珠海云洲智能科技股份有限公司 潘 登

中國(guó)船級(jí)社 孫 武

珠海云洲智能科技股份有限公司 趙繼成

進(jìn)入21世紀(jì)第二個(gè)十年，無人艇在全球范圍內(nèi)如火如荼地發(fā)展起來，各類產(chǎn)品開始廣泛地應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，從環(huán)境保護(hù)到安防巡邏，從海洋調(diào)查到軍事應(yīng)用，從應(yīng)急救援到科技文旅，到處都可以看到無人艇的身影。

隨著無人艇技術(shù)的快速發(fā)展，大型船舶的智能化和無人化也呼之欲出，智能船舶和智能航運(yùn)成為全球關(guān)注的新熱點(diǎn)。在各國(guó)政府的大力支持下，業(yè)界開展了廣泛而深入的研究。各利益相關(guān)方一致認(rèn)為規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、公約和法規(guī)是指導(dǎo)水面船舶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、認(rèn)證、運(yùn)營(yíng)的重要依據(jù)。在傳統(tǒng)船舶行業(yè)，這些文本較為完備，為行業(yè)的規(guī)范、健康發(fā)展提供了有力保障。而無人艇、智能船舶等屬于新生事物，目前與之對(duì)應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、公約和法規(guī)等極不健全，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的規(guī)范、健康發(fā)展。規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化成為行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

在這個(gè)背景下，2015年中國(guó)船級(jí)社發(fā)布了全球首個(gè)智能船舶規(guī)范，并于2016年3月正式生效。此后，英國(guó)船級(jí)社、日本船級(jí)社、美國(guó)船級(jí)社、挪威船級(jí)社、法國(guó)船級(jí)社等全球主要船級(jí)社陸續(xù)發(fā)布了智能船舶相關(guān)的規(guī)范或者指南，為各國(guó)智能船舶行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展打下了基礎(chǔ)，促進(jìn)了行業(yè)的健康、有序發(fā)展。在此期間，國(guó)際海事組織也對(duì)智能船舶的自主等級(jí)進(jìn)行了定義。

本文研究了各國(guó)船級(jí)社規(guī)范的主要內(nèi)容和特點(diǎn)，并通過橫向和縱向?qū)Ρ龋治隽诉@些規(guī)范關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)以及規(guī)范之間的差異，從而對(duì)智能船舶形成了更加深刻的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上提出關(guān)于智能船舶規(guī)范發(fā)展的一些建議。

各主要船級(jí)社智能船舶規(guī)范概述

截至目前，有六家船級(jí)社（見表1）發(fā)布了智能船舶相關(guān)規(guī)范，其中中國(guó)船級(jí)社最早行動(dòng)，其智能船舶規(guī)范發(fā)布于2015年12月，并于2016年3月正式生效。其規(guī)范采用GBS框架，按照目標(biāo)、功能、要求的層次，基于模塊化的思路進(jìn)行編寫，涵蓋航行、輪機(jī)、船體、能效管理、貨物管理、集成平臺(tái)六大智能功能。在2020年的換版中，增加了遠(yuǎn)程控制船舶和自主操作船舶兩個(gè)新的章節(jié)，將智能航行進(jìn)行功能細(xì)分和詳細(xì)描述。中國(guó)船級(jí)社以安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和高效為出發(fā)點(diǎn)，引入人工智能新理念，結(jié)合行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，制定智能船舶規(guī)范，推動(dòng)了船舶設(shè)計(jì)建造的發(fā)展。

英國(guó)勞氏船級(jí)社作為全球最古老的船級(jí)社，緊隨中國(guó)船級(jí)社，于2017年2月發(fā)布了《無人海事系統(tǒng)的規(guī)則》。該規(guī)則沿用了傳統(tǒng)船舶規(guī)范的體系，其章節(jié)和傳統(tǒng)船舶規(guī)范高度一致，分為結(jié)構(gòu)、穩(wěn)性、控制、電氣、導(dǎo)航、推擠裝置、消防等章節(jié)，并以無人駕駛的視角從適用范圍、目的、功能目標(biāo)、性能要求四個(gè)層面對(duì)無人系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的論述。本規(guī)范中的無人系統(tǒng)主要是指無人艇和無人潛器。

