GROKE PRO

Groke Technologies (groke-tech.com)

Groke Pro is a situation awareness solution that utilises different sensor inputs and fuses the information from them together. As outcome the user gets analysed situation overview on what is happening around the vessel.
Through our intelligent Groke Pro solution we aim to provide peace of mind , even in the most challenging conditions.

Sensor Unit

The main component in our system is the sensor unit. The unit is specifically engineered and made for maritime situation awareness use by Groke Technologies. Unit includes integrated sensors such as double GNSS, inertial measurement unit, AIS reciever and most important are the two camera entities, one with 225 degrees field of view with day camera and the other with 180 degrees field of view with thermal camera.

《基于异构信息网络和远程遥控技术的智能船舶航行系统研发》项目通过阶段评估

《基于异构信息网络和远程遥控技术的智能船舶航行系统研发》项目通过阶段评估 – 新闻动态 – 资讯速递 – 南方海洋科学与工程广东省实验室 (sml-zhuhai.cn)

3月23日,为做好广东省重点领域计划项目《基于异构信息网络和远程遥控技术的智能船舶航行系统研发》相关研究工作,我实验室在清华大学中央主楼610会议室召开了该项目阶段评估会。来自上海船舶运输科学研究所、北京大学、上海船舶设计院、HJ研究院、上海海事大学的5名专家,以及南方海洋实验室、清华大学、中国船级社上海规范研究所、珠海云航智能技术有限公司的12名项目参研人员参会。

项目组向与会专家汇报了项目工作进展、阶段性研究成果及经费执行情况,并接受专家组的评估。专家组根据项目任务书等前期材料对项目的阶段性任务和节点指标等方面进行了全面的评估,对项目组的工作给予了肯定和建议,一致认为工作进展总体顺利,达到了任务节点规定的考核指标,并同意该项目通过阶段性评估。

最后,参会人员就项目的研究内容、实验设计、实验结果等方面进行了深入讨论,为项目的下一步工作提供了指导和建议。项目组将在专家组的指导下,继续深入推进项目的研究工作,力争取得更加优异的研究成果。

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阶段评估会现场

喜讯!我实验室再获广东省重点领域研发计划项目 – 新闻动态 – 资讯速递 – 南方海洋科学与工程广东省实验室 (sml-zhuhai.cn)

Orca AI签约为两家美国滚装船东船队部署智能态势感知平台

Orca AI签约为两家美国滚装船东船队部署智能态势感知平台 – 配套商动态 – 国际船舶网 (eworldship.com)

Orca AI签约为两家美国滚装船东船队部署智能态势感知平台

以色列海事技术公司Orca AI日前宣布与美国滚装运营商Liberty Maritime公司和美国American Roll-On Roll-Off Carrier(ARC)公司签署了协议,将在两家公司的船队部署Orca AI公司自动态势感知平台。

据了解,Liberty公司是Orca AI的早期合作船东之一,早在2019年就在一艘悬挂美国国旗的滚装船“Liberty Pride”号部署了首个Orca AI装置。

Orca AI签约为两家美国滚装船东船队部署智能态势感知平台

此次这2家船东安装的Orca AI平台,将发挥全自动值班员的作用,由计算机视觉和深度学习算法提供驱动,能探测、跟踪和区分可能对船舶带来风险的航行适用目标。平台将全天候24小时运行,优先考虑风险,并以用户友好的界面显示出来。办公仪表板也将显示潜在的高风险事件,为岸基运营团队提供见解和建议,帮助提高船队的安全性。

ARC公司运营高级副总裁Fred Finger表示,“我们很高兴将Orca AI添加到我们的桥楼资源工具套件中,这项技术带来了更高水平的态势感知,能帮助我们的桥楼团队进行决策。”

Liberty公司首席运营官Joshua M. Shapiro也指出,“我们正在寻找一种解决方案,使我们的运营团队和船长能在遵守船舶时间表的同时优化船舶安全。我们选择与Orca AI合作,以提高我们的运营安全性,使我们的船队管理团队能更深入了解我们的滚装船在各种航行条件下的性能。”

Orca AI公司首席执行官兼联合创始人Yarden Gross介绍说,“很高兴与Liberty和ARC合作,这是美国两家领先的滚装船运营商和创新公司,他们知道技术是海运业更安全、更高效运营的一个关键推动因素。”

滚装船运营商ARC公司主要为美国政府及机构提供重型车辆、直升机、家用物品、私人车辆和其它设备在各港口之间和端到端之间的海上运输,同时也为发展中国家海运农业和工程设备。

总部位于纽约的Liberty公司则是一家船舶管理公司,其服务包括船舶运营、租赁和维护、工程和技术、船员培训和安置,以及货物装载、处理与卸载等,其滚装船能运输机动车、小汽车和卡车、重型设备和机械以及特种货物。

