航運業(yè)作為荷蘭經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，從鹿特丹港到內(nèi)陸地區(qū)約40%以上的運輸是由內(nèi)河船舶完成的。隨著航運業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化需求的不斷攀升，荷蘭許多組織和公司致力于以船舶自主航行技術(shù)為牽引，發(fā)展智能航運。為迎接這一挑戰(zhàn)，行業(yè)迫切需要一種全新的組織運營模式來發(fā)展荷蘭的近海和內(nèi)河航運，包括船舶、港口和作業(yè)任務的自動化及其數(shù)字信息交互。2021年11月荷蘭智能航運平臺(Netherlands Forum Smart Shipping，SMASH)發(fā)布了智能航運路線圖，提出了面向2030年荷蘭智能航運發(fā)展愿景。

荷蘭智能航運發(fā)展路線圖總體介紹

數(shù)字革命正在從根本上改變航運，人工智能、數(shù)據(jù)支持的遠程控制與自主操作逐步成為現(xiàn)實，目前國內(nèi)外都在進行相關(guān)研究。為有效促進全荷蘭范圍的研究聯(lián)系，在荷蘭海事部門主導下，荷蘭智能航運平臺應運而生，將政府、公司、高校、研究所等機構(gòu)聚集在一起，面向智能航運開展研究，增強荷蘭在該領(lǐng)域的國際地位。2021年11月荷蘭智能航運平臺發(fā)布了智能航運路線圖，描繪了智能航運技術(shù)的5種應用場景，分別是內(nèi)河貨船、內(nèi)河渡船、近岸海船、遠洋海船和無人船，同時提出了10個研發(fā)領(lǐng)域，如圖1和圖2所示，包括技能和行業(yè)認可、責任與保險、立法、通信與安全、技術(shù)實施和市場接受度、航道船閘和橋梁、港口、導航和制導、船舶內(nèi)部系統(tǒng)、遠程和岸基控制。

圖1 荷蘭智能航運發(fā)展的五大應用場景

圖2 荷蘭智能航運發(fā)展的十大研發(fā)領(lǐng)域

智能航運技術(shù)的應用場景及研發(fā)領(lǐng)域

目前由于船員數(shù)量短缺，亟需通過船舶自動化、智能化技術(shù)，減少船舶駕駛員配置。荷蘭智能航運平臺提出了面向2030年的智能航運發(fā)展愿景，涵蓋技術(shù)實施與市場接受度、技能和行業(yè)認可、責任與保險、立法、通信與安全、港口、航道船閘與橋梁、船舶內(nèi)部系統(tǒng)、遠程與岸基控制和導航與制導等研發(fā)領(lǐng)域。預計到2030年，荷蘭25%的船舶將達到IMO第3階段和CCNR第4階段。隨著大量的智能化設備和船舶投入運營，法律法規(guī)的制定需要與技術(shù)的發(fā)展同步進行，荷蘭需逐步確定智能船舶功能需求、岸基支持、與基礎設施的信息交互等以確定相關(guān)水路法規(guī)體系。

面向荷蘭智能航運2030發(fā)展愿景提出的五大應用場景，本文梳理了在邁向智能化的過程中不同研發(fā)領(lǐng)域要開展的研究工作。首先，在技能和行業(yè)認可方面，隨著智能化設備與系統(tǒng)的研發(fā)與使用，從業(yè)人員和船員需學習新技能，包括智能航運系統(tǒng)的設計、建造以及智能船舶及其基礎設施的操作。同時，智能水路運輸將改變傳統(tǒng)保險模式，損害賠償?shù)呢熑螘�發(fā)生變化，需開發(fā)新的保險模式。在立法工作方面，水上交通受各國家和國際立法的約束。智能航運發(fā)展模式下航運模式、航運參與者的行為方式都將發(fā)生很大變化，現(xiàn)有法規(guī)的編寫并未考慮智能水路運輸?shù)奶攸c，需要通過立法逐步完善。在通信與安全方面，因其需要與其他船舶以及岸上進行通信，且與傳統(tǒng)船舶之間的通信方式不同，所以要實現(xiàn)智能運輸，需要開發(fā)更加安全可靠的通信系統(tǒng)。

