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未来船舶从有人到无人

新闻来源:中国船检    浏览量:721 中国船检 2016-12-27
        现今,世界船员的数量呈下降趋势,而船员费用却在逐年攀升,据统计,船员费用已成为船舶在航运过程中仅次于燃料费用的第二大支出项目。同时,海上事故发生频繁,其中由于人员操作失误造成的船体碰撞、损坏占海上事故的80%以上。除此之外,近年来极端海况下船员的安全性等也成为船舶在设计建造中不可忽略的问题。综合以上问题,人们将更多的焦点转向无人船舶的研制和开发中。
        无人船的技术优势
        无人船舶是指在无船员的情况下,直接由自动导航系统或岸基中心控制从而保持正常航行和作业的一类船舶的总称。随着大数据、互联网+、人工智能及机器人等新兴技术突飞猛进,船舶自动化水平逐步提升,这些都为无人船舶的实现提供了技术支撑,未来无人船舶的发展充满了无限可能。业内人士预计,到2019年全球无人驾驶船舶的市场规模可能达到100亿美元。相比于大众熟悉的有人船舶,无人船舶的技术优势主要体现在以下几个方面:
        一是更加安全,在与其他船只或暗礁发生碰撞危险,或遭遇到恶劣海况时,相对于船员疲劳程度而言,远程操作可能更加安全。
        二是更加高效,高效能的海洋无人船平台可搭载多种测量或探测设备,如侧扫声纳、单波束声纳、多波束声纳、高精度惯导设备、磁力仪、小型潜水器、水质传感器等设备,能够自主完成海底地形测绘、资源勘探、环境监测等自动化作业。与传统有人船相比,采用无人船具有安全方便、精度高、成本低等优点,同时采用网络化集群控制技术,可实现多艘无人船相互协同作业,进一步提升工作效率。
        三是更加经济,无人货船所带来的经济效益是巨大的,通过精简船员所用的生活设备,船体会轻量化,就可运载更多的货物,不仅可以节约人力物力,还能节约相应生活必需品等附加费用。此外,无人船舶也有助于优化航行路线、节省燃油等。
        世界无人船技术发展现状
        目前,无人驾驶船舶已吸引不少国家和机构投入大量资金进行研究和开发,美国、欧洲、日韩等国家和地区都在开展较大的无人船舶项目。无人船舶涵盖的技术领域十分广泛,除了传统船舶技术外,还涉及到多传感器智能检测技术、自动避碰技术、高可靠高冗余数据传输技术、自动故障检测技术、自动导航技术、可靠电子海图技术、智能机器人技术、水下机器人技术,甚至现下最热门的物联网和大数据等技术。
        20世纪80年代,日本就曾开展过智能船舶项目,旨在提出能够取代船员工作的无人驾驶船舶。2011年,韩国政府与韩国海洋开发研究院合作研制一艘无人船,旨在将这艘船用于海洋研究、不间断海上巡逻,非法捕鱼和海洋事故监控等。
        2012年,欧盟提出“MUNIN”海洋无人航海系统项目,意在找出操控自动化货船所需的各方面因素,尤其是找到从有人驾驶到无人驾驶运输的最佳转换途径。2013年,罗•罗公司公布了一个用遥控无人驾驶货船取代传统货船的计划,项目名称为“高级无人驾驶船舶初级应用开发研究”,旨在初步的探讨和设计新一代的无人驾驶船舶的规格和基本设计方案,以便为下一代无人驾驶船舶的进一步开发铺平前期道路。
图1:罗•罗公司推出的无人船舶概念设计
        2014年,DNV-GL提出无人集装箱支线船舶的设计理念,该船采用电池动力系统,这艘船的建造和操作系统都会采用目前发展的较为成熟的科学技术,包括自动装载系统、航线规划系统、自动锚泊系统等。
        在“2016无人驾驶船舶技术研讨会”上,罗•罗公司推出了“高级无人驾驶船舶应用开发计划”(AAWA),并发布了AAWA项目白皮书,阐述了该项目如何实现遥控与无人驾驶船舶的美好愿景,并规划了到2035年的发展目标。规划目标中预计2020年实现利用远程支持和特定功能操作来逐渐减少船员;2025年实现近海无人船舶的远程控制;2030年实现远洋无人船舶的远程控制;2035年实现自主远洋无人船舶。
图2:罗•罗公司2035无人船舶技术路线图
