徐笑鋒 肖英杰 章學(xué)來(lái)

（上海海事大學(xué)商船學(xué)院 上海201306）

0 引 言

船舶作為海洋資源利用的有效載運(yùn)工具，主要依靠駕駛?cè)藛T基于海圖與船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（automatic identification system，AIS）作出駕駛決策與判斷。隨著電子傳感器、通信和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，促使了自動(dòng)駕駛船舶的出現(xiàn)，它將會(huì)作為數(shù)字通信技術(shù)、人工智能最新的受益者。自動(dòng)駕駛船舶因其高安全性、高效率，以及低費(fèi)用的特點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注，在民用與軍用領(lǐng)域都具有突出作用。自動(dòng)駕駛船舶在保證安全的同時(shí)，也擁有更大的貨物運(yùn)載量和更低的風(fēng)阻，能夠使船舶更輕、燃料消耗更少，減少操作與建設(shè)成本。因此，自動(dòng)駕駛船舶在人工智能與大數(shù)據(jù)背景時(shí)代吸引國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，尤其在美國(guó)、以色列等國(guó)發(fā)展尤為迅速。

自動(dòng)駕駛船舶區(qū)別于普通船舶的最大能力，是能夠感知并快速傳達(dá)船舶周圍的狀況，從而可以指引船舶執(zhí)行復(fù)雜操作，避免船舶之間的碰撞，指引船舶順利抵達(dá)目的地。在航行過(guò)程中自動(dòng)駕駛船舶必須遵守《1972年國(guó)際海上避碰公約》（以下簡(jiǎn)稱《避碰公約》）來(lái)進(jìn)行避碰。如果在遇到動(dòng)態(tài)及靜態(tài)障礙物時(shí)自動(dòng)駕駛船舶沒(méi)有按照《避碰公約》進(jìn)行決策并躲避，將難免會(huì)帶來(lái)財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。如何在《避碰公約》的指導(dǎo)下有效進(jìn)行避碰是自動(dòng)駕駛船舶發(fā)展應(yīng)用的關(guān)鍵因素，而自動(dòng)駕駛船舶避碰必須從法律規(guī)范層面與技術(shù)層面雙管齊下。通過(guò)法規(guī)的完善可規(guī)范自動(dòng)駕駛船舶行駛權(quán)利與義務(wù)，在技術(shù)上完善傳感器控制及路徑優(yōu)化更可以有效在航行中避碰。當(dāng)前在自動(dòng)駕駛船舶的條件技術(shù)方面有著不斷進(jìn)步完善的趨勢(shì)，但是自動(dòng)駕駛船舶的發(fā)展仍面臨著很大的不確定性。船舶行駛路徑選擇是有效躲避障礙的基礎(chǔ)，主要分為全局路徑規(guī)劃與局部避碰路徑規(guī)劃。全局路徑優(yōu)化主要從全局考慮風(fēng)、浪、流的氣象條件及交通組織等多重影響因素，在保障人們財(cái)產(chǎn)生命安全的前提下，使自動(dòng)駕駛船舶在復(fù)雜的海洋環(huán)境下時(shí)間最快、距離最短到達(dá)目的地。局部路徑優(yōu)化主要考慮自動(dòng)駕駛船舶在航行階段中遇到靜態(tài)與動(dòng)態(tài)障礙時(shí)的決策與處理，是規(guī)避碰撞風(fēng)險(xiǎn)的重中之重?；谌峙c局部路徑優(yōu)化，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究，主要從算法優(yōu)化、約束條件的確定，以及目標(biāo)函數(shù)等方面開展。

目前全球航運(yùn)規(guī)則對(duì)自動(dòng)駕駛船舶仍未有清楚的規(guī)定，監(jiān)管與規(guī)范存在較大政策空白，因此近年來(lái)自動(dòng)駕駛船舶一直是技術(shù)和法律研究的主題。早在2000年，英國(guó)水下技術(shù)學(xué)會(huì)已經(jīng)審查海洋科學(xué)研究的自主水下航行器的法律地位。由瑞典等6國(guó)組成的歐洲無(wú)人海事系統(tǒng)安全和規(guī)章小組（SARUMS）以及英國(guó)海上自治系統(tǒng)監(jiān)管小組與勞斯萊斯AAWA項(xiàng)目已經(jīng)開展了自動(dòng)駕駛船舶在法律問(wèn)題方面的研究。其研究目的為確保《國(guó)際海上人命安全公約》更新時(shí)能夠有效反應(yīng)船舶新技術(shù)的發(fā)展情況。2017年，國(guó)際海事組織推行“自主海上水面船只”（簡(jiǎn)稱MASS）相關(guān)的“監(jiān)管范圍界定工作”，為了確定海事組織文書中如何處理安全、有保障，以及無(wú)害環(huán)境的作業(yè)。

