淺談智能船舶的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

第1章緒論1.1課題研究的背景意義近年來智能船舶發(fā)展迅速，一些與智能船舶相關(guān)的技術(shù)理論也有了發(fā)展突破，但智能船舶的理論技術(shù)并未全部得到實踐驗證，在實際運用中還存在許多問題有待解決，如系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)備等方面，因此智能船舶的技術(shù)發(fā)展雖然很快，但并未完全成熟。我們通過對智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析，可以更清楚地了解智能船舶的發(fā)展進(jìn)程，也更容易看到目前所存在的問題，從而得出智能船舶未來發(fā)展的挑戰(zhàn)和優(yōu)勢，為全球的航運事業(yè)貢獻(xiàn)顯出綿薄之力。1.1.1智能船舶發(fā)展趨勢研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外對智能船舶發(fā)展趨勢相關(guān)研究文章較多，例如嚴(yán)新平等人通過對智能船舶關(guān)鍵技術(shù)及理論的分析，做出對智能船舶發(fā)展趨勢的研究；韓澤旭等通過分析對比智能船舶國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，來談?wù)撝悄艽拔磥戆l(fā)展趨勢；張笛，趙銀祥，崔一帆，萬程鵬等通過對智能船舶的研究現(xiàn)狀和研究熱點可視化的分析了解智能船舶發(fā)展趨勢和對未來的展望；劉佳銘、李赫等對智能船舶研究背景和船舶智能化現(xiàn)狀以及智能船舶核心技術(shù)的分析，來談?wù)撐磥戆l(fā)展趨勢。1.2本章小結(jié)智能船舶的發(fā)展日益加快，已成為未來船舶發(fā)展的主要方向。大力發(fā)展智能船舶會導(dǎo)致全球船舶制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整，同時也是航運企業(yè)、港口公司、物流企業(yè)等其他行業(yè)提高利潤的重要手段，智能船舶的發(fā)展是航運事高速發(fā)展的必然趨勢。通過對智能船舶的發(fā)展趨勢的探討，可以更加明確智能船舶發(fā)展的狀況，清楚未來所面對的挑戰(zhàn)。第2章智能船舶國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀自2015年國家發(fā)布《智能船舶規(guī)范》（2015），我國的智能船舶發(fā)展便開始穩(wěn)步的發(fā)展，在2017年世界首艘智能船舶“大智”命名交付，該船已經(jīng)具有了最基本的智能特征?！按笾恰碧柕闹悄芟到y(tǒng)可利用傳感器、機器學(xué)習(xí)其他等技術(shù)，自動感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境的信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)行自主分析、評估、預(yù)測及決策優(yōu)化，可實現(xiàn)智能航行、智能機艙、智能能效管理等功能。如圖2.1所示。圖2.1“大智”輪圖片但就大智號而言，智能化技術(shù)還不夠完善，智能系統(tǒng)還有待改進(jìn)。目前一些科研單位和企業(yè)依托于國家的發(fā)展政策大力發(fā)展和研究船舶智能化項目，隨著國內(nèi)智能船舶技術(shù)快速發(fā)展，中國船級社發(fā)布了《智能船舶規(guī)范》（2020），該規(guī)范提出了對智能船舶的技術(shù)要求，對所具備的智能化提出了詳細(xì)的準(zhǔn)則，引導(dǎo)了國內(nèi)智能船舶的發(fā)展方向。當(dāng)前智能船舶雖發(fā)展迅速，但還有許多問題尚未解決，還需要大量的理論實踐，才能確保智能船舶的安全航行[1]。2.2國外研究現(xiàn)狀2.2.1英國英國作為航運強國，英國的航運事業(yè)支持著國家的發(fā)展，國家大多數(shù)的海外貿(mào)易都需要海上運輸，航運對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，英國智能船的研究處于世界先進(jìn)行列。由英國政府牽頭制定的“海事2050戰(zhàn)略”，覆蓋了事關(guān)海洋發(fā)展的多項議題，如貿(mào)易、環(huán)境等，通過上述議題的研究，明確了海洋發(fā)展的目標(biāo)框架。