作為第三個(gè)發(fā)布相關(guān)文本的船級(jí)社，日本船級(jí)社2017年發(fā)布了《自動(dòng)操作船舶概念設(shè)計(jì)指南》。整個(gè)指南有七個(gè)章節(jié)，主要涉及安全設(shè)計(jì)要素、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、自主等級(jí)分組、遠(yuǎn)程遙控等幾個(gè)方面。日本船級(jí)社借鑒無人車提出了一個(gè)船舶運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)域（Operational Design Domain）的概念。通過這個(gè)概念，日本船級(jí)社將船舶自主駕駛分為限定場(chǎng)景下的自主駕駛和不限場(chǎng)景的自主駕駛。

在2018年發(fā)布指南的還有和德國(guó)船級(jí)社合并后的挪威船級(jí)社，該指南的名字叫《自主船舶和遙控船舶》，全文有111頁，是各大船級(jí)社發(fā)表的智能船舶相關(guān)文本中頁數(shù)最多的，涵蓋的內(nèi)容也最為廣泛，主要章節(jié)有主要原則、認(rèn)證流程、航行功能、船舶工程功能、遠(yuǎn)程控制中心、通信功能。挪威船級(jí)社用一個(gè)單獨(dú)章節(jié)分析了遠(yuǎn)程控制中心，足見其重視程度。另外，挪威船級(jí)社還提出虛擬測(cè)試的概念，通過仿真模擬對(duì)自主系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，以提高實(shí)船測(cè)試的效率、減小實(shí)船測(cè)試的成本。

表1 各主要船級(jí)社規(guī)范匯總表

圖1 虛擬測(cè)試框圖

圖2 ABS Smart function implement and assessment

美國(guó)船級(jí)社在2019年5月發(fā)布了《船舶與海工單元的智能功能》的指南，內(nèi)容主要包括目標(biāo)原則、風(fēng)險(xiǎn)分類、數(shù)據(jù)、船體結(jié)構(gòu)健康、輪機(jī)健康監(jiān)視、系統(tǒng)評(píng)估、服務(wù)提供商、調(diào)試檢驗(yàn)等。本指南建立一套完整的智能功能的施行和評(píng)估體系。同時(shí)，本指南還提出了服務(wù)提供商（SP）的概念，為智能航運(yùn)業(yè)態(tài)的建立提供了新的思路。

法國(guó)船級(jí)社姍姍來遲，但并沒有缺席智能船舶盛宴，于2019年10月發(fā)布了名為《自主航運(yùn)》的指南，這是唯一一個(gè)以智能航運(yùn)為目標(biāo)的指南。指南包括通則、風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)評(píng)估、自動(dòng)化系統(tǒng)的功能性、自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性等章節(jié)。在通則中，明確提到了安全和安保，同時(shí)對(duì)于公約的適用性也進(jìn)行了概述。

各主要船級(jí)社關(guān)于船舶自主等級(jí)的比較

各主要船級(jí)社對(duì)智能船舶的自主等級(jí)進(jìn)行了不同的劃分（見表2），國(guó)際海事組織也在第100次海安會(huì)上將自主船舶分了4個(gè)等級(jí)。通過橫向?qū)Ρ?，我們可以得出如下結(jié)論：

表 2 IMO以及各國(guó)船級(jí)社智能船舶等級(jí)劃分對(duì)比

1、IMO主要從船上是否有人以及遙控自主的角度將船舶的自主程度分成了L1-L4四個(gè)等級(jí)。但對(duì)遙控和自主沒有進(jìn)行定義和解釋。

2、中國(guó)船級(jí)社和IMO保持了高度一致性。其將自主操作分為三個(gè)等級(jí)：A1-錨地到錨地，有人引水；A2-錨地到錨地，遙控引水；A3-泊位到泊位，全程自主。這個(gè)細(xì)分對(duì)新的商業(yè)模式有很好的啟發(fā)。

3、其他船級(jí)社沒有將是否有人在船作為自主等級(jí)的區(qū)分依據(jù)，對(duì)遙控也沒有開展過多的論述。以英國(guó)船級(jí)社為例，從A3到A6，人員的監(jiān)督要求逐次遞減，但規(guī)范并沒有要求一定要在船監(jiān)督，遠(yuǎn)程監(jiān)督可以被默許。各船級(jí)社主要基于機(jī)器決策的能力、人員干預(yù)的程度來區(qū)分智能船舶的自主等級(jí)。自主等級(jí)越高，機(jī)器決策水平越高，對(duì)人的依賴越少。