本文從自動(dòng)駕駛船舶避碰角度綜述了法規(guī)政策與路徑優(yōu)化的研究現(xiàn)狀，明確了自動(dòng)駕駛船舶避碰概念與要求，揭示了自動(dòng)駕駛船舶發(fā)展的法律方面的短板與空白，指出了避碰路徑優(yōu)化目前存在的缺陷。

1 自動(dòng)駕駛船舶避碰相關(guān)規(guī)范

為了識(shí)別并解決自動(dòng)駕駛船舶與現(xiàn)行法律之間的沖突問(wèn)題，國(guó)際海事委員會(huì)（CMI）成立了其下屬單位“國(guó)際工作組”（IWGUS）。IWGUS于2017年3月開始向各成員國(guó)發(fā)布調(diào)查問(wèn)卷，且截止2018年2月已經(jīng)有中國(guó)、美國(guó)等10余國(guó)家給予答復(fù)[1]。該調(diào)查問(wèn)卷總結(jié)、歸納出自動(dòng)駕駛船舶應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)解決3個(gè)主要問(wèn)題：①定義；②監(jiān)管問(wèn)題；③自動(dòng)駕駛船舶的碰撞責(zé)任。這些問(wèn)題的設(shè)計(jì)給予研發(fā)試驗(yàn)階段自動(dòng)駕駛船舶的法律問(wèn)題基本框架。

1.1 自動(dòng)駕駛船舶的定義

傳統(tǒng)船舶一般具備4個(gè)基本特征：①具備“浮動(dòng)”的外貌和結(jié)構(gòu)特征；②可以在水面移動(dòng)（受控情況下）；③可以裝載人或物；④船舶能夠從事海上航行。以上4個(gè)特征自動(dòng)駕駛船舶均可滿足，其最主要“特性”只有1個(gè)：沒(méi)有工作人員在船上。

目前的法律文獻(xiàn)在這方面有2個(gè)“討論焦點(diǎn)”：①遙控操作類型的自動(dòng)駕駛船舶，是由位于岸基操控人員借助于各種設(shè)備，通過(guò)傳輸信號(hào)或數(shù)據(jù)的方式來(lái)操作船舶以及判斷其所處狀況[2]；②能夠自主航行的自動(dòng)駕駛船舶，其基本上都是借助于人工智能或事先輸入的程序確定航線，無(wú)需人工介入即可自主完成航行。目前，已有的自動(dòng)駕駛船舶的共同特點(diǎn)是小型化，大型自動(dòng)駕駛船舶的研發(fā)和建造也正在實(shí)施中，預(yù)計(jì)未來(lái)2～3年將投入使用。

IWGUS將自動(dòng)駕駛船舶定義為“無(wú)船員且可在水上受控制移動(dòng)”。自動(dòng)駕駛船舶主要涵蓋4條界定的意義：①可漂?。虎诳墒芸刂圃谒弦苿?dòng)；③可運(yùn)輸人或者貨物；④可以在海上航行。Robert Veal等[3]認(rèn)為“船舶”一詞是具有抽象意義的，表明的含義特指這一事物，而自動(dòng)駕駛船舶是船舶的外延。在國(guó)際條（公）約和一些國(guó)際立法之中的“船舶”定義中，基本上都難以找到和如今自動(dòng)駕駛船舶有關(guān)的內(nèi)容，故而當(dāng)時(shí)也并未將識(shí)別船舶是否“搭載船員”作為必要條件。當(dāng)今的法律體系不能被自動(dòng)駕駛船舶自動(dòng)適用的狀況并不等于不能適用，而是要對(duì)目前所使用的法律體系進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后方能適用。在研發(fā)試驗(yàn)階段確定自動(dòng)駕駛船舶屬于“船舶”范疇，而對(duì)于自動(dòng)駕駛船舶海上碰撞及保險(xiǎn)責(zé)任承擔(dān)制度研究具有重要意義。