此外，在整個運輸過程中，船舶如何安全進出港口是智能船舶的關(guān)鍵問題，需要與港務局確定船舶自主進出港操作或遠程控制船舶的操作；運輸中的船舶與通行航道、過往船閘以及橋梁構(gòu)成交互關(guān)系，而如何獲取這些航行場景的信息并做出決策、控制反饋還需要大量的研究和開發(fā)。其次，智能航行離不開導航和制導技術(shù)支持。導航的作用是確定船舶位置和運動并分析其周圍環(huán)境，通過傳感器建立態(tài)勢感知；制導用于建立對環(huán)境的理解以及制定安全路線。智能航運的發(fā)展還依賴于船舶內(nèi)部系統(tǒng)基礎元器件與設備的智能化升級與安裝，根據(jù)智能船舶輔助決策、自主控制等功能要求，全面提升船舶智能化水平。最后，在遠程和岸基控制研發(fā)方面，大部分的智能航運任務需要岸基支持系統(tǒng)實現(xiàn)船舶的遠程控制與監(jiān)管，而這樣的岸基支持系統(tǒng)在目前并不常見。綜上，在內(nèi)河貨船、內(nèi)河渡船、近岸海船、遠洋海船、無人船等應用場景中開展以上領(lǐng)域的研究將對于實現(xiàn)智能航運有著不可或缺的作用。

面向智能航運研發(fā)領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)

到2030年，荷蘭計劃實現(xiàn)智能航運常態(tài)化發(fā)展，越來越多的具備半自主功能(在部分航程實現(xiàn)自主導航，例如在VTS或限制區(qū)域外)、自主平臺監(jiān)視和控制。自動化的船舶在航行中使用各種傳感器以及船載智能設備，輔以水路主管部門和其他船只的數(shù)據(jù)，獲取航道信息、本船運動狀態(tài)和周圍視景影像，預測會遇態(tài)勢并提供操縱建議給操作人員。大多數(shù)的船舶都配有智能預警系統(tǒng)，輔助船舶安全航行，部分航運船隊在船員或者岸基控制中心的輔助下可以完成半自主航行。

預計到2030年現(xiàn)有船長和船員將基本退休，而新的航海從業(yè)人員涌入則相對滯后，人工勞動力市場將減少25%。但隨著海上運輸貨物社會需求的逐漸增加，盡管航運業(yè)就業(yè)人數(shù)逐漸減少，智能航運仍可以保證到2030年運輸更多的貨物。智能航行發(fā)展是一個循序漸進的過程，具體地要實現(xiàn)2030年智能航運的發(fā)展愿景，本文根據(jù)不同研發(fā)領(lǐng)域總結(jié)目前荷蘭面臨的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

在技能和行業(yè)認可方面，對岸基監(jiān)控中心操作人員的技能提出新要求，要適應智能航運發(fā)展趨勢與需求，對應調(diào)整優(yōu)化相關(guān)院校專業(yè)教育結(jié)構(gòu)，增加復合型、應用型人才培養(yǎng)，為加速智能航運發(fā)展提供人才保障。雖然自主航行可以提高效率和安全性，在一定程度上彌補勞動力短缺，并創(chuàng)造新的就業(yè)機會。然而，智能航行少人化的發(fā)展似乎是“機器”取代了“人”的工作，更多的是人們面臨失業(yè)的風險，這同政府希望通過高新技術(shù)創(chuàng)造就業(yè)崗位的初衷相矛盾。作為水上公共交通投資的主體機構(gòu)，船上工作崗位減少帶來的行業(yè)風波是政府竭力避免的。