目前，英國政府在海運領(lǐng)域快速的發(fā)展，強調(diào)自動化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，積極推動航運領(lǐng)域智能化，帶動國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2.2.2日本早在2012年，日本政府就啟動了“日本智能船舶應(yīng)用平臺”SSAP)項目，目的是船舶岸基通過一些標(biāo)準(zhǔn)化方法可獲得船舶的相關(guān)數(shù)據(jù)，為智能船舶的船岸信息交流提供有力保障。ESAP項目聚合了27個日本造船廠和相關(guān)單位，該平臺已經(jīng)在多艘原油運輸船和輪渡上安裝了應(yīng)用，相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)模式的標(biāo)準(zhǔn)化工作也已經(jīng)開始在國際平臺上推廣。2.2.3韓國韓國很早便對智能船開始了研究，早在2009年，韓國就開發(fā)了船舶通信技術(shù)“有/無線船舶綜合管理網(wǎng)通信技術(shù)SAN)”，該技術(shù)通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，收集船舶多種部件和設(shè)備的信息，進(jìn)行船岸之間的信息交互，使得管理船舶更加準(zhǔn)確高效，并且該系統(tǒng)也可以檢測船舶的遠(yuǎn)行狀態(tài)，對簡單的問題進(jìn)行維護(hù)。韓國基于自己發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和多家造船企業(yè)以及互聯(lián)網(wǎng)公司達(dá)成合作，開發(fā)了許多智能船舶相關(guān)技術(shù)，并且逐步的應(yīng)用于實踐。2.3本章小結(jié)本章主要介紹了國內(nèi)外智能船舶的研究現(xiàn)狀。可以得出世界各國都在努力發(fā)展智能船舶，而發(fā)展的階段和方面也不盡相同。第3章智能船舶發(fā)展趨勢3.1主要技術(shù)1.信息感知技術(shù)：船舶的信息感知是指通過一些船體設(shè)備如傳感器等其他設(shè)備來獲取船舶自身的動態(tài)以及感知船舶周圍的外在因素。船舶的一些自身信息就包括當(dāng)前的位置、航速、航向、所受壓力等其他相關(guān)信息；周圍環(huán)境信息主要包括當(dāng)前天氣、水流信息、附近交通等其他信息。通過這些監(jiān)測收集的信息來判斷船舶所處的工作狀況和目前情況，進(jìn)而自動調(diào)整船舶航行狀態(tài)，達(dá)到智能航行的目的。信息感知技術(shù)可分為三類：信息收集技術(shù)、信息存儲與處理技術(shù)和信息傳輸與控制技術(shù)。信息感知技術(shù)對智能化船舶非常重要，它通過搜集船舶自身以及周圍相關(guān)信息，為船舶的智能分析提供信息依據(jù)，但是所獲得的一些初始的數(shù)據(jù)中往往存在一些偏差，因此要對初始的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理才可以得到所需要的。2.船舶通信導(dǎo)航技術(shù)：船舶的導(dǎo)航技術(shù)是利用光電傳播等一些科學(xué)原理與技術(shù)，通過測量獲取船舶位置參數(shù)，再輔以大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出船舶實時的運動狀態(tài)?，F(xiàn)代的船舶通信導(dǎo)航技術(shù)基本是通過航位推算、衛(wèi)星定位、地形輔助等共同作用進(jìn)行船舶的導(dǎo)航定位。通信導(dǎo)航技術(shù)對于智能船舶的水上安全的航行至關(guān)重要，船舶利用通信導(dǎo)航技術(shù)可以實現(xiàn)船岸之間進(jìn)行無間斷地交互信息，從而使得船舶在復(fù)雜的外在環(huán)境下航行也可實現(xiàn)自主避碰。不過目前船舶的通信導(dǎo)航技術(shù)還不足以滿足如此高的要求，不過隨著科技的發(fā)展，航運業(yè)的需要，未來的船舶通信導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展將會更加的智能化。3.船舶能效控制技術(shù)：能效智能監(jiān)控系統(tǒng)通過對船舶各項動態(tài)數(shù)據(jù)收集分析，對船舶能效指標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃整理，進(jìn)行船舶的航速、船舶動態(tài)、能耗設(shè)備等能效因素的優(yōu)化，從而實現(xiàn)降低船舶能耗損失和降低大氣污染物排放的目的。