01 国外船舶智能航行技术发展情况
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来源：科技导报 作者：张宝晨、耿雄飞、李亚斌、文捷、于巧婵、冯慧 智能船舶包含智能航行和智能机舱等多项功能，其中智能航行是智能船舶面向“外部”功能，是依靠“智能技术”解决航行过程中船舶与外部环境的矛盾关系，即船舶“运动”的控制；而智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理及集成平台等，主要是面向“内部”的功能，是船舶“内部运行”控制。 智能航行难度高、挑战大，需要大量的资源投入和坚实的工业基础，世界范围内智能航行技术的开发和应用虽然已经取得了不少令人瞩目的阶段性进展，但是仍存在诸多挑战。
01 国外船舶智能航行技术发展情况 1.1 欧洲 欧洲早在2012年就启动了智能化及网络支持的海上无人导航系统项目（MUNIN）。目前最具代表性的成果是2021年11月完成处女航的全球首艘全电动智能航行集装箱船Yara Birkeland。
图1 Yara Birkeland智能集装箱船近期航行轨迹 此外，欧盟公布了推进自主航行船舶研发计划，宣称2025年实现自主航行商船全球营运；英国发布了《海事2050战略》，将技术开发放在未来发展的核心位置；荷兰发布的发展路线图预计：到2030年25%的内河货船将达到R2远程遥控无人在船的水平，近海船将配备智能航行系统，为减少船员配备创造条件。 1.2 日本 早在2014年，日本就开始了智能船舶应用平台项目（SSAP），建立了船舶设备数据的标准化方法，以提高船舶的智能化水平。2020年6月日本财团（The Nippon Fundation）正式启动了“MEGURI2040”的研发（包括5类船舶智能航行项目），并于2022年初完成实船验证，实现了船舶智能航行领域的多项技术突破，引起了全球广泛关注。其中，代表性的成果包括SUZAKU号集装箱船、Mikage号集装箱船等。
图2 SUZAKU号智能集装箱船近期航行轨迹 1.3 韩国 早在2010年，韩国就开始了智能船舶的研究。此后的10年间，韩国先后开展了包括宽带网络、能效管理、智能平台等在内的多个智能船舶项目，目前正在开展的主要研究项目是韩国自主航行船专项（KASS），计划用5年时间（2020—2025年）突破智能航行、机械自动化等自主船舶核心技术，取得海上水面自主船舶的建造优势。此外，韩国超大型天然气运输船Prism Courage号2022年6月完成了首次远洋智能航行，其航行轨迹如图3所示。
图3 Prism Courage号智能天然气运输船 近期航行轨迹 1.4 俄罗斯 在俄罗斯联邦工业和贸易部、交通运输部的支持下，2019年3月起，俄罗斯Sitronics KT牵头，联合俄罗斯航运公司Sovkomflot、俄罗斯卫星通信公司等多个机构，开发了船舶智能航行系统和相关支持系统。 俄罗斯目前正在审议关于智能航行的法案，规定自主、半自主船舶的船员（如果有任何船员）和岸基人员的要求，船长、船东的权责，以及运营水域和应该遵守的港口法规，明确智能航行船舶可由专门的组织运营管理。 1.5 国际组织 国际海事组织（IMO）自海上安全委员会（MSC）98次会议以来，完成了公约法规梳理，提出了MASS层级划分框架，制定了MASS临时测试导则。国际水道测量组织（IHO）成立了MASS项目组，主要负责梳理MASS导航需求，分析MASS对现行海道测量标准和服务的影响。 可以预见，国际组织的上述行动特别是《MASS CODE》的制订，将加速MASS合法化和推广应用，也将为未来的MASS治理提供国际立法基础。这也将意味着《MASS CODE》必将由技术领先国家主导，对中国而言既是机遇更是重大挑战。
02 国内船舶智能航行技术发展情况 2.1 早期主要研究成果情况 中国的船舶智能航行技术研究起步较早。早期有标志性成果的事件： 一是中国船级社发布的《智能船舶规范（2015）》，将智能航行定义为“利用计算机技术、控制技术等对感知和获得的信息进行分析和处理，对船舶航路和航速进行设计和优化；可行时，借助岸基支持中心，船舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境条件下自动避碰，实现自主航行”。 二是2016年启动的“智能船舶1.0”专项，将辅助决策作为重要研究内容，通过应用智能技术来弥补船员在监控、经验、决策等方面的客观不足。 三是2017年武汉理工大学启动船舶安全辅助驾驶系统项目，针对长江下游汽渡船航行及环境等特点，研发安全辅助驾驶系统，并于次年应用于南京长江板桥汽渡。 此外，2017年交通运输部水运科学研究所开展无人化运输船发展模式及对水运业影响研究，预判了到本世纪中叶，智能航行船舶对水运行业的影响。 2.2 近期主要研究项目情况 近期，中国主要有国家重点研发计划项目“基于船岸协同的船舶智能航行与控制关键技术”。该项目经过3年努力，提出了船舶智能航行与控制协同理论的概念和基本原理，成果集成应用于沿海集装箱船“智飞号”和2艘内河船。“智飞号”长约115米，是目前全球最大的兼具辅助驾驶、遥控驾驶、自主航行和自动靠离泊等智能航行功能的集装箱船，已经在山东沿海开展常态化航行，其航行轨迹如图4所示。