在技術(shù)實施和市場接受度方面，需要尋找早期的應用者，因為在現(xiàn)有法律法規(guī)框架下，即使船舶裝載了自主航行系統(tǒng)，仍然不允許在沒有船員的情況下進行操作。這樣對于船東而言，并沒有運營成本的優(yōu)勢。至少在短期內(nèi)，所需的技術(shù)成本仍將超過節(jié)約的船員成本。在市場接受度方面可能還需要歷經(jīng)一段時間，特別是內(nèi)河渡輪，荷蘭國內(nèi)的渡輪服務市場相對較小。這種有限的內(nèi)部市場可能會成為荷蘭自主系統(tǒng)開發(fā)的障礙，可能會使荷蘭相對于歐洲其他地區(qū)處于不利地位。同時，如何贏得大家對自主船舶的信任也是一大關(guān)鍵問題，這個過程漫長且需要采取必要的措施來獲得認可。

在船舶裝備方面，需要確定其內(nèi)部系統(tǒng)集成的功能要求‎，以及船-船、船-岸之間交互的功能需求。船舶內(nèi)部系統(tǒng)需要數(shù)字化、機器可讀并連接導航、制導系統(tǒng)以及遠程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括但不限于：動力管理、機載液壓系統(tǒng)、系泊系統(tǒng)、方向舵控制和壓載水管理系統(tǒng)。‎為了建立安全的自主運輸系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的功能要求和性能標準需要建立客觀和一致的標準。

在基礎設施方面，需要確定基礎設施的功能需求以滿足自主航行發(fā)展的需要，例如自主航行需要自動化系泊設施與數(shù)字化港口等，實現(xiàn)船舶智能化的最后一步就是實現(xiàn)船舶自動系泊，傳統(tǒng)依靠系纜工人的系泊方式，工作強度大且效率低。因此，需要加快自動化系泊技術(shù)的發(fā)展，讓智能航運的步伐再次向前邁進一步。港口數(shù)字化建設是一項系統(tǒng)性的工程，需要各港口不斷加大數(shù)字化基礎設施建設投入，推進數(shù)字化在港口經(jīng)營決策、生產(chǎn)運營、安全監(jiān)管的融合應用。這種數(shù)據(jù)服務的法律和商業(yè)框架尚未建立，誰負責數(shù)據(jù)的驗證與準確性保證都是要解決的關(guān)鍵問題。

在導航和制導方面，為了建立一個安全的自主航行和船舶航道導航系統(tǒng)，需要對這些系統(tǒng)的功能要求和性能建立標準，系統(tǒng)行為將與人類操作的行為和碰撞規(guī)則進行比較。目前沒有用于獲得態(tài)勢感知和態(tài)勢理解的設備性能‎標準以及航行安全的量化標準，這些標準的制定將需要對自主導航系統(tǒng)進行測試、分析和研究。例如，在測試路線規(guī)劃系統(tǒng)的時候，需要根據(jù)功能和性能要求進行開發(fā)和測試，然后作為監(jiān)管和市場接受的先決條件。自主導航系統(tǒng)依靠傳感器來建立對周圍環(huán)境的態(tài)勢感知，可能安裝于本船或者他船甚至在岸端。此外，許多公司正在開發(fā)‎基于機器學習技術(shù)的碰撞檢測和避碰系統(tǒng)，并在真實航行場景中進行測試，但尚未定義如何評估或證明這些系統(tǒng)的性能。‎為了確保市場和監(jiān)管的接受度，需要確定新的方式驗證這些系統(tǒng)的功能。

在遠程與岸基控制方面，需要確定岸基駕控中心(Shore Control Center, SCC)的功能要求與其操作的連接性，自主航行船舶需要與岸基駕控中心進行交互，這些控制中心需要與智能船具有相同的標準，而SCC尚無明確標準化的岸控中心與交通管制當局和操作人員的交互(和數(shù)據(jù)交換標準)功能需求。數(shù)據(jù)等信息的交互依賴于通信網(wǎng)絡的傳輸，但目前可用的海上通信解決方案(主要限于衛(wèi)星通信)的帶寬不足以滿足岸基駕控中心的預期數(shù)據(jù)需求。為保障岸基駕控中心操作數(shù)據(jù)交互的需求，網(wǎng)絡通信連接和連通性需要足夠可靠，以承擔從岸上到海上的導航控制。