智能船舶的能效控制技術(shù)，即落實船舶綠色智能發(fā)展戰(zhàn)略，降低了碳排放，滿足海事法規(guī)的相關(guān)要求，同時也降低了船舶的運輸成本，提高了航運企業(yè)的所得利益。4.航線規(guī)劃技術(shù)：航線規(guī)劃技術(shù)是指通過考慮船舶自身信息，以及水域信息、天氣信息、效益信息等其他相關(guān)信息來選擇出一條前往目的地的航線，該航線是結(jié)合安全、環(huán)保、效益高、節(jié)能等因素所選出的最優(yōu)航線。目前我們常用的航線規(guī)劃方法有線性規(guī)劃方法、遺傳算法等幾種。船舶在航路定制和優(yōu)化航線中便需要利用航線規(guī)劃技術(shù)，通過該項技術(shù)，得出此次航行的最優(yōu)航線，提高運輸效率，降低排放。5.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)：狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)通過對船舶運行的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視查看，結(jié)合其歷史狀況分析所得的各項數(shù)據(jù)，及時了解船舶機械設(shè)備以及零部件的異常情況，進(jìn)一步預(yù)測未來可能發(fā)生的情況，經(jīng)分析決策得出正確的應(yīng)對措施確保船舶的正常運行。故障診斷技術(shù)是指船舶機械設(shè)備等其他設(shè)備運行狀態(tài)是否處于異常狀態(tài)或故障狀態(tài)，并通過該診斷結(jié)果判斷發(fā)生異常狀態(tài)的部位或部件，預(yù)測故障發(fā)生原因和未來發(fā)展趨勢等。通過使用狀態(tài)檢測和故障診斷技術(shù)，能夠及時，有效的發(fā)現(xiàn)船舶各類設(shè)備的異常狀態(tài)和故障原因，同時對設(shè)備的安全運行做出必要的指導(dǎo)，確保設(shè)備的安全可靠的運行。6.遇險預(yù)警救助技術(shù)：船舶遇險報警救助技術(shù)是指船舶在遇到惡劣的天氣或者惡劣的海況等其他有可能導(dǎo)致船舶發(fā)生危險的情況，該技術(shù)通過對船舶運動狀態(tài)的實時監(jiān)測，在船舶發(fā)生碰撞進(jìn)水等其他突發(fā)的緊急情況下，能夠自動向搜救部門或者搜救船舶發(fā)送遇險求救信號，指導(dǎo)搜救部門或者船舶進(jìn)行快速的救援。通過遇險報警技術(shù)，減少了船舶海上環(huán)境監(jiān)測對值班船員的依賴，從而升高了預(yù)警風(fēng)險的能力，降低了船舶事故的發(fā)生，提高了船員船舶的安全性。7.自主航行技術(shù)：自主航行技術(shù)通過利用計算機技術(shù)以及船舶控制技術(shù)，將感知所得的信息進(jìn)行分析和加以處理，從而達(dá)到優(yōu)化船舶航線的目的。在可行的情況下，通過岸基的技術(shù)支持，該技術(shù)可以讓船舶在各種水域環(huán)境下避免與其他船舶碰撞和自主的按航向行駛。就智能船舶來說，如果要實現(xiàn)真正的無人在船值班航行，就需要利用好自主航行技術(shù)。但是目前而言，自主航行技術(shù)還不夠成熟，還不能保證船舶自主航行的準(zhǔn)確性和安全性，只有經(jīng)過反復(fù)的測試，才可能真正的達(dá)到安全的無人駕駛[2]。3.2發(fā)展趨勢1.智能船舶應(yīng)通過對船舶自身信息的收集，建立和更新船體數(shù)據(jù)庫，并通過一定手段對所獲取的信息進(jìn)行整理，使數(shù)據(jù)信息能為船體運行提供決策性建議。數(shù)據(jù)庫的建立可以為船體結(jié)構(gòu)的維護(hù)和整個船體過程的安全保障提供數(shù)據(jù)參考，為船舶的安全運行提供充分的支持。2.智能船舶應(yīng)該逐漸實現(xiàn)無人航行，通過借助先進(jìn)的計算機技術(shù)和感知技術(shù)，來感知所處場景并加以分析決策，保證船舶的安全航行。智能系統(tǒng)應(yīng)對航路與航速進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化，航路航速設(shè)計和優(yōu)化是根據(jù)船舶自身的硬件條件、貨物的信息、航行水域情況、天氣要素等其他相關(guān)因素，在保證安全航行的條件下，設(shè)計并不斷優(yōu)化所選航線，以減少非必要的航行。