1.2 自動(dòng)駕駛船舶的監(jiān)督管理問(wèn)題

自動(dòng)駕駛船舶能夠像普通船舶一樣控制水上運(yùn)動(dòng)。盡管也能夠?qū)Ш剑谝韵路矫嫒圆煌诖埃菏紫?，目前的一些自?dòng)駕駛船舶規(guī)模相對(duì)較小。大多數(shù)國(guó)際航運(yùn)法規(guī)僅適用于超過(guò)最低總噸位500的船舶[4]。對(duì)不從事國(guó)際航運(yùn)的小型船只的管理一般由運(yùn)營(yíng)國(guó)決定。事實(shí)上，這是自動(dòng)駕駛船舶發(fā)展的1個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢杂擅總€(gè)國(guó)家根據(jù)本國(guó)技術(shù)進(jìn)步的速度制定1個(gè)監(jiān)管制度。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種方法也有問(wèn)題，因?yàn)楸O(jiān)管缺乏統(tǒng)一性可能會(huì)限制某些自動(dòng)駕駛船舶在其他國(guó)家水域的運(yùn)作。其次，在普通的運(yùn)行模式下，自動(dòng)駕駛船舶上沒(méi)有船員[5]，對(duì)于完全自主的自動(dòng)駕駛船舶，他們的操作甚至可能不會(huì)涉及到任何人在岸上或其他地區(qū)的決策過(guò)程。再次，與傳統(tǒng)船只不同，目前的自動(dòng)駕駛船舶不能用于國(guó)際貿(mào)易，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈\(yùn)送乘客、貨物甚至自己船員的能力。如果自動(dòng)駕駛船舶不是船只，那么就不會(huì)受到國(guó)際航運(yùn)法規(guī)的制約，海事組織參與器國(guó)際監(jiān)管就可能會(huì)有問(wèn)題[6]。

1.3 自動(dòng)駕駛船舶的碰撞責(zé)任

針對(duì)自動(dòng)駕駛船舶海上碰撞的民事責(zé)任承擔(dān)問(wèn)題，以英國(guó)、美國(guó)為代表的普通法系國(guó)家認(rèn)為，若1艘配備了避碰系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛船舶在航行過(guò)程中因系統(tǒng)故障發(fā)生事故，責(zé)任劃分不能一概而論，要根據(jù)特定事實(shí)進(jìn)行分析。德國(guó)學(xué)者認(rèn)為當(dāng)該自動(dòng)駕駛船舶發(fā)生事故的唯一原因是系統(tǒng)故障且具有合法性（船東無(wú)疏忽過(guò)失之類），船東不負(fù)任何責(zé)任。如今這一領(lǐng)域的問(wèn)題解決方案有2種：①算作系統(tǒng)生廠商的過(guò)失（一般按侵權(quán)責(zé)任追究）；②援引缺陷產(chǎn)品質(zhì)量追究責(zé)任。國(guó)際海事組織起草并于1987年在里斯本通過(guò)了1套船舶碰撞后損壞認(rèn)定的規(guī)則（Lisbon Rules 1987），雖然該規(guī)則不具有強(qiáng)制性法律的性質(zhì)，但是對(duì)于法官、仲裁員、保險(xiǎn)商等評(píng)價(jià)損失具有指導(dǎo)意義[7]。

國(guó)內(nèi)目前針對(duì)自動(dòng)駕駛船舶的特點(diǎn)，較多學(xué)者系統(tǒng)研究了在國(guó)際公約、條約及國(guó)內(nèi)法的框架下有關(guān)船舶定義、船員定義、船舶碰撞、海難救助，以及共同海損等規(guī)定[8-10]。研究結(jié)果將自動(dòng)駕駛船舶對(duì)現(xiàn)行法律的沖突歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：判定自動(dòng)駕駛船舶正規(guī)瞭望標(biāo)準(zhǔn)、識(shí)別法律地位、歸責(zé)事故原則、海上保險(xiǎn)的責(zé)任承擔(dān)等。對(duì)于自動(dòng)駕駛船舶是否適用現(xiàn)行海上行政法規(guī)的規(guī)制，王欣等[11]認(rèn)為無(wú)論是國(guó)際法還是國(guó)內(nèi)法的船舶定義中都沒(méi)有包含“船員”這一要件，當(dāng)前處于研發(fā)試驗(yàn)階段的自動(dòng)駕駛船舶仍應(yīng)受海上行政法規(guī)的調(diào)整。