        英国耗资数百万英镑,计划在2020年建成一艘代号为“MARS”的无人驾驶船。“MARS”号将采用可再生能源技术,利用风能、太阳能和其他正在开发的新能源进行驱动。该艘船的设计团队开发的折叠翼系统,不但能减少风阻,还能使太阳能板的面积扩大40%。
        无人船舶技术发展趋势
        现阶段来说,无人船舶正朝着智能化、体系化、标准化等方向发展。无人船舶的技术发展趋势主要从以下几个方面体现:
        自动导航与定位技术。航行路线会事先输入到导航系统中形成电子地图,电脑程序会识别并遵循预定航线。通过先进的卫星通讯技术,能够实施准确定位船舶的方位并进行航向修正。
        自动监测与控制技术。可视彩色照相机技术、激光雷达技术、热长波红外摄像机以及天气监测系统都将被运用到无人船舶的态势感知传感器系统中。这些技术的应用能够降低船舶发生碰撞的几率,同时也能保证极端天气下船体自身稳性等。无人船舶与岸基中心保持实时数据更新,并对船舶在航行过程中遇到的问题及时作出解决方案。
        自动储能动力技术。船舶在航行过程中能够通过选用环保、绿色的替代燃料,如风能、太阳能等,对自身动力系统进行能源储备从而达到节能环保的目的。
        风险评估技术。无人船舶在航行过程中需要进行实时风险评估,风险评估平台的建立会方便各类无人船舶及时进行风险评估。届时多种无人船舶都可在该平台上进行风险评估,风险评估主要针对技术操作、成本计算以及环境分析等方面。
        中国无人船舶技术发展现状
        对于中国来说,随着人口红利逐渐消失,航运企业急待提升整体船员效率。我国无人船舶的研究尚在起步阶段,很多关键技术领域有待突破创新,与欧美等发达国家相比仍有一定的距离。但是,近年来随着我国在其他领域内无人产品的突飞猛进,我国无人船舶相关领域的技术研究也得到了快速发展,缩小了与世界领先水平的距离。
        2016年,国家发改委、科技部、工信部、中央网信办指定的《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》中,无人船的设计研发推广工作被列为重点实施项目。
        2008年,中国航天科工集团所属航天新光公司自主研发成功了中国第一艘无人驾驶海上探测船“天象一号”。该船具有自稳定功能,能够满足高海况下的工作能力。同时,该无人船还配备可靠的动力系统,作为气象探测的无人船航程可达数百公里,一次可以在海面作业20天左右,填补了中国海洋气象动态探测空白,对应对海洋突发事件和在海洋、大型湖泊等方面的环境监测以及灾害预警等具有重要意义。“天象一号”无人船总长6.5米,船体用碳纤维制成,应用有包括智能驾驶、雷达搜索、卫星应用、图像处理与传输等诸多国际前沿技术,科技含量非常高。
图3:“天象一号”无人船
        2012年,云州智能科技有限公司推出了国内首创的全自动无人采样船,应急监测无人船等产品。其中,ES30应急采样监测船集成了先进的机器人控制技术、自动导航技术、超声波智能壁障技术、3G网络/GPRS实时通讯技术,具有自主航行、自动避障、网络化管理等优势,可连续航行6小时,最高时速可达26节,与现行水质采样监测技术相结合,形成完整的水质监测解决方案,在水质移动巡测、污染源追踪、突发污染事件应急反应、水质采样和监测等各个领域具有广阔的应用前景。
        2016年6月,珠海云洲智能科技有限公司在珠海市成立了全国首个无人船科技港,该无人船科技港具有条件一流的无人船研发测试和行业标准测定中心。同时,也将成为海洋智能装备系统测试平台以及相关创新产业孵化的公共技术服务平台。
        尽管无人船舶发展还存在一系列技术、社会、法律等其他不确定因素,但是随着相关领域技术的推陈出新和人们对海上航行安全意识的逐步提升,无人船舶是未来船舶的发展方向,无人船舶应用于市场并不遥远。(本文作者:郎舒妍 曾晓光 赵羿羽)
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