在自主航行時，船舶還應(yīng)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，必要時還可以接管船舶控制權(quán)。如果條件允許，岸基中心還可以支持智能船舶感知障礙物和其他船只自動避開障礙，進(jìn)而逐漸減少在船人員數(shù)量，逐漸的實現(xiàn)真正的無人駕駛。3.智能船舶發(fā)展還應(yīng)該實現(xiàn)智能能效管理，通過自動能效控制技術(shù)來幫助判斷船舶能耗的利用情況，通過對船舶耗能情況的監(jiān)測和信息采集，智能系統(tǒng)對船舶能效及能耗情況進(jìn)行評估報告，當(dāng)能耗發(fā)生異常時產(chǎn)生示警信息。根據(jù)智能系統(tǒng)分析評估，得出輔助性的建議，以供船舶航行更少的能耗損失。船舶應(yīng)通過能耗監(jiān)測系統(tǒng)，對船舶的主要耗能設(shè)備的耗能情況進(jìn)行監(jiān)控，并且反饋所得到的信息，對能耗異常進(jìn)行處理。要實現(xiàn)船舶的實時監(jiān)控、智能優(yōu)化、最優(yōu)能效必須充分重視相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理與分析，進(jìn)行不斷優(yōu)化，以提升船舶能效管理能力，降低損耗。4.智能船舶還應(yīng)實現(xiàn)對貨物智能管理。通過傳感器等感知裝置感知貨物信息，再用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)處理收集到的信息，實現(xiàn)對貨物信息的實時監(jiān)控。通過對貨物環(huán)境以及自身狀態(tài)的監(jiān)控，可以更好的管理貨物，進(jìn)而減少貨物損失的情況。貨物相關(guān)數(shù)據(jù)還可以傳輸?shù)竭h(yuǎn)程終端進(jìn)行處理分析，最后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，供用戶查看與共享，從而形成一個完整的智能化管理系統(tǒng)。5.智能船舶應(yīng)具有智能集成平臺功能，通過智能平臺功能，船舶各個系統(tǒng)所獲得信息可以加以整合處理，并系統(tǒng)的展現(xiàn)出來，以供決策者進(jìn)行分析決策。隨著智能船舶技術(shù)不斷地發(fā)展，所運用的系統(tǒng)還會持續(xù)增加，所集合的信息也會越來越繁瑣，所以智能集成平臺不僅要集合船舶已有的智能系統(tǒng)，還需要有一定的拓展性，以滿足未來更多的系統(tǒng)接入。智能集中平臺具有如下結(jié)構(gòu)：圖3.1智能集成平臺系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)6.為了確保船舶的安全航行，智能船舶還應(yīng)具有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，船舶可通過遠(yuǎn)程控制站來進(jìn)行一些必要的控制，遠(yuǎn)程控制站可以通過接收船舶目前狀態(tài)信息、周圍信息以及其他航行安全相關(guān)信息來對船舶進(jìn)行控制。遠(yuǎn)程控制站應(yīng)具有下列功能：當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測船舶可能處于不良運行狀態(tài)時，遠(yuǎn)程控制站也可以進(jìn)行干預(yù)，防止發(fā)生事故；當(dāng)船舶需要與外界環(huán)境以及人員進(jìn)行交流時，應(yīng)可以用標(biāo)準(zhǔn)語言進(jìn)行語音或文字交流。除此之外，遠(yuǎn)程控制站還具有其他相關(guān)功能來確保船舶的正常運行。3.3本章小結(jié)本章主要介紹智能船舶信息感知、自主航行技術(shù)、航線規(guī)劃等其他主要技術(shù)內(nèi)容，通過對智能船舶技術(shù)的了解和分析，以便更詳細(xì)的了解智能船舶的優(yōu)勢。總體而言，在實現(xiàn)自主航行的道路上，船舶將會引入更多的人工智能技術(shù)以及自主控制等技術(shù)，通過這些技術(shù)完成船舶的自護(hù)航行以及遠(yuǎn)程控制。第4章智能船舶的發(fā)展的影響4.1對國際公約的影響隨著智能船舶的快速發(fā)展，現(xiàn)行國際公約將不可避免地受到影響，現(xiàn)有的國際公約架構(gòu)將面臨大規(guī)模改變。就現(xiàn)行國際公約而言，海事公約架構(gòu)主要分為三類。