對(duì)于自動(dòng)駕駛船舶發(fā)生海上碰撞事故的民事責(zé)任承擔(dān)，《中華人民共和國(guó)海商法》（以下簡(jiǎn)稱《海商法》）第八章關(guān)于船舶碰撞事故的歸責(zé)原則采取的是過(guò)錯(cuò)責(zé)任原則，責(zé)任主體根據(jù)最高人民法院所發(fā)布的若干規(guī)定，源于船舶事故的賠償責(zé)任承擔(dān)者應(yīng)是光船承租人（依法登記的）或船舶所有人，此類規(guī)則均適用自動(dòng)駕駛船舶事故。具體到目前，自動(dòng)駕駛船舶亟待解決的問(wèn)題是在《海事避碰規(guī)則》的約束下，如何確定自動(dòng)駕駛船舶的過(guò)錯(cuò)與責(zé)任比例。王國(guó)華等[12]認(rèn)為應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛船舶事故責(zé)任的“重點(diǎn)”在于對(duì)“船人關(guān)系”的確認(rèn)，即操控者和自動(dòng)駕駛船舶的法律地位，提出要明確岸基操控人員的法律地位、調(diào)整國(guó)際海事條約的規(guī)定，并建立針對(duì)自動(dòng)駕駛船舶的約束機(jī)制。王欣等[11]認(rèn)為若是在研發(fā)試驗(yàn)階段出現(xiàn)駕駛系統(tǒng)缺陷未被解決而造成事故者，應(yīng)算作“輕信”的過(guò)錯(cuò)，依然應(yīng)該承擔(dān)碰撞責(zé)任。呂方圓等[13]認(rèn)為有必要出臺(tái)獨(dú)立管理辦法，在具體責(zé)任劃分方面，可以在限額內(nèi)按照過(guò)錯(cuò)程度比例追償；系統(tǒng)的開發(fā)者、設(shè)計(jì)者基本上都不是狹義海事事故的主體，故應(yīng)算作民事合同及產(chǎn)品質(zhì)量法的調(diào)整對(duì)象，該對(duì)象主體不應(yīng)該被海事賠償責(zé)任限制所覆蓋；人工智能船舶自身可算作1個(gè)責(zé)任主體，但在承擔(dān)責(zé)任方面則基本無(wú)法可依（一般將責(zé)任主體定位為設(shè)計(jì)者）。學(xué)者同時(shí)呼吁，期待未來(lái)出臺(tái)1部類似《機(jī)器人法令》的規(guī)則來(lái)調(diào)整完善。對(duì)于自動(dòng)駕駛船舶碰撞的保險(xiǎn)制度問(wèn)題，自動(dòng)駕駛船舶性能更加高端、技術(shù)更加復(fù)雜，與技術(shù)性能有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)更為突出。

2 自動(dòng)駕駛船舶避碰路徑優(yōu)化

路徑規(guī)劃問(wèn)題作為當(dāng)前自動(dòng)駕駛船舶避碰運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的1個(gè)重要研究課題，多以路徑、軌跡2個(gè)部分規(guī)劃所構(gòu)成，起點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)2處相互連接的曲線或者序列點(diǎn)均可算作路徑，構(gòu)成路徑的策略便是所謂“路徑規(guī)劃”[14]。

此領(lǐng)域的算法最早多用于機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中，雖然移動(dòng)機(jī)器人與自動(dòng)駕駛船舶在安全要求和自由度上均有類似性，但因?yàn)槠溥\(yùn)動(dòng)環(huán)境開放性更大且充滿變數(shù)，需根據(jù)船舶自身特性，結(jié)合已有的機(jī)器人路徑規(guī)劃算法進(jìn)行改進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)條件下船舶路徑規(guī)劃系統(tǒng)的開發(fā)[15]。通常而言，路徑規(guī)劃按照掌握環(huán)境信息的程度劃分，可以將之分為全局路徑規(guī)劃（基于先驗(yàn)完全信息）和局部路徑規(guī)劃（基于傳感器信息）2種，也能夠在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中先行根據(jù)已有的環(huán)境信息統(tǒng)籌規(guī)劃全局路徑行進(jìn)，同時(shí)利用傳感器感知周圍環(huán)境是否有原先未知的障礙物，如果發(fā)現(xiàn)未知障礙物則判斷繼續(xù)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑是否有風(fēng)險(xiǎn)，如果有風(fēng)險(xiǎn)則需要規(guī)劃新的運(yùn)動(dòng)路徑，最終目的是安全順利到達(dá)終點(diǎn)[16-17]。

全局路徑規(guī)劃指船舶根據(jù)已有的全局環(huán)境信息（如電子海圖）來(lái)規(guī)劃經(jīng)過(guò)海域的靜態(tài)障礙物并最終抵達(dá)目的點(diǎn)的大范圍離線路徑規(guī)劃[18]。全局海圖的環(huán)境信息全局規(guī)劃中多源于已有信息，且全局海圖中已知船舶位置，起點(diǎn)和終點(diǎn)也是預(yù)先設(shè)定好的，各個(gè)靜態(tài)障礙物信息，包括位置及大小等已知，船舶根據(jù)不同的要求（如時(shí)間最短、距離最短、耗能最少等）來(lái)尋找1條最優(yōu)化的路徑來(lái)抵達(dá)已知目的點(diǎn)。然而，在現(xiàn)實(shí)情況下的全局路徑規(guī)劃因?yàn)椴荒芨鶕?jù)環(huán)境中的不確定因素做出正確合理的應(yīng)對(duì)，所以其實(shí)用價(jià)值并不高，無(wú)法應(yīng)用在船舶的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航中[19]。所以，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以在原有離線的全局規(guī)劃中加入在線的局部路徑規(guī)劃，使其能夠完成已知和未知情況下對(duì)靜動(dòng)態(tài)障礙物的避障尋路。因?yàn)楠?dú)立使用的局部規(guī)劃尚且不具有目標(biāo)可達(dá)性，所有單純采用局部規(guī)劃也不能實(shí)現(xiàn)最終到達(dá)目的點(diǎn)的目標(biāo)，所以混合使用全局規(guī)劃和局部規(guī)劃才能使效益最大化，這也是現(xiàn)代導(dǎo)航，制導(dǎo)與控制所采用的基本方式[20]。