图4 “智飞号”智能集装箱船近期航行轨迹 2022年5月，全球首艘智能型无人系统母船“珠海云号”正式下水，该船总长88.5 m，设计排水量约2000 t，配备了远程操控、自动巡航系统，具备远程遥控和开阔水域自主航行功能。 目前，中国已积累了一批船舶智能航行技术研究与应用的案例，并形成了多支相关研究力量，包括以交通运输部水运科学研究院、武汉理工大学、大连海事大学、智慧航海（青岛）科技有限公司等为代表的技术研发力量、以山东海事局等直属海事局为代表的海事监管研究力量，以大连海事大学为代表的法律研究力量。
03 国内外发展现状的比较 日本船舶智能航行技术研发最显著的特点是由日本财团出资组织并全方位推动，既着眼于造船及相关制造业的发展，也着眼于航运业本身再造。战略目标清晰、阶段任务明确，2022—2023年完成关键技术研发，2025年实现MASS商业化运行，2040年国内航线海船MASS占比达到40%。而且注重在IMO、ISO等国际组织全面布局，积极影响国际规则和标准的制订。 韩国的突出特点是以争取保持造船优势为目标，政府主导并提供强大的财政支持，行业全面参与，拟在2025年实现近海和远洋有船员在船和无船员在船的远程遥控驾驶商业化运行。 欧盟以保持海事技术优势为宗旨，把MASS作为重要的发展方向，注重发挥多个国家和多个世界性技术领先企业的优势，持续性立项支持，并促进合作和优势互补的生态打造。 俄罗斯的特点是联邦工业贸易部、交通运输部共同确定任务，虽然起步晚，但技术研发进度快，MASS立法工作推进迅速。 相对而言，中国智能航行技术发展存在不足之处。一是中国虽然已有战略与政策引导，但是具体目标和阶段任务不够清晰和具象化。二是中国虽然在船东的支持下，在各研发单位的共同努力下，取得了不同程度的阶段性成果，初步实现了船舶智能航行技术的自主，但统筹协调不够，缺乏以中长期目标为导向而全面谋划布局的大项目，尚未形成有利于可持续发展的生态系统。三是智能航行技术研究活跃，实船应用示范的规模和程度滞后。
04 中国发展船舶智能航行的战略意义 4.1 降低航行安全风险，缓解船员短缺压力 船舶智能航行技术的应用将使人的角色发生质的变化，人的疲劳、疏忽等原因导致的事故可以大大降低，因船员技能、经验不足等因素导致事故的风险也可以持续降低，遥控驾驶和自主航行会大幅度降低船舶配员，以后也会降低发生货船群死群伤的重特大事故风险。 4.2 带动航运相关技术和产业升级发展 船舶智能航行涉及智能环境感知、交通态势认知、信息传输融合等多项技术，需要相关技术和产业支持配套，可有效促进船舶设计、建造、测试、运营、维保等相关领域的产业投入与技术进步，提升中国船舶感知、探测、定位、导航等相关设备的研发与制造水平进而提高市场份额，产生巨大的产业带动效应。 4.3 实现航运与海事技术弯道超车 中国虽是名副其实的航运大国和造船大国，但距离航运、造船强国还有较大差距，自主研发能力薄弱，关键设备和高附加值系统长期依赖国外引进。船舶智能航行技术的兴起，给中国带来了区别以往的全新机遇，让中国有机会跻身航运强国、造船强国行列。 4.4 确保航运与海事技术自主可控 中国作为大量资源进口高度依赖航运，船队运力居世界前列的航运大国，自主掌控船舶自主航行技术的重要性不言而喻。发展船舶智能航行技术既是中国引领国际智能船舶发展、主导国际航运规则制定、提升国际航运地位、保障国家安全的重大历史机遇，也是国家发展特别是海洋强国、交通强国、航运强国建设的客观需要。
05 中国智能航行技术发展预判 船舶智能航行技术应用的基本趋势是一艘船舶多种驾驶模式，即在开阔水域使用自主航行模式，在复杂水域使用遥控驾驶或辅助驾驶模式。 中国科学技术协会2020年下达了《中国智能航运技术与产业化发展路线图》项目，中国航海学会组织交通运输部水运科学研究院等多单位和121位权威专家对中国智能航运关键技术应用做出了如下预测：预计“十四五”期间实现的关键技术占比为7.5%，“十五五”期间实现的占比为74%，其余的18.5%都可在“十六五”期间实现。 总体来看，对于中国智能航运技术与产业化发展的预期结果是较为乐观的。 基于上述预测以及影响因素分析，如果中国有效采取针对性的对策措施，可以设定以下发展目标。 2025年，中国智能航运技术与产业化总体上可以达到国际先进水平，船舶智能航行法规取得重大突破，辅助驾驶技术实现规模化应用，遥控驾驶和自主驾驶技术实现多样本应用。 2035年，智能航运技术与产业化总体上接近国际领先水平，充分智能化的航运新业态基本形成，沿海遥控驾驶、自主驾驶船舶占比超过30%。 2050年，智能航运技术与产业化可达到国际领先水平，智能化网络化航运服务供给覆盖全球，形成高质量的智能航运体系。 |
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