在通信與安全方面，為了實現(xiàn)對船舶的遠程監(jiān)控，需要大幅提高船岸通信系統(tǒng)的功能、可靠性和網(wǎng)絡安全性。首先，是明確這些系統(tǒng)的功能需求，而這些需求依賴于為導航和遠程控制系統(tǒng)設置的功能需求。目前，通信和網(wǎng)絡安全系統(tǒng)的性能標準已經(jīng)由船級社編寫，但船舶的位置和導航信息需要在可靠性、準確性和報告頻率方面超越當前標準，實現(xiàn)這種標準更加依賴準確的船舶位置信息，而定位系統(tǒng)和導航信息交換的標準只能在國際上制定。與可靠和準確的船舶位置信息系統(tǒng)一樣，數(shù)字化的船-船和船-岸通信需要將自主航行船舶集成到整個船舶交通系統(tǒng)中，因此通信協(xié)議需要在國際上標準化，以及網(wǎng)絡安全需要從系統(tǒng)通信的角度來解決。目前開發(fā)的標準足以滿足部分系統(tǒng)的連接性，但尚未集成到更廣泛的船岸通信系統(tǒng)中進行測試。

在責任劃分與保險方面，船舶從設計和建造再到運營的整個合同鏈上的責任不斷變化，將需要針對于智能化航運設施新的保險產(chǎn)品。例如，目前的經(jīng)營責任保險模式中，盡管船員/船長不再隨時控制船舶的經(jīng)營，但在很多情況下仍需要船長或船員的及時介入。在一定時期內(nèi)，控制執(zhí)行將由岸上操作員或人工智能系統(tǒng)完成，這些責任的劃分需要重新定義并開發(fā)新的保險模式。

在海事立法方面，需在自主航行大規(guī)模商業(yè)應用之前，對相關(guān)法律法規(guī)進行修改。例如對于內(nèi)河渡輪，確保乘客安全這一點必須在新的法律法規(guī)中得到保證。此外，任何關(guān)于自主航行船舶安全操作的規(guī)定都將包括對所用技術(shù)和設備的認證要求。此類要求及其測試制度需要根據(jù)技術(shù)開發(fā)而實現(xiàn)，之后才能將其納入立法并建立驗證計劃。具體來說，在初始測試階段，可以與船級社商定基于風險的個案分析，但對于更大規(guī)模的測試計劃，需要有可以依據(jù)的標準來規(guī)定相應的安全水平。

對我國智能航運發(fā)展的借鑒意義

作為航運大國，我國正在積極推動智能航運的發(fā)展，理論研究以高校、船舶行業(yè)研究院所為主力軍，嚴新平等基于國內(nèi)外綠色智能航運發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)趨勢，提出了新一代航運系統(tǒng)的定義和綠色化、智能化、韌性化的系統(tǒng)特征，明確了運輸船舶組織運營“岸基駕控為主，船端值守為輔”的航運新業(yè)態(tài)，為船舶遠程駕控技術(shù)的研究和應用奠定基礎。近幾年，國際海事組織和各大船級社相繼提出了關(guān)于智能航行的等級劃分，總體來看，主要分為5個等級，即無自主、輔助決策、授權(quán)控制、監(jiān)督控制和完全自主航行。中國船級社也陸續(xù)發(fā)布了《自主貨物運輸船舶指南(2018)》《智能船舶規(guī)范(2020)》等規(guī)范和指南，定義了水面自主船舶的功能內(nèi)涵，相比于2015版《智能船舶規(guī)范(2015)》，新版本增加了遠程控制操作(R)和自主操作(A)功能。2019年5月，交通運輸部等部門聯(lián)合印發(fā)的《智能航運發(fā)展指導意見》，提出到2025年形成以充分智能化為特征新業(yè)態(tài)、形成高質(zhì)量智能航運體系的戰(zhàn)略目標，分五年、十五年的戰(zhàn)略計劃目標如圖3所示。