通過(guò)AIS或其他方式獲得的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的船舶在這里也被納入全局規(guī)劃中，雖然運(yùn)動(dòng)的船舶是屬于動(dòng)態(tài)障礙物，需要在路徑規(guī)劃時(shí)予以規(guī)避的，但是由于已經(jīng)在規(guī)劃時(shí)已經(jīng)獲取了該船的當(dāng)時(shí)位置、船舶特性（例如船長(zhǎng)、船寬等要素）以及運(yùn)動(dòng)特性（如運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度等）[21-23]。目標(biāo)船在運(yùn)動(dòng)到鄰近海域時(shí)的某個(gè)時(shí)刻，該船是靜止在該海域的某個(gè)點(diǎn)的，通過(guò)結(jié)合該船當(dāng)前的航向航速以及國(guó)際海事組織的避碰規(guī)則來(lái)判斷目標(biāo)船與該船的關(guān)系（包括無(wú)風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)、追越、對(duì)遇以及交叉相遇），并根據(jù)不同情況做出合理的路徑規(guī)劃[24]。

2.1 全局路徑規(guī)劃

全局路徑規(guī)劃通常是目標(biāo)物體（如機(jī)器人、無(wú)人車、船舶等）在實(shí)際出發(fā)之前或者是進(jìn)入某1個(gè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域前，通過(guò)雷達(dá)、攝像頭等各種傳感器收集獲取即將要駛?cè)氲脑搮^(qū)域不同障礙物的相對(duì)大小形狀、相對(duì)位置以及移動(dòng)方向和速度，通過(guò)運(yùn)用不同的算法，如傳統(tǒng)的模擬退火算法、模糊邏輯算法，又或是從自然界中獲得的啟發(fā)，仿真學(xué)習(xí)得到的例如蟻群算法、粒子群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及遺傳算法等等，最終目的在于求解出1條能夠從起點(diǎn)聯(lián)通終點(diǎn)、并符合一定限制條件、達(dá)到設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)的可行全局路徑。國(guó)內(nèi)外不同學(xué)者專家從船舶的實(shí)際情況出發(fā)，運(yùn)用不同的算法或方式，規(guī)劃出符合避障要求且能滿足不同要求的全局路徑。

應(yīng)士君等[25]在遺傳算法基礎(chǔ)上引入貝葉斯模型，利用信息熵原理設(shè)計(jì)避碰航路。尚明棟等[26]在蟻群算法基礎(chǔ)上加入方向角權(quán)重來(lái)改變路徑選擇概率，優(yōu)化全局路徑的長(zhǎng)度和和解算時(shí)長(zhǎng)。薛敏等[27]采用粒子群算法求解靜態(tài)障礙物避障路徑節(jié)點(diǎn)。陳華等[28]在設(shè)計(jì)船舶避障路徑時(shí)，將最短路徑連同最小航向改變量納入多目標(biāo)遺傳算法，并采用綜合模糊評(píng)判來(lái)獲得最小危險(xiǎn)度的航行路徑。劉建[29]在規(guī)劃全局路徑時(shí)開創(chuàng)性地設(shè)計(jì)了1種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編碼方便的勢(shì)場(chǎng)動(dòng)態(tài)柵格法，利用細(xì)化柵格對(duì)環(huán)境信息精確建模，并采用了改進(jìn)勢(shì)場(chǎng)法優(yōu)化冗余路徑節(jié)點(diǎn)和減低計(jì)算復(fù)雜程度，取得較好的全局規(guī)劃效果。唐平鵬等[30]采用了結(jié)合距離函數(shù)和雙懲罰函數(shù)的多目標(biāo)遺傳算法，使用Pareto強(qiáng)度及最小代溝模型均衡能耗、路徑長(zhǎng)度、航行時(shí)間，以及路徑平滑性水平，取得較好的全局規(guī)劃性能。孫曉界[31]采用進(jìn)化遺傳算法解決全局路徑規(guī)劃問(wèn)題，并使用貝塞爾曲線優(yōu)化路徑折線，使之更加符合船舶實(shí)際運(yùn)動(dòng)性能。陳曉等[32]以路徑最短為優(yōu)化目標(biāo)，先用Maklink圖以及迪杰斯特拉算法生成初始規(guī)劃路徑，后用蟻群算法調(diào)整優(yōu)化路徑節(jié)點(diǎn)位置和數(shù)量，取得較好效果。

