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專訪 | 淺談智能航行技術(shù)的研究與發(fā)展

2020-04-17 16:00:005415

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習(xí)主席指出,當(dāng)前世界正處于新科技革命及產(chǎn)業(yè)革命的交匯點(diǎn)上,我們正處于人類迄今所知的規(guī)模最大的科技革命之中,這一革命對各行各業(yè)的影響會比早期工業(yè)革命更深刻、更迅速,也將深刻改變傳統(tǒng)的航運(yùn)業(yè)。


智能航運(yùn),已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢,國家六部委在2019年聯(lián)合發(fā)布了《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見》,力圖加快現(xiàn)代信息、人工智能等高新技術(shù)與航運(yùn)要素的深度融合,培育和發(fā)展智能航運(yùn)的新業(yè)態(tài)。智能航行,即通俗所說的實(shí)現(xiàn)無人航行,是智能航運(yùn)最典型的特征,也是最為關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)之一。


為什么實(shí)現(xiàn)智能航運(yùn)必須要實(shí)現(xiàn)智能航行呢?

這是因?yàn)橹悄芎叫心軌驗(yàn)楹竭\(yùn)業(yè)帶來諸多益處。對于船東而言,其能夠顯著降低成本以及提升航行安全性。通過智能航行系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)減員最終到無人,船舶建造時可以不再考慮生活支持系統(tǒng),降低建造成本及風(fēng)阻,另外運(yùn)營過程中的船員成本也將節(jié)省,成本大幅度降低。其次,當(dāng)前遠(yuǎn)洋航行主要采用歷史經(jīng)驗(yàn)航線及氣導(dǎo)公司推薦的航線,并未能充分綜合地考慮氣象、船舶實(shí)際響應(yīng)(包括實(shí)際的阻力、主機(jī)狀態(tài)等)、航速、船舶姿態(tài)、航次任務(wù)等因素,模型還比較簡單,航線設(shè)計仍有較大提升空間,智能航行系統(tǒng)可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù),規(guī)劃出更合理的航線和航速,并在兼顧安全的同時降低油耗。


智能航行系統(tǒng)可以自動感知船舶周邊態(tài)勢,識別碰撞風(fēng)險,并綜合考慮船舶機(jī)動性、對方可能意圖、避碰規(guī)則等因素制定出合理的避碰策略,自主避碰,避免類似桑吉輪的慘劇,提升航行安全。


不積跬步無以至千里,智能航行的發(fā)展也并非一蹴而就,需要逐步實(shí)現(xiàn)。


當(dāng)前業(yè)界對智能航行的發(fā)展階段的認(rèn)知基本一致,即主要分為:輔助決策、半自主航行(船上仍有人監(jiān)管)、自主航行(船上無人、岸上仍有人監(jiān)管)三大發(fā)展階段。


在沿?;蛱囟▍^(qū)域航行船舶上,部分企業(yè)正開展一些實(shí)驗(yàn)項目,嘗試越過第一、第二階段,直接實(shí)現(xiàn)自主航行的目標(biāo);但在遠(yuǎn)洋船上,直接實(shí)現(xiàn)自主航行的難度和風(fēng)險還是非常高的,當(dāng)前仍然處于第一發(fā)展階段,即裝備可以為船員提出航線規(guī)劃及避碰等航行建議,但其合理性有效性仍需評估驗(yàn)證,完全達(dá)到目標(biāo)還需要數(shù)年的努力。


智能航行系統(tǒng)是通過船岸的緊密配合實(shí)現(xiàn)的,其主要技術(shù)難點(diǎn)主要有如下幾點(diǎn)


第一點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對船舶周邊態(tài)勢的有效感知,對于遠(yuǎn)洋船舶而言,考慮到距離及全天候等要求,導(dǎo)航雷達(dá)仍是最主要最有效感知周邊態(tài)勢的裝備,而激光雷達(dá)、光學(xué)探測手段及AIS等,只能作為輔助配合手段。對導(dǎo)航雷達(dá)而言,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波,自動提取跟蹤周邊目標(biāo),降低虛警率(如誤將海浪雜波識別為目標(biāo))和漏檢率(如小目標(biāo)等),是實(shí)現(xiàn)智能航行的前提條件。如果企業(yè)本身不是專業(yè)研究生產(chǎn)雷達(dá)的,或者沒有專業(yè)的雷達(dá)廠商大力配合,想解決上述問題是非常困難的。

第二點(diǎn)是自動避碰技術(shù),要實(shí)現(xiàn)自動避碰,一方面要考慮避碰規(guī)則約束,其次要考慮船舶的機(jī)動性及操控響應(yīng),第三也是最難的,要有效預(yù)測對方可能的行為,最后要考慮到經(jīng)濟(jì)性要求,難度同樣很大,需要相應(yīng)的算法具備進(jìn)化能力,并經(jīng)過較長時間的實(shí)船檢驗(yàn)、驗(yàn)證。

第三點(diǎn)是航線和航速的綜合優(yōu)化技術(shù),需要充分綜合地考慮氣象、船舶實(shí)際響應(yīng)(包括實(shí)際的阻力、主機(jī)狀態(tài)等)、航速、船舶姿態(tài)、航次任務(wù)等因素,設(shè)計出合理的模型,并需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)營驗(yàn)證數(shù)據(jù)不斷修訂相關(guān)模型。最后就是需要有可控的船岸通訊進(jìn)行支撐,并具備良好的船舶控制技術(shù)作為前提。


海蘭信作為智能航運(yùn)的重要參與者,對智能航行的發(fā)展也非常關(guān)注,早在2017年就啟動了智能航行系統(tǒng)的專項研發(fā)。由于海蘭信本身就是專業(yè)的導(dǎo)航雷達(dá)、電子海圖及自動舵的生產(chǎn)廠商,在雷達(dá)的自適應(yīng)濾波、小目標(biāo)探測、船舶自動控制領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)積累,具備發(fā)展智能航行系統(tǒng)的堅實(shí)基礎(chǔ)。


近年來,在原有基礎(chǔ)上,研發(fā)團(tuán)隊已經(jīng)基本完成航線航速綜合優(yōu)化、船舶輔助避碰兩大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā),并利用招商輪船實(shí)際船舶運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行了充分的模擬驗(yàn)證,驗(yàn)證了相關(guān)算法模型的有效性,下一步將在實(shí)際運(yùn)營船舶上進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。相信在招商船東的大力支持及配合下,海蘭信會很快完成智能輔助航行系統(tǒng)的研發(fā)階段,并邁向智能航行研發(fā)的下一階段,為國家智能航運(yùn)的發(fā)展,智能航行愿景的實(shí)現(xiàn),做出重要貢獻(xiàn)。


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