圖3 我國智能航運2020-2050發(fā)展戰(zhàn)略目標

目前，國內(nèi)對智能航行技術(shù)的研究主要圍繞服務于船舶智能航行的人工智能系統(tǒng)，為其提供全航程支持、全周期規(guī)劃和全周期維護，提高目標捕獲的范圍和精確度，增強船舶對于航行環(huán)境的感知，為駕駛員航行決策提供支撐，從而保證駕駛安全�？傮w來看，目前船舶自主航行仍處于起步階段，遠程遙控和自主航行僅在小型渡輪、拖輪、試驗船、訓練船上開展了應用探索與功能測試，而大型商船仍處于輔助決策階段。

結(jié)合荷蘭智能航運2030年發(fā)展愿景及其面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與我國智能航運目前的發(fā)展水平，提出未來我國智能航運的發(fā)展值得參考的以下幾個方面：

1.完善智能航運架構(gòu)體系與功能要求設定

開展智能航運架構(gòu)體系研究，制定相應的行動計劃，明確岸基、船端設施以及通信系統(tǒng)等的功能要求與準則，為各相關(guān)部門進行研發(fā)提供宏觀指導。此外，還需出臺補貼與科研投入等多種引導扶持政策。

2.加強智能航運技術(shù)創(chuàng)新

加快推進物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)在船舶、港口、航道、航行保障、安全監(jiān)管以及運行服務等領(lǐng)域的創(chuàng)新應用，重點突破狀態(tài)感知、認知推理、自主決策執(zhí)行、信息交互、運行協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù),顯著提升航運生產(chǎn)運行管理智能化水平。

3.提高通信與網(wǎng)絡安全

通信與網(wǎng)絡安全是船舶智能自主航行不可忽視的重要組成部分。隨著船舶智能化的發(fā)展，船舶的通信導航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及基礎設施間越來越多地通過網(wǎng)絡實現(xiàn)互通。適應于智能航行的通信與網(wǎng)絡有別于現(xiàn)有的通信設施，對通信與網(wǎng)絡提出了更高效、更安全、更可靠的要求。

4.明確責任劃分與保險

對于智能航運系統(tǒng)的開發(fā)到投入使用這一過程，需要清楚的劃分責任，需要新的責任分配機制來運營和管理智能航運的業(yè)務風險。例如，目前尚不清楚軟件供應商(或造船廠)在多大程度上可以對軟件系統(tǒng)故障造成的間接損害承擔責任。‎因此，隨著智能設施和系統(tǒng)投入運營，保險公司需要提供量身定制的‎解決方案。

5.提高市場接受度

技術(shù)人員、運營商以及船廠已經(jīng)開始研發(fā)船載智能化設備與信息交互系統(tǒng)。業(yè)務的緊迫性和市場接受度還需要幾年的時間，尤其需要建立起客運船舶乘客們對于智能系統(tǒng)的信任，這是一個長期的過程，需要仔細的溝通與意識革新，也需要逐步建立起支撐保障措施。

6.進一步推進法規(guī)制定

智能航運的少人化、無人化作業(yè)對現(xiàn)有的針對有人作業(yè)的海事法規(guī)體系與內(nèi)容提出了新的需求。針對智能航運的不同發(fā)展階段分析智能航運生產(chǎn)作業(yè)模式，針對不同的作業(yè)模式分析存在的風險與相關(guān)的責任方，明確智能航運不同發(fā)展階段對海事法規(guī)的需求，并逐步完善相應的立法工作。

7.加強智能航運人才培養(yǎng)

分析智能航運新業(yè)態(tài)下人才需求變化，以專業(yè)院校培養(yǎng)、國際聯(lián)合培養(yǎng)、企業(yè)合作培養(yǎng)及人才再教育等方式加快智能航運核心人才培養(yǎng)，適應智能航運發(fā)展趨勢與需求，培養(yǎng)一批熟悉并可規(guī)范操作智能系統(tǒng)與設施的專業(yè)人才。