以上研究在設(shè)計(jì)路徑規(guī)劃算法時(shí)使用了諸如地理信息柵格化、生成路徑平滑化等手段，使規(guī)劃的路徑更符合航海實(shí)踐。在約束條件中加入懲罰函數(shù)，使路徑更趨于安全、高效，同時(shí)縮短算法的求解時(shí)間以滿足實(shí)際需要。但是較為依賴已知的環(huán)境信息，無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物做出反應(yīng)。

2.2 局部路徑規(guī)劃

由于全局規(guī)劃中環(huán)境信息的障礙物必須為相對(duì)靜止的且位置大小均已知，但實(shí)際航行中不可能保證在規(guī)劃路徑時(shí)對(duì)該海域的所有障礙物信息都能完全掌握，這就導(dǎo)致了船舶在航行過(guò)程中如果沒(méi)有局部規(guī)劃的話遇到未知情況下出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)障礙物難以及時(shí)做出正確的應(yīng)對(duì)，容易導(dǎo)致事故發(fā)生，所以局部規(guī)劃必不可少。局部路徑規(guī)劃可以通過(guò)船舶上安裝的雷達(dá)、AIS或者例如光電傳感器等裝備來(lái)感知采集該海域?qū)崟r(shí)的環(huán)境信息，并根據(jù)目標(biāo)船自身的運(yùn)動(dòng)性能、動(dòng)態(tài)障礙物的外形特征、運(yùn)動(dòng)信息，結(jié)合《海事避碰規(guī)則》和當(dāng)前海域的風(fēng)流水流天氣因素等來(lái)規(guī)劃1條局部路徑。一般來(lái)說(shuō)，局部路徑規(guī)劃需要精度較高，運(yùn)算能力較好的算法來(lái)應(yīng)對(duì)區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)變化的環(huán)境信息。國(guó)內(nèi)外很多科研人員根據(jù)局部環(huán)境下動(dòng)態(tài)障礙物的變化情況提出了一些較為可行的算法，雖然這些算法大多是基于移動(dòng)機(jī)器人而設(shè)計(jì)的，但對(duì)于海上的船舶也有一定的參考價(jià)值。

楊懷[33]提出了結(jié)合IvP函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化算法，采用分枝定界快速搜索決策空間，生成避障航路點(diǎn)。孫立成[34]運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)計(jì)算多船相遇時(shí)的碰撞危險(xiǎn)度，提出由船舶領(lǐng)域來(lái)確定避碰行為幅度，并結(jié)合其大小確定恢復(fù)原航向時(shí)機(jī)。鄭中義等[35]提出時(shí)間碰撞危險(xiǎn)度和空間碰撞危險(xiǎn)度，探討B(tài)P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在確定混合碰撞危險(xiǎn)度的可行性。魏新勇等[36]提出了1種基于VFH*算法的前向預(yù)測(cè)USV局部避障方法，并結(jié)合傳感參量確定船舶的避障方向。張汝波等[37]運(yùn)用Sarsa在線策略的強(qiáng)化學(xué)習(xí)驗(yàn)證了水面無(wú)人艇對(duì)障礙物的自適應(yīng)避碰能力，且航向改變量和航速改變量能夠控制在1個(gè)離散的有限空間內(nèi)。王程博等[38]聯(lián)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)以及深度學(xué)習(xí)，提出1種基于DRL的USV智能避碰決策方式，使USV能在無(wú)先驗(yàn)環(huán)境信息情況下與環(huán)境交互學(xué)習(xí)，并用激勵(lì)函數(shù)不斷進(jìn)化船舶避碰能力。王哲[39]通過(guò)分析航向和航速改變量對(duì)于DCPA和TCPA的影響，評(píng)判船舶碰撞危險(xiǎn)度，建立了基于航向以及航速的船舶避碰系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)。楊柏丞等[40]利用改進(jìn)的模擬退火算法來(lái)解決多船會(huì)遇情形下全局范圍內(nèi)最優(yōu)路徑點(diǎn)的選取，使船舶碰撞危險(xiǎn)程度和路程損失函數(shù)降到較低程度。李建江等[41]通過(guò)挖掘海域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)的歷史位置，聚類分析軌跡點(diǎn)，提取出基于網(wǎng)絡(luò)熱度值的船舶規(guī)律路徑節(jié)點(diǎn)，為實(shí)際航行提供有益借鑒。孫耀東[42]使用經(jīng)過(guò)篩選的子目標(biāo)點(diǎn)來(lái)引導(dǎo)改進(jìn)的勢(shì)場(chǎng)柵格法，得到優(yōu)先避障的局部安全航線。