第一類主要側(cè)重于在規(guī)定船旗國及其船只的權(quán)利和義務(wù)的管轄權(quán)規(guī)則，代表性的公約是《聯(lián)合國海洋公約法》；第二類主要是船舶的技術(shù)條件和運營狀況是否符合海上航行安全、預(yù)防海洋污染和保障船員基本權(quán)利的要求，代表性的公約有《國際防止船舶造成污染公約》《國際海上人命安全公約》《國際海上避碰規(guī)則》《國際海事勞工公約》等；第三類主要是由船舶事故造成的機海損而導(dǎo)致的民事責(zé)任劃分，代表性的公約有《國際油污損害民事責(zé)任公約》《海事索賠責(zé)任限制公約》等。公約結(jié)構(gòu)圖如下：圖4.1國際公約結(jié)構(gòu)圖在智能船舶應(yīng)用還處于初級階段時，現(xiàn)行的國際公約規(guī)則架構(gòu)還可以滿足要求。但當(dāng)發(fā)展到成熟階段時，伴隨著船舶智能化顯著提高，船舶上所需要的隨船人員越來越少甚至最后達(dá)到無人化，只需要陸上人員操縱船舶便可以在海上安全航行并完成航次任務(wù)，智能航運體系大致構(gòu)成。這時傳統(tǒng)的國際公約規(guī)則架構(gòu)可能無法在滿足要求，例如《海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國際公約》主要用于規(guī)范船員職業(yè)技術(shù)素質(zhì)和值班行為，促進(jìn)各締約國海員素質(zhì)的提高，確保船舶的安全航行。但在智能船舶上，傳統(tǒng)的值班人員定義顯然無法被適用，智能船舶的值班人員應(yīng)該在岸上通過智能系統(tǒng)對一艘甚至是多艘船舶保持值班。又如在海上避碰規(guī)則中，在傳統(tǒng)意義的船舶航行時，船舶始終要有足夠的瞭望人員保持不間斷地瞭望，來保證船舶安全。但智能船舶的無人航行顯然無法滿足瞭望的要求，所以瞭望的規(guī)則定義顯然不再適用智能船舶[3]。目前芬蘭自主海洋生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟OneSea發(fā)布了一份新的白皮書《自主船舶：規(guī)則制定參考術(shù)語》，為制定和實施海上自主水面船舶(MASS)的國際立法框架提供了一條前進(jìn)路線。該白皮書通過闡述可應(yīng)用于各種船舶操作或整艘船舶的六個如下等級，0級：基本操作/人類控制船舶；1級：輔助操作/手動操作、視覺觀察、心智思考；2級：部分自動化/無手動操作（有時）、視覺觀察、心智思考；3級：有條件的自動化/無手動操作、無視覺觀察（有時）、心智思考；4級：高度自動化/無手動操作、無視覺觀察、無心智思考（有時）；5級：自主/無手動操作、無視覺觀察、無心智思考=無人。4.2對船員的影響隨著智能船舶技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的船舶上運行的人員架構(gòu)不在適應(yīng)新船舶的需要，船員需要做出改變。船員相對于陸上的工作崗位來說，是一個具有鮮明特色和較高職業(yè)要求的職位，但隨著智能船舶技術(shù)的不斷發(fā)展，智能航運時代這個特征將會消失。當(dāng)智能船舶發(fā)展趨于成熟時，船舶不再需要隨船管理人員，船舶所需要的船員將會急劇減少，但這個變化是一個循序漸進(jìn)的過程。隨著智能航運的到來，船員便不再局限于海上工作，他們大多數(shù)都會轉(zhuǎn)到岸基支持船舶操縱。但與之而來的船員傳統(tǒng)的知識技能不能完全勝任新的崗位，船員需要接納新的知識和理論，可能會對船員素質(zhì)提出更高的要求。相對于陸上的工作，船員在船上工作條件有所差異。近洋船舶還好，短期內(nèi)便可以跑完一個航程回到陸上以及回到家里，心理壓力不會太大。然而對于遠(yuǎn)洋船舶而言，可能一兩個月都在海上飄著，對船員的心理影響比較大，加上外部環(huán)境的各種因素綜合影響下，船員很容易產(chǎn)生較大的心理壓力導(dǎo)致心理或生理上的疾病。由于海上航行相比于陸地而言就醫(yī)不方便，船上的醫(yī)療水平又很一般，當(dāng)船員發(fā)生一些緊急疾病或緊急事故時，船上醫(yī)療條件往往無法滿足對船員實施及時有效的治療，這樣將會導(dǎo)致更嚴(yán)重的醫(yī)療事故發(fā)生。但隨著智能船舶技術(shù)的不斷發(fā)展突破，隨船管理人員將會初步減少，當(dāng)智能船舶的發(fā)展真正達(dá)到成熟階段時，船舶在大海上航行時，也只需要少量的岸基工作人員進(jìn)行操控運行，船舶不再需要隨船人員。