4、感知、認(rèn)知、決策、執(zhí)行是智能系統(tǒng)的四個(gè)經(jīng)典步驟，對(duì)于智能船舶也是如此，大多數(shù)船級(jí)社參考了這四個(gè)步驟對(duì)智能船舶的等級(jí)進(jìn)行了區(qū)分。傳統(tǒng)船舶是船員感知和機(jī)器感知相結(jié)合，認(rèn)知、決策由人來實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行由機(jī)器實(shí)現(xiàn)。而全自主的船舶，從感知到認(rèn)知，從決策到執(zhí)行都是有機(jī)器來實(shí)現(xiàn)。

各主要船級(jí)社關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)的觀點(diǎn)

風(fēng)險(xiǎn)控制是智能船舶的關(guān)鍵，關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)，各國(guó)船級(jí)社規(guī)范也體現(xiàn)了不同的觀點(diǎn)。

中國(guó)船級(jí)社建議風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以參照CCS《船舶綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南》進(jìn)行。在其智能船舶規(guī)范中沒有專門的章節(jié)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行論述。

英國(guó)船級(jí)社基于風(fēng)險(xiǎn)控制，分別從范圍、目標(biāo)、功能、性能四個(gè)維度對(duì)人機(jī)交互、數(shù)據(jù)質(zhì)量、系統(tǒng)架構(gòu)、硬件、軟件、通信網(wǎng)絡(luò)、安保、系統(tǒng)集成等九個(gè)風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行了論述。

表3 各國(guó)船級(jí)社關(guān)于智能船舶風(fēng)險(xiǎn)考慮

日本船級(jí)社強(qiáng)調(diào)要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并建立風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，最后考慮如何減輕風(fēng)險(xiǎn)。在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上，其主要從人機(jī)交互、船舶自動(dòng)化、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性、傳感器失效、網(wǎng)絡(luò)攻擊、外來物理入侵等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

美國(guó)船級(jí)社提出風(fēng)險(xiǎn)矩陣和風(fēng)險(xiǎn)因子的概念對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上主要考慮的是：1）智能功能的角色；2）軟硬件的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)分析、算法和模型；3）軟硬件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信的可靠性； 4）船上系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)；5）失電；6）分析模型、數(shù)據(jù)的不確定性；7）算法和模型準(zhǔn)確性和魯棒性；8）數(shù)據(jù)完整、軟件質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)安全；9）操作失誤、人為因素；10）數(shù)據(jù)的潛在整體性影響；11）來自一體化和互用的潛在失效。

挪威船級(jí)社在其規(guī)范中同樣采用了基于風(fēng)險(xiǎn)的原則，并提出最小風(fēng)險(xiǎn)條件的概念。在風(fēng)險(xiǎn)管控方面，挪威船級(jí)社提出了一套完整的新穎設(shè)計(jì)的流程。

法國(guó)船級(jí)社有一個(gè)單獨(dú)的風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)評(píng)估章節(jié)，在該章節(jié)中提出危害識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制的要求。在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上，法國(guó)船級(jí)社分別從航程風(fēng)險(xiǎn)、航行風(fēng)險(xiǎn)、感知風(fēng)險(xiǎn)、通信風(fēng)險(xiǎn)、船舶系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、遠(yuǎn)程控制風(fēng)險(xiǎn)和安保風(fēng)險(xiǎn)等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮，并且對(duì)各個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了細(xì)分。

結(jié)論和建議

通過上述研究，我們可以得出如下結(jié)論：

1、各國(guó)船級(jí)社都根據(jù)本國(guó)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，制定了相應(yīng)的智能船舶相關(guān)的規(guī)范，但各國(guó)船級(jí)社對(duì)智能船舶均有不同的理解。

2、目前各國(guó)船級(jí)社的規(guī)范主要還是從目標(biāo)、功能和性能等方面對(duì)智能船舶進(jìn)行規(guī)定，在解決方案和檢驗(yàn)指南方面涉及較少。

3、智能船舶的風(fēng)險(xiǎn)是各國(guó)船級(jí)社關(guān)注的重點(diǎn)，但各船級(jí)社對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知、風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別以及如何降低風(fēng)險(xiǎn)均有不同的看法。

基于上述研究，我們有如下建議：

建議各船級(jí)社參照散貨船、油船共同規(guī)范的做法，攜手編撰智能船舶的共同規(guī)范。在關(guān)于智能船舶的自主等級(jí)劃分上形成共識(shí)；在檢驗(yàn)的具體操作上，形成具備可執(zhí)行的條文；在風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和管控方面綜合各船級(jí)社的意見，形成一套完整的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制體系。