以上研究或考慮實(shí)時(shí)的DCPA、TCPA，或結(jié)合AIS數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)可能發(fā)生碰撞的物體采取避碰行動(dòng)。如前所述，單純的局部規(guī)劃沒(méi)有實(shí)際意義。一些研究將歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行路徑規(guī)劃以保障航行的安全、效率。但在避碰決策時(shí)，大多采用轉(zhuǎn)向策略，而較少考慮減速，同時(shí)也忽略了真實(shí)海況中風(fēng)浪流的影響。在做轉(zhuǎn)向決策時(shí)，所采取的轉(zhuǎn)向幅度較為固定（22.5°或45°的倍數(shù)），不符合具體無(wú)人駕駛船舶的行為（連續(xù)性）。

2.3 整合路徑規(guī)劃

如今的路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)理念越來(lái)越體現(xiàn)出將2種路徑規(guī)劃整合，由此來(lái)構(gòu)建起混合路徑規(guī)劃的方向，雖然全局路徑規(guī)劃可以離線生成預(yù)定航跡于船舶航行區(qū)域內(nèi)，也可很好地規(guī)避靜態(tài)障礙物（已知），如靜態(tài)浮標(biāo)、鉆井平臺(tái)等，也可以結(jié)合《海事避碰規(guī)則》來(lái)盡可能規(guī)避已知航向航速的其他船舶，但是應(yīng)用非實(shí)時(shí)性的全局規(guī)劃容易在應(yīng)對(duì)未知情況下的動(dòng)態(tài)障礙物時(shí)出現(xiàn)事故，發(fā)生碰撞。而單獨(dú)使用局部路徑規(guī)劃的做法，往往包含環(huán)境整體信息，易于造成船舶進(jìn)入無(wú)法復(fù)航的“死角”。故而，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是將二者結(jié)合起來(lái)成為1個(gè)混合的綜合路徑規(guī)劃來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的路徑規(guī)劃。

3 自動(dòng)駕駛船舶與《海事避碰規(guī)則》

《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》第94條第3款（c）規(guī)定各個(gè)國(guó)家應(yīng)對(duì)懸掛該國(guó)旗幟的船舶采取為保證船舶海上安全的必要措施，包括信號(hào)的使用、通信的維持，以及碰撞的防止。第4款（c）規(guī)定船長(zhǎng)和高級(jí)船員應(yīng)當(dāng)充分熟悉并且遵守關(guān)于海上人命安全公約的國(guó)際規(guī)章?！逗Ｊ卤芘鲆?guī)則》是船舶在海上航行避讓的行動(dòng)指南，對(duì)于保障船舶的航行安全有重大意義。自動(dòng)駕駛船舶的航行應(yīng)當(dāng)受到《海事避碰規(guī)則》的規(guī)范與限制。

《海事避碰規(guī)則》第2條責(zé)任部分規(guī)定規(guī)則不免除任何船舶所有人、責(zé)任人。對(duì)于遵守規(guī)則但因疏忽而導(dǎo)致各種后果的責(zé)任在解釋規(guī)定的時(shí)候也應(yīng)適當(dāng)考慮特殊情況，其中包括船舶的限制條件。第2條確認(rèn)良好的船藝優(yōu)先于遵守規(guī)則條文的原則，在特定情況下更廣泛的義務(wù)可能要求采取符合明確指示的行動(dòng)。良好船藝包括2種觀點(diǎn)層面的法律基礎(chǔ)：①良好船藝應(yīng)作為《海事避碰規(guī)則》之中每1個(gè)條款的最主要基礎(chǔ)；②良好船藝仍然是《海事避碰規(guī)則》有未盡之意前提下的1種“兜底條款”，從而填補(bǔ)《海事避碰規(guī)則》的一些空白[43]。良好船藝是《海事避碰規(guī)則》背后的最主要規(guī)則之一，在必須采取與不符合規(guī)則之行動(dòng)的時(shí)候。良好的船藝要求有數(shù)量充足的船員，責(zé)任條款則是要求“人”在特殊情況之下做出相應(yīng)決策。在自動(dòng)駕駛船舶情況下，良好船藝能否獲得履行便成為了1個(gè)需要加以探討的問(wèn)題。只要自動(dòng)駕駛船舶的遠(yuǎn)程控制人員受過(guò)充分的訓(xùn)練，能夠使用該技術(shù)及時(shí)評(píng)估環(huán)境并控制自動(dòng)駕駛船舶的運(yùn)動(dòng)，原則上遠(yuǎn)程控制沒(méi)有理由不執(zhí)行航海技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。相反，該規(guī)則給使用算法沖突避免技術(shù)自治的自動(dòng)駕駛船舶帶來(lái)了明顯的困難，決定什么時(shí)候最重要的航海技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要偏離規(guī)則是1個(gè)非常復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程，甚至超越了自動(dòng)駕駛船舶目前使用的現(xiàn)代控制算法。自動(dòng)駕駛船舶的自治水平至關(guān)重要，如今，自動(dòng)駕駛船舶工程師多借助于聲吶、攝像機(jī)之類開發(fā)海上避碰算法。然而，要如何做出不符合《海事避碰規(guī)則》的各種行動(dòng)，是無(wú)法以預(yù)設(shè)程序?qū)崿F(xiàn)的事情，只有具體情形發(fā)生了才能知道。