所以隨著智能船舶的發(fā)展成熟，傳統(tǒng)船員也將面臨著轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)，有一部分他們還是負(fù)責(zé)船舶的安全航行，但是他們的工作地點將會轉(zhuǎn)到岸上，工作環(huán)境將會得到顯著的提升。由于外在因素的變好，船員的心理壓力也會隨之減少。4.3對航運公司的影響隨著智能船舶的發(fā)展，航運公司也必將面臨著重大的挑戰(zhàn)。當(dāng)智能船舶發(fā)展到一定階段，可以更好的代替?zhèn)鹘y(tǒng)船舶時，航運公司的船舶可能大批量的進(jìn)行更新或者更換，可能會短暫的支出巨額的資金。但就目前研究證明而言，智能船舶的更新勢必會降低航運的成本，大幅度提高貨運收益。如智能船舶將需要更少的人力資源，人力支出方面會大幅度減小，隨著所需船員的減小，船舶的所需備品也會相應(yīng)減小，多余的空間可以裝更多的貨物，從而提高航次收益。而另一方面，因為智能船舶所需的在船船員數(shù)目會急劇減少，公司大量的船員可能無法被安排其他工作，所以船員的諸多問題也需要船員公司做好善后處理。智能船舶相對于傳統(tǒng)船舶各個方面都有了較大的改變，所要求船員的知識體系更加的全面，所以培訓(xùn)公司以往的培訓(xùn)方式也需要做出適當(dāng)改變，船員公司也應(yīng)該對船員配置做出調(diào)整。隨著自主航行的發(fā)展成熟，船員的數(shù)量需求發(fā)生巨大改變，船員管理公司也會面臨著巨大的轉(zhuǎn)型壓力，船員管理公司的經(jīng)營模式需要做出改變，所以船員管理行業(yè)需要積極的進(jìn)行自我創(chuàng)新，迎接未來的發(fā)展挑戰(zhàn)。4.4本章小結(jié)本章講述了，智能船舶的發(fā)展對國際公約、船員以及航運公司的影響?？傮w而言，在智能船舶技術(shù)發(fā)展的影響下，船舶所需要的船員將會持續(xù)減少，國際公約的架構(gòu)需要做出改變，航運企業(yè)也要做出積極的改變。第5章智能船舶面臨的挑戰(zhàn)與優(yōu)勢5.1智能船舶發(fā)展的挑戰(zhàn)5.1.1網(wǎng)絡(luò)安全問題航運界所討論的智能船舶都是通過“大數(shù)據(jù)”加以實現(xiàn)，船舶的控制系統(tǒng)利用實時數(shù)據(jù)的傳輸整理、數(shù)字建模等先進(jìn)的信息化技術(shù)以及先進(jìn)的傳感器來實現(xiàn)船舶的智能化感知，自我的學(xué)習(xí)、決策的能力，通過這些技術(shù)，保證了船舶的航行安全。通過對各種傳感信息進(jìn)行有效整合與集成，形成了一個完整的船舶監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。同時，通過該網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)一步提升船舶在復(fù)雜環(huán)境中運行時的安全性。通過不斷地學(xué)習(xí)和接收數(shù)據(jù)，船舶的系統(tǒng)性功能會越來越強，航行也越來越安全。船舶工業(yè)所涉及的項目門類復(fù)雜，研發(fā)建造的遠(yuǎn)洋船，需要的技術(shù)和船舶部件覆蓋了85%的制造產(chǎn)業(yè)。隨著信息技術(shù)不斷向傳統(tǒng)行業(yè)滲透，船舶設(shè)計、建造、營運等各個環(huán)節(jié)都發(fā)生著深刻變化。隨著科技的進(jìn)步，我們漸漸邁入數(shù)字化時代，而數(shù)字化在智能船舶的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義，在船舶制造領(lǐng)域、航運發(fā)展領(lǐng)域數(shù)字化的應(yīng)用越來越廣泛。隨著數(shù)字化的運用船舶的各個方面智能化也將越來越高，相對的是，越來越多的軟件和應(yīng)用被應(yīng)用到應(yīng)用軟件和管理中。但隨著所需要軟件的增多，網(wǎng)絡(luò)安全問題也成了智能船舶一大挑戰(zhàn)。例如在智能船舶的操作系統(tǒng)，控制設(shè)備等其他軟件方面都可能存在網(wǎng)絡(luò)安全問題。這些問題很可能會影響到船舶的安全運營，造成經(jīng)濟(jì)損失甚至威脅員工生命。另外，船舶想要安全運營，就必須許多系統(tǒng)相互聯(lián)系，隨著更多的生產(chǎn)組件和各種軟件的接入，這個網(wǎng)絡(luò)的邊幅將會更加的廣泛，與之而來的是，可能遭受危險攻擊的點將越來越多。攻擊者可以通過多個用戶端多個方面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊，由于各個用戶端的高度互聯(lián)，這將導(dǎo)致一個點損壞，將會影響一條線的正常運營。