|
2021年11月，荷兰智能航运平台SMASH!发布了智能航运路线图，描绘了未来智能航运技术在内河货船、内河渡船、沿海货船、远洋海船、无人艇筏中的应用场景，提出了10个重点研究领域，包括技能和行业认可、责任与保险、立法、通信与安全、技术实施和市场接受度、航道船闸和桥梁、港口、导航和制导、船舶内部系统、远程和岸基控制（详见：智能航运进展动态：荷兰智能航运平台SMASH!发布智能航运路线图）。 沿海航运对以荷兰为代表的西北欧经济体具有重要意义。欧洲货物的区域运输和大型远洋货船的货物再分配均由沿海货船完成。荷兰境内的造船厂设计并建造了大量的沿海货船，这些沿海货船由不同规模的航运公司持有并经营，最终用于欧洲水域内外货物运输。本文主要介绍荷兰智能航运路线图描绘的沿海货船2030年发展愿景以及面临的诸多挑战。 内容整理：王乐 页面编辑：王乐、徐诚祺 内容校核：刘佳仑、李诗杰  沿海货船 1 荷兰沿海货船2030年愿景 到2030年，荷兰沿海货船将越来越多地具备半自主功能（在部分航程中实现自主导航，例如在VTS或限制区域外）、自主平台监视和控制以及与外界的自动通信，涵盖一系列标准情况，在降低人员配备的同时实现安全操作。与2020年相比，沿海货船数量预计增长30%并将在未来持续增长，争夺更小的航行空间，越来越多的海上风电场限制了本已繁忙的北海航道。 与此同时，海员数量增长速度不足以满足实际需求。波罗的海国际航运公会（The Baltic and International Maritime Council, BIMCO）预计，到2025年，全球将出现近20%的船舶高级船员短缺，到2030年，这种短缺将进一步加剧。COVID-19大流行严重限制了船员遣返的可能性并降低了船员对航海事业的“兴趣”，加速了这一趋势的发展。近年来发生的海上安全事故使得航行安全问题变得尤为重要，防止如航行错误原因导致的任何高污染事件发生。 预计到2030年，第一代的半自主船舶将在降低船员配备的情况下实现运营。船员负责操纵，由岸基控制中心给予支持，使其全面了解船舶状况。VTS/限制区域之外，在技术上和法律上使用无人桥航行是可行的。机组人员需要随时待命，以在发生异常情况时恢复控制。 2 荷兰沿海货船未来发展的主要挑战 智能沿海货船自主航行的实施比内河货船航运和轮渡服务部门更需要进行国际合作。新的IMO立法时间框架表明，为了将导航系统、岸控、引航员与港口互动和通信纳入功能和技术标准提案，需要尽快开始实行针对这些需求的开发和测试。虽然这些提案可由荷兰单方面或联合提出，但此类监管提案需要大量的实验来验证，因此在被国际航行船舶接受之前，需要加强广泛的国际对话与合作。以上任务的实施需要所有相关方具有一定的紧迫感，而现在却缺乏这种紧迫感。因为许多船东和造船厂目前面临的问题比船员短缺和航行限制更为紧迫，可能需要5到10年的时间。基于以上情况，沿海货船面临的具体挑战如下所述。  技能和行业认可 船员短缺带来的挑战 虽然近岸海运合格船员的短缺问题对于许多近岸海运经营者尚不紧迫，但是短期内仍然需要这些业主和运营商的参与，以制定智能航运路线图中的一些必要部分，并为投资和组织变革做准备。 海事部门IT集成商的可用性 自主运营模式下需要向船东和运营商提供合适的自主系统和船舶。需要造船厂、IT公司和系统供应商之间具备足够的实践知识来实现。 海员新技能的要求 下一代海员将需要掌握数字化技能。鉴于目前海员没有接受过这方面的培训，需要相关海事学院尽早开发一系列全新的培训课程、培训师。同时，还需要为在职船员开设培训课程，确保一旦这些高度数字化的船舶投入使用，训练有素的船员就可以使用这些数字化设备。 STCW新标准 培训、认证和值班标准需要进行调整。这些国际标准只能通过国际合作进行修改，而建立这些标准仍需要大量的开发工作，需要各利益相关者的投入。 培训海员 目前的船员没有接受过在智能船舶上工作的全面培训，需要相关机构组织中期职业培训课程。  责任与保险 在需要规避风险的行业中进行创新 海洋产业是需要规避风险的产业。无论是由于资本资产的长寿命还是由于航运事故潜在的巨大影响，该行业在创新方法上都相当保守。对于围绕航运业的金融服务而言尤其如此。为了更好地了解和管理智能船舶的业务风险，有必要在早期试验阶段让金融服务部门参与进来，这样他们才能更好地了解这些问题。 风险和责任分布 风险分布和责任不明确。需要新的责任分配来了解和管理智能船舶的业务风险。  技术实施和市场接受度 寻找早期应用者 沿海货船自主航行技术很难找到早期的应用者。因为，在现有法律法规框架下，即使船舶装载了自主航行系统，仍然不允许在没有船员的情况下进行操作。