洋船舶，航标船舶大多航行于近海港区，种类多，作业环境交通流量大、作业内容复杂基于上述航标船舶的作业特殊性，其自主化程度开展应以航标船舶设备的机械化、智能化水平为出发点，兼顾海上航标作业模式的自主化展开，按照“标准先行、改造为主、梯次推进〞的方式，即以应用标准为根底，以改造为主要手段，根据各类航标船舶的航行作业特点统筹兼顾有针对性地制定开展策略，推动航标船舶智能化开展4.1量体裁衣，标准先行适合航标船舶自主化开展的标准或标准性文件是自主航标船舶建造并投入使用的根底我国现有标准标准开展尚在起步阶段，围绕智能船舶所涉及的信息感知、通信导航、能效控制、自主航行等关键技术，目前国内现有可供参考的技术标准主要是中国船级社〔CCS〕在2021年3月正式生效的?智能船舶标准〔2021〕?【6】和2021年10月发布的?自主货物运输船舶指南?，而?智能船舶开展行动方案〔2021—2021年〕?【7】明确将按照“分类实施，梯次推进〞的根本原那么，积极推进智能船舶标准、根底通用标准、船载系统标准、岸基系统标准、网络和信息平安标准、测试与验证标准等智能船舶标准标准体系的建立，因此不难预见，针对自主航标船舶的相关指南或其他具有普适性的指导性标准将会很快出现。

需要注意的是，针对自主航标船舶的標准不应只局限于自主航标船的建造基于自主航标船效劳航海保障工作的事实，自主航标船舶的开展应按照自主化层级的不同细化应用标准，并兼顾航海保障的一系列行业执行标准，“量体裁衣〞才能更符合航海保障工作开展需要层级与对应标准如表1所示：4.2由简至繁，改造为主船舶设备智能化程度的提高是航标船舶自主层级提高的前提对于航标船舶来说，设备智能化程度的提高同样意味着航标作业模式的改变相比于直接建造一艘自主II级或以上的航标船舶，技术改造本钱低，对现有航标船舶设备的逐步改造和智能升级与当前相对落后的半机械化作业模式更匹配，经济性、实用性更好因此，通过船舶技术改造以提高航标船舶设备的智能化水平在未来一段时间内仍是航标船舶自主化开展的主要方式层级与对应层级设备改造水平如表2所示：4.3由小至大，梯次推进我国现役航标船舶因承担作业性质的不同分为大、中、小三种航标船舶大型航标船〔2000吨级〕、中型航标船〔800～1200吨级〕主要承担浮标的更换和维护任务;小型航标巡检船〔拖轮、航标夹持船、17m级钢质艇〕主要承担航标拖带、日常巡检维护工作基于航标船舶作业环境复杂、大中型航标船作业过程中对船舶航行作业稳性、作业精确程度的高要求、小型航标船对作业效率及故障解决的高要求，结合智能船舶技术开展尚处于起步阶段的实际，建议航标船舶自主化在相当一段时间范围内按照功能对应层级的模式开展。

层级相对应的航标船舶类型如表3所示：5自主航标船舶智能化开展的关键技术按照自主I-IV层级分类，自主航标船舶可通过对航标船舶的动力机电、通信与导航、靠离泊、航标作业操作、舱室设备等现有设备系统的智能化改造逐步升级船舶的智能程度航标船舶的自主化升级应重点围绕船舶感知、航行控制、作业控制、网络通信、船舶安保等智能模块系统的构建及整合进行开展〔如图1所示〕5.1船舶感知通过应用物联网技术、传感器信息融合技术、大数据技术、船载摄像机稳像技术、海面红外与可见光图像融合技术、海面弱小目标检测技术、海面目标模式识别等关键技术对航行环境、船舶状态、设备状态、尤其是航标状态等重要数据进行采集、交互、融合、分析，辅助船舶操纵、航标作业控制决策5.2航行控制通过应用船舶自主气象导航技术、船舶避碰、避礁和防搁浅一体化技术以及航海信息的智能处理技术、基于态势感知的智能航行技术、船岸协同下的远程遥控驾驶技术等关键技术，实现为航标船舶在近海港区等交通流量大、情况复杂的水域进行航行、航标作业提供科学、自主、平安、高效的决策[8]5.3作业控制通过应用船舶动态定位、动载平衡技术、自动排链、脱钩技术、浮标追踪夹持技术、灯器自动检修技术、材料检测等关键航标作业技术对航标作业进行智能化控制。

5.4网络通信通过应用船域网、船岸交互、船舶海上自组网、5G移动通讯、卫星通讯技术、智能路由选择技术、数据智能压缩技术、船岸一体化信息集成与融合技术等关键技术，实现自主航标船舶低延时、低本钱、小功耗、数据轻量化传输的船-岸、船-船、船-标通信系统的建立5.5船舶安保对于航标船舶来说，船舶的安保主要集中在航行作业平安、消防、网络与通讯平安等方面，可通过应用远程监测技术、故障诊断技术、船岸-港、船-船、船-标和船舶内部网络和数据链路抗干扰、防阻断、反窃听技术、数据加密、防篡改、数据恢复技术、硬件加固技术等平安防护技术保障自主航标船舶平安6结束语IMO对MASS的四层级分类为航标船舶智能化开展提供了理论根底按照目前的船舶智能化总体开展水平，航标船舶的智能开展应在现有MASS四层级分类的框架下找准出发点，以应用标准为根底，以改造为主要手。