所以說，要想智能船舶在海上安全并且正確的運營，網(wǎng)絡(luò)安全問題必須解決[4]。5.1.2技術(shù)成熟度智能船舶系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計需要強有力的技術(shù)支持，但目前智能船舶的系統(tǒng)控制、程序算法、無線通信以及大量的數(shù)據(jù)采集、處理和分析技術(shù)仍有待開發(fā)，技術(shù)水平還不足以支撐智能船舶的發(fā)展。在應(yīng)用于相應(yīng)的智能模塊時，充分考慮智能系統(tǒng)在任何條件和任何環(huán)境下操作和管理船舶的能力，包括智能輔助決策系統(tǒng)是否能夠真正代表船員和船長提供操作建議[5]。比如當(dāng)船舶遭遇海盜時，對于傳統(tǒng)船舶值班人員會馬上發(fā)現(xiàn)并報告船長，使得船長做出正確的決策，而對于智能船舶而言他是否能辨認(rèn)出偽裝的海盜，又是否可以做出最正確的應(yīng)對，這是有待談?wù)擈炞C的。所以如果不能突破這些核心技術(shù)，智能船舶的智能并不能完全替代傳統(tǒng)船舶的人員值班，將達(dá)不到智能船舶的最終意義。但隨著科技的發(fā)展，智能船舶的核心技術(shù)終會發(fā)展到足以支持船舶安全航行，智能船舶建設(shè)終將實現(xiàn)。5.1.3技術(shù)安全和可靠性隨著智能船舶的智能化水平不斷提高，在航運過程中必要的隨船人員不斷減少，船舶一旦發(fā)生緊急情況，如果沒有人員第一時間進(jìn)行干預(yù)，導(dǎo)致的后果可能會更加嚴(yán)重。對于智能航運，由于智能船舶航行外部環(huán)境較為復(fù)雜，如果某部分智能系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致其功能無法正常使用，很可能會對船舶的安全造成很大的影響，因此我們必須要提高智能系統(tǒng)技術(shù)的可靠性與安全性。隨著智能船舶智能水平的不斷提升，越來越多的設(shè)備都將聯(lián)網(wǎng)智能化，雖然更加的智能方便，但隨著接入端的增多，數(shù)據(jù)會越來越分散，將會帶來新的安全隱患。有線無線網(wǎng)絡(luò)下的安全缺陷、軟件漏洞和網(wǎng)絡(luò)攻擊等問題將始終影響相關(guān)企業(yè)和船舶的安全。在海洋環(huán)境中，大多數(shù)電子產(chǎn)品及其應(yīng)用都會受到空氣濕度、環(huán)境溫度、振動等等其他環(huán)境因素的影響，不利的外部環(huán)境會直接導(dǎo)致軟件失效，軟件程序丟失、混亂、控制電腦中毒、莫名其妙的停機等，也會影響到船舶的正常的生產(chǎn)和運行。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全是一種非靜態(tài)行為的行為，隨著時間的推移，可能會暴露系統(tǒng)中的新的安全缺陷或漏洞，因此，需要進(jìn)行長期、持續(xù)的研究，以提高智能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全能力。5.1.4智能船舶全球化隨著全球化的快速發(fā)展，國際貿(mào)易將會越來越頻繁，航運作為貿(mào)易的主要承載者，也會緊隨全球化的腳步。當(dāng)前，隨著全球進(jìn)入“工業(yè)4.0”時代，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的高新技術(shù)高速發(fā)展，智能航運成為航運業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前世界各國都在發(fā)展智能船舶，但發(fā)展的進(jìn)度不盡相同，有的可能已經(jīng)處于是實踐階段，但有的可能還在研究理論。當(dāng)一個國家智能船舶發(fā)展成熟，可以在海上安全航運時，但他依然不能實現(xiàn)真正的船舶自主化、航運自主化。因為航運涉及世界各國，只有當(dāng)每一個公約國都普及自動化船舶時，真正的智能航運才會出現(xiàn)。所以要推動船舶智能化航運的發(fā)展，首先便要推進(jìn)智能化船舶的全球化，這便需要世界各國共同努力。5.1.4適航測試一艘智能船舶想要真正的普及運用，首先要研究并制造出來，而后必須通過很多的測試來驗證船舶是否適航，而目前適航測試存在著諸多的問題。船舶在適航區(qū)域進(jìn)行測驗時應(yīng)關(guān)注自身安全和環(huán)境保護(hù)方面的風(fēng)險問題，試航相關(guān)的風(fēng)險應(yīng)適當(dāng)采取應(yīng)對措施，從而將風(fēng)險降到可接受的最低水平。