这样对于船东而言，并没有运营成本的优势。至少在短期内，所需的技术成本仍将超过潜在的节约的船员成本。当然，在扩展实验的初始阶段，所涉及的人员成本会更高，因为除了全体船员（等待监管部门批准）外，还需要岸控人员。如果只有少数船舶参与的运作，缺乏经济性。 面向智能船舶的商业融资 船舶融资并非针对智能航运技术的融资。投资所需技术的理由不足以抵消运营成本的降低，这使得额外的成本难以融资，尤其是对于第一代智能/自主船舶。 具有智能船舶技术知识的修理/改装造船厂 目前，维修和改装造船厂在船舶数字化方面的知识有限，使得他们很难用设备和技术改装沿海货船以实现自主航行，进而限制了可以改装的船舶地数量。  港口 与智能船舶交互的功能需求 与自主导航船舶的交互以及船岸交互都需要重新评估及建立功能需求。在定义技术通信标准和协议的任务之前，需要确定好要建立哪些额外的信息交换以及需要与哪些实体进行通信。 港内连通性和覆盖范围 通信和连接情况主要取决于船舶技术的要求，需要修改岸基（和第三方拥有的）连接工具，且这些需求必须有效按照国际标准实施。 港口基础设施数字化 将基础设施、运营和规划工具数字化，以符合商定的国际标准。这需要由港口当局提供相应链接，而该数据服务的法律和商业框架尚未建立。谁负责数据的验证/准确性/正确性，以及这些条款的资金来源都尚未可知。  立法 IMO范围界定 国际海事组织（IMO）最近完成了海上自主水面舰艇（MASS）的范围界定工作及差距分析，概述了所有需要修改以允许引入智能/自主船舶的监管工具，确定了需要调整工具的优先级设置。具有自主导航能力、船上有船员的沿海货船属于IMO MASS I 类。 客观的安全要求 适用于航运的基本安全要求并未规定定量化安全水平。这使得设定基于目标的标准变得困难。需要对航运安全和事故统计进行更系统的分析，以加深对当前安全水平的理解。 向IMO提出的立法建议 IMO范围界定工作将应用于近岸海运的自主航行归类为“1级”，并提供了期望修改的法规概述，需要在几年内制定一致的建议。为了在2028年实现适用法规的实施，拟议的立法需要在2026年之前完成，并在此之前提出提案。 自主航行技术体系认证 任何关于自主航行船舶安全操作的规定都将包括对所用技术和设备的认证要求。此类要求及其测试制度需要在技术上实现开发，之后才能将其纳入立法并建立验证计划，最有可能由船级社实施。具体来说，对于初始测试，可以与船级社商定基于风险的个案分析，但对于更大规模的实施并不现实，需要有船旗国可以依据的标准来保证规定的安全水平。 现行的IMO指南/法规 需要制定IMO法规以允许自主航行的商业应用。  导航和制导 导航系统的功能需求 为了建立安全的自主导航和船舶航路引导系统，需要对这些系统的功能要求和性能标准建立一个客观一致的标准。标准的制定需要将与人类操作员的行为和碰撞规则进行比较，汇总系统行为，对自主导航系统和标准进行测试、分析和（模拟）行为研究。但这些规则目前还没有以适合机器使用的方式进行构建。 航程和路线规划系统 虽然正在试验各种航程规划和路线规划系统，但市场和监管机构接受的先决条件是根据系统需要的功能和性能进行开发和测试。这些系统的开发必须与这些需求的开发并行，需要软件和硬件系统的开发者和（独立的）知识机构之间的合作。 通过传感器和数据集成实现态势感知 自主导航系统依靠新的传感器来建立对周围环境的态势感知。这些传感器可能安装在本船、他船甚至在岸上。这些传感器的开发虽然正在进行中，但它们的性能目前无法用支持自主航行的系统的标准来衡量。可能需要通过广泛的开发计划来建立性能标准和验证实际性能。此外，当传感器没有安装在船舶本身，而是作为基础设施或其他船舶的一部分时，来自传感器的数据需要由导航系统统一解释。目前缺乏这些传感器的通用数据标准。 碰撞检测和避障系统 基于机器学习技术的防撞系统正在与多家公司一起开发并在真实环境中进行测试，但尚未确定如何评估或证明这些系统的性能。为确保市场和监管机构的认可，这些系统的功能需要以新颖的方式进行验证，而如果没有传感器来建立系统的态势感知能力，则无法做到这一点。  船舶内部系统 航运系统集成的功能要求 为了向自主航行迈进，船舶的内部系统需要数字化，机器可读并连接到导航和制导系统和/或远程控制系统。系统包括但不限于：动力管理、机载液压系统、系泊系统、方向舵控制和压载水管理系统。这些系统通常是独立的并由船员控制，并且需要连接到导航和引导系统以实现自动航行。在现有船舶中，这些可能是模拟系统。另一个挑战是其可以连接不同供应商构建的系统。 对于少船员配备的沿海货船而言，需要在一定程度上保障船舶内部自动化系统的安全。