《海事避碰規(guī)則》第5條涉及船只的瞭望，每艘船舶都應(yīng)經(jīng)常使用聽覺(jué)、視覺(jué)等一切有效手段來(lái)保持正規(guī)的瞭望，以對(duì)船舶周圍情況作出充分的估計(jì)。從文義上理解，該條規(guī)定的是船上是否有足量的值班人員，規(guī)則充分考慮了人類感知的行使，通過(guò)“視覺(jué)和聽覺(jué)”完成瞭望的要求，自動(dòng)駕駛船舶帶來(lái)的問(wèn)題是瞭望是否可以通過(guò)技術(shù)手段來(lái)替代執(zhí)行針對(duì)這一問(wèn)題，目前有3種觀點(diǎn)：①技術(shù)可替代人工瞭望；②僅遙控自動(dòng)駕駛船舶可用技術(shù)替代人工瞭望；③技術(shù)不可替代人工瞭望[44]。作為判例法的英國(guó)，在CMI發(fā)布的調(diào)查問(wèn)卷中認(rèn)為技術(shù)可否替代人工瞭望需要在具體案例中由法律裁量?！逗Ｊ卤芘鲆?guī)則》第5條僅僅是暗示了瞭望需要人的感知，但是并沒(méi)有明確必須要“在船上”的人來(lái)感知，所以，“正規(guī)的瞭望”完全可以由技術(shù)來(lái)滿足。美國(guó)和德國(guó)認(rèn)為遙控自動(dòng)駕駛船舶的瞭望可以由技術(shù)替代，但是自控自動(dòng)駕駛船舶不可以。意大利認(rèn)為需要采取嚴(yán)格的解釋態(tài)度，船上的人工瞭望不能被替代。適用算法制約的自動(dòng)駕駛船舶，雖然可能保留一定程度的空間意識(shí)，但不能滿足視覺(jué)和聽覺(jué)的評(píng)估要求，完全利用全球定位系統(tǒng)跟蹤、控制自動(dòng)駕駛船舶是否屬于符合規(guī)則對(duì)瞭望的規(guī)定也值得商榷。今天的一些自動(dòng)駕駛船舶安裝了高度精密的攝像機(jī)和聽覺(jué)傳感器，為岸基操作者提供了自動(dòng)駕駛船舶附近非常準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)信號(hào)，為了確保航行安全，滿足《海事避碰規(guī)則》要求的瞭望，如何設(shè)計(jì)傳感器的技術(shù)規(guī)格也是應(yīng)該考慮的重要問(wèn)題。

通過(guò)分析可知，作為船上行動(dòng)的指南《海事避碰規(guī)則》，對(duì)自動(dòng)駕駛船舶存在著客觀的不適性，為了保證自動(dòng)駕駛船舶的運(yùn)行有法可依，應(yīng)當(dāng)對(duì)《海事避碰規(guī)則》做出新的解釋或者對(duì)相關(guān)條款進(jìn)行修改完善。

4 結(jié)束語(yǔ)

躲避碰撞是船舶航行安全性的基本保障，隨著自動(dòng)駕駛船舶的飛速發(fā)展與應(yīng)用，其法律規(guī)范與避碰技術(shù)務(wù)必與其對(duì)應(yīng)發(fā)展。筆者綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于自動(dòng)駕駛船舶避碰的法律規(guī)范研究現(xiàn)狀，分析了當(dāng)下避碰路徑優(yōu)化的一些新方法，主要提出以下建議。

1）在自動(dòng)駕駛船舶法律定義方面，雖然其并未廣泛應(yīng)用于載人/貨，但未來(lái)趨勢(shì)必在于此，因此不妨將其視為《海事避碰規(guī)則》中的船舶，對(duì)其約束。

在自動(dòng)駕駛船舶監(jiān)管方面，對(duì)其法規(guī)的適用不應(yīng)受船舶噸位的限制。因?yàn)楫?dāng)自動(dòng)駕駛船舶與他船或障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，對(duì)事故的應(yīng)急處置必定遜于傳統(tǒng)意義船舶，應(yīng)該對(duì)其嚴(yán)格監(jiān)管。

2）基于AIS與電子海圖的自動(dòng)駕駛船舶路徑優(yōu)化研究中應(yīng)對(duì)其傳統(tǒng)算法進(jìn)行改善，將全局路徑優(yōu)化與局部路徑優(yōu)化相結(jié)合，增加約束條件，完善影響因素。應(yīng)添加魯棒特性分析以降低氣象等因素的干擾，并加入深度學(xué)習(xí)等使自動(dòng)駕駛船舶更加智能化。