但智能船舶不同于傳統(tǒng)船舶，因為有許多先進(jìn)的設(shè)備以及高新技術(shù)的接入導(dǎo)致增加了不確定性，從而大大增加了發(fā)生風(fēng)險的可能性。因為智能船舶是一個全新的東西，沒有太多的航行經(jīng)驗進(jìn)行參考，而適航區(qū)域內(nèi)相對來說周圍環(huán)境相對穩(wěn)定，所以在適航區(qū)域內(nèi)的結(jié)果只能是參考，而在真正大海航行時不穩(wěn)定的因素增大，想要保證船舶以及周圍環(huán)境的安全比較困難。目前我們可以通過仿真建模、虛實融合等方式完成對智能系統(tǒng)的測試驗證，但對測試一艘航行于大海上的智能船舶還有許多問題有待解決。5.2智能船舶發(fā)展優(yōu)勢5.2.1船舶安全性根據(jù)海事事故調(diào)查顯示，其中大多數(shù)的船舶碰撞事故，都是人為原因?qū)е隆＠缭?021年4月27日0851時發(fā)生的一起船舶碰撞事故，巴拿馬籍雜貨船“SEAJUSTICE”（“義?！陛啠┯商K丹港開往青島途中，與正在青島朝連島東南水域錨泊的利比里亞籍油船“ASYMPHONY”（“交響樂”輪）發(fā)生碰撞，事故導(dǎo)致“義?！陛喪撞渴軗p，“交響樂”輪左舷第2貨艙破損，約9400噸船載貨油泄漏入海，造成海域污染，構(gòu)成特別重大船舶污染事故?！傲x?！陛喼蛋嗳藛T未保持正規(guī)瞭望以及未及時采取避讓行動是導(dǎo)致碰撞的重要原因，而對于智能船舶來說這些原因大概率可以避免，從而減少船舶損失。如果船舶在海上發(fā)生碰撞事故，輕則會造成船舶的損壞以及貨物的損失，重則導(dǎo)致船舶的沉沒，船員的生命受到威脅以及嚴(yán)重污染海洋環(huán)境。想要減少船舶碰撞事故的發(fā)生，就必須要加強對船舶安全性能的管理與控制，加強船員的正確值班，但是在實際的管理工作當(dāng)中還存在許多不足，船員值班也總會有疏忽的地方。對于上述這些問題，智能船舶通過引入高度智能的系統(tǒng)來降低人為錯誤的可能性，有效地提高船舶航行的安全性，從而降低上述危險的發(fā)生。另外智能船舶的檢測系統(tǒng)不受自然氣象的影響，可以全天候的進(jìn)行實時監(jiān)測為船舶安全航行提供充足的數(shù)據(jù)支持。5.2.2人員安全性目前新冠疫情全球肆虐，究其原因就是它的傳播性極強，人人接觸又是病毒傳播又是最主要的途徑。對于傳統(tǒng)船舶而言，在整個運輸過程中不可能避免人員的直接或間接接觸，又因為航運所涉及的地區(qū)范圍比較廣，加大了傳播的可能性，增加了工作人員的危險性。而對于發(fā)展的智能船舶而言，其想要達(dá)到的最終目的便是自主航行，不需要有隨船人員。隨著智能化不斷發(fā)展，航運智能體系也將逐漸形成，未來航運將會船舶無人化以及港口無人化等，整個運輸過程將不需要人員的接觸，極大的減少了傳播風(fēng)險，提高了安全性。當(dāng)船舶在海上遇到不可抗力的影響必須要棄船時，最主要的便是保證人員安全，但意外還是時有發(fā)生。但無人化的智能船舶不再需要考慮這個問題，甚至可以的話，還可以考慮如何減少貨物損失，當(dāng)然棄船這個概念可能也不再適用?？偟膩碚f，智能船舶的發(fā)展，大量減少了人員的使用，減少人員處于危險的情況下，便提高了工作人員的安全。5.2.3人力成本智能船舶要得到的最終結(jié)果，便是實現(xiàn)船舶在各種復(fù)雜水域?qū)崿F(xiàn)真正地自主航行，船上不需要任何一個人值守，便可以安全的在海上營運，智能航行的實現(xiàn)也表示著所需人力資源的減少。近年來，航運事業(yè)的成本逐年上漲，雖然有多方面的因素，但人力成本占著一大部分，但伴隨著智能航海的到來，人力成本將大幅度減少。另外一方面，船舶的日常維護(hù)和檢修費用也比較多，但通過故障自我診斷技術(shù)就不需要更多的工作人員對船舶進(jìn)行檢修維護(hù)。所以要提高船舶運營的收益，大力推動智能航行的發(fā)展是及其重要的，智能船舶也將會是航運事業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。5.3本章小結(jié)本章介紹了智能船舶所面臨的網(wǎng)絡(luò)安全問題技術(shù)問題等其他發(fā)展挑戰(zhàn)，相對于傳統(tǒng)船舶對比得出智能船舶所具有的優(yōu)勢。結(jié)論隨著世界科技水平的進(jìn)步，航運事業(yè)的高速發(fā)展，智能船舶的發(fā)展是大勢所趨，是無法阻擋的。當(dāng)前世界各國都在智能船舶發(fā)展領(lǐng)域投入大量的人力