这些系统的交互及其与自主导航功能的数据共享需要进一步开发，主要难点是如何以具有成本效益的方式进行，这是一项技术和工程挑战。  通信与安全 通信系统的功能要求 为了实现对船舶的远程监控，尤其是远程控制，需要大幅提高船岸通信系统的功能、可靠性和网络安全性。首先是明确这些系统的功能需求，而这些需求取决于为导航、控制和远程控制系统设置的功能需求。通信和网络安全系统的性能标准已经由船级社编写，但当前的位置和船舶信息标准不足以实现自主导航或远程控制，通信的可靠性和冗余要求需要重新评估。此类标准的开发和测试对于IMO和国家立法中新监管工具的开发至关重要，需要与其他系统的开发一起进行。 船舶位置信息系统 为了促进安全自主航行或远程导航，船舶的位置和导航信息需要在可靠性、准确性和报告频率方面超越当前标准。实现这种标准更加依赖准确的船舶位置信息，而定位系统和导航信息交换的标准只能在国际上制定。荷兰可以通过完善的技术建议来加速这些标准的制定，但最终情况取决于国际海事组织的国际合作，至少是欧洲船旗国和沿海当局之间的合作。
船-船和船-岸通信协议 与可靠和准确的船舶位置信息系统一样，数字化的船-船和船-岸通信需要有效地将自主航行船舶集成到船舶交通系统中。通信协议需要在国际上标准化，需要大量的国际合作。网络安全需要从系统通信的角度来解决。目前开发的标准足以满足部分系统的连接性，但尚未测试集成到更广泛的船岸通信系统中。 北海智能航运的连通性 根据船船、船岸互联互通功能和技术的要求，海上和沿海地区的互联互通有待提高，这对于拥挤的区域尤其重要。例如港口进场和航道中的交叉口，岸上运营商通常需要远程访问摄像头和其他遥测数据。但是，如果没有制定技术的要求，尚无法准确确定所需的连接性，因此在这些要求明确之前无法开始实施。 此外，即使这些标准已经建立，这些连接解决方案的实施也将取决于沿海国家和/或电信提供商投资此类基础设施的意愿。然而，成本回收模式并不明确，这在依赖商业运营商的情况下尤为重要。  远程与岸基控制 岸基驾控中心（Shore Control Center, SCC）的功能要求 自主航行船舶可能需要与岸基驾控中心进行交互。与强制配备岸控中心的无人船相比，减少人员配备的沿海货船可能会找到不需要岸控干预的技术解决方案。如果操作和船员模型依赖于岸上控制的可用性，这些控制中心需要与无人船舶具有相同的标准。SCC尚无明确和标准化这些功能以及包括岸控中心与交通管制当局和飞行员的交互（和数据交换标准）在内的需求。 此类标准的开发和测试对于欧盟和国家立法的新监管工具的开发至关重要。这些标准的制定将需要对岸上控制/远程操作的测试、分析和（模拟）行为研究相结合。这些标准不是专门为一个用例而创建的，而是根据需要允许特定的附加功能。这为建设更大规模的岸上控制中心开辟了可能性，可以从中监控多种船舶类型/应用。岸上控制中心的存在，按照批准的功能和安全标准运行，需要允许对这些船舶进行远程引航。 岸基驾控中心（Shore Control Center, SCC）操作的连接性 虽然内陆航运将获得4G/5G的连接，但目前可用的海上连接解决方案（主要限于卫星通信）的带宽不足以满足岸基驾控中心的预期数据需求。为保障岸基驾控中心操作数据交互的需求，连接和连通性需要足够可靠，以承担从岸上到海上的导航控制，达到能够批准的标准。 系统需要负担得起、可靠、高带宽的数据通信（通过卫星）来建立岸上的高保真态势感知。或者，新的连接解决方案（4G/5G/远程WiFi）必须在SCC可能干预的区域（高流量区域、港口入口等）可用。这在北海、英吉利海峡和斯卡格拉克等有限地区可能是可行的，但需要北海沿岸国家之间的合作。 最后一个选择是找到在船上高度压缩和预分析数据的方法，以使现有的卫星通信带宽满足SCC的操作。但卫星通信的可靠性问题（在所有条件下，尤其是恶劣天气下的紧急情况下）有待解决。如果无法以具有成本效益的方式进行此类连接性改进，船员始终需要较长时间恢复对船舶的控制，这将限制减员的可能性。 尽早启动岸基驾控中心的建设 为满足2030年岸控航运的要求，需要提前启动岸基驾控中心建设。由于岸基驾控在技术初期仅能在极少数船舶上使用，无法形成规模，减员效应不明显，“早期技术应用者”的运营成本将增加。  参考资料 [1] SMASH! - Digital transformation. Full speed ahead. () https://www./ [2] Short Sea Ship - SMASH! () https://www./short-sea-ship |
|
|