论无人驾驶船舶背景下《避碰规则》的修改

以下文章来源于世界海运 ,作者阎 涛 朱金善

摘要:随着人工智能、船舶通信导航、船舶设计与建造等技术的迅猛发展,无人驾驶船舶应用于海上运输成为可能,现行的《1972年国际海上避碰规则》( 简称《避碰规则》) 能否适应无人驾驶船舶的发展成为业界和学界关注的热点问题。从《避碰规则》的适用对象及“船舶”的定义出发,分析现行《避碰规则》适用于无人驾驶船舶存在的障碍及其原因。在此基础上提出修改《避碰规则》的建议,包括修改“互见”的定义,将《避碰规则》第二章第三节及第19条的标题均改为“船舶在非互见中的行动规则”,修改第19条中有关款项的内容,同时阐述《避碰规则》中不宜为无人驾驶船舶增设特殊规定的理由。

关键词:避碰规则;无人驾驶船舶;互见;能见度不良

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一、引言



近年来,随着通信与信息、计算机网络、智能控制、船舶设计与建造等技术的迅猛发展,无人驾驶船舶已成为航运业和学界研究的热点。2011年3月现代重工推出了智能1.0型4500标准箱集装箱船,采用了现代重工及韩国电子通信研究院 ( ETRI ) 共同开发的“有线/无线船舶综合管理网通信技术”,标志着世界第一艘智能船舶正式诞生[1]。2016年3月中国船级社 ( CCS ) 编制的《智能船舶规范》正式生效,该规范是首部涵盖了智能船舶从设计、建造到运营的全生命周期的船级社规范,意味着智能船舶及无人驾驶时代的到来[2]。2016年4月芬兰罗尔斯·罗伊斯公司及美国国防高级研究计划局 ( DARPA ) 均向外界宣布了其在无人驾驶船舶方面取得的丰硕成果与未来的研究计划[3]。2017年6月IMO海上安全委员会第98届会议 ( MSC 98 ) 讨论并通过了由英、美等9国共同提交的“海上自主水面船监管范围界定”( MSC 98/20/2 ) 的提案[4],该提案建议将IMO文书分为以下三类:第一类是排除自主船的IMO规则;第二类是不适用于自主船的IMO规则 ( 仅适用于有人船 );第三类是不排除自主船的IMO规则,但可能需要进行修正以便确保自主船的建造和操作是以安全、安保和环保的方式进行的。自动避碰作为无人驾驶船舶关键技术之一,是无人驾驶船舶智能航行功能的核心[2,5],其作用是解决无人驾驶船舶航行期间的自主避碰问题,而《1972年国际海上避碰规则》( 简称《避碰规则》) 是自动避碰的决策依据之一。那么,现行《避碰规则》能否适用无人驾驶船舶?其对会遇局面的界定、避让责任的划分等操作规范能否指导无人驾驶船舶之间以及无人驾驶船舶与有人船舶之间的避碰实践?这些均需就现行《避碰规则》对无人驾驶船舶的适用性问题进行系统、深入的分析,以便为修改现行《避碰规则》、更好地适应无人驾驶船舶时代的到来奠定基础。

二、《避碰规则》的适用对象



现行《避碰规则》第一章 ( 总则 ) 第1条 ( 适用范围 ) 界定了《避碰规则》的适用对象,该条第1款规定:本规则条款适用于公海和连接于公海而可供海船航行的一切水域中的一切船舶。并在第3条第1款对“船舶”给出了明确的定义:“船舶”一词,指用作或能够用作水上运输工具的各类水上船筏,包括非排水船筏、地效船和水上飞机。

由上述定义可知,《避碰规则》中“船舶”一词的外延非常广泛,一切正在用作或能够用作水上运输工具的船筏,不论其种类、大小、形状、结构、推进方式或用途如何,均属于《避碰规则》中“船舶”的范畴。

无人驾驶船舶是智能船舶的高级发展阶段,或者说是智能船舶的终极目标。根据中国船级社2020版《智能船舶规范》中的描述,“智能船舶的功能分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理、智能集成平台、远程控制船舶和自主操作船”,显然,无论是智能船舶,还是无人驾驶船舶,它们间的区别主要在于智能化水平的高低不同,其作为水上运输工具的本质不变。因此,无人驾驶船舶属于《避碰规则》中定义的“船舶”,规则自然也应适用于无人驾驶船舶。

三、现行《避碰规则》适用于无人驾驶船舶存在的障碍



( 一 ) “互见”的概念对无人驾驶船舶的排斥

现行《避碰规则》第一章 ( 总则 ) 第3条 ( 一般定义 ) 第11款规定:只有当一船能自他船以视觉看到时,才应认为两船是在互见中。这里的“视觉”是指视力正常 ( 符合海船船员体检标准 ) 的驾驶人员用肉眼观察的能力;“看到”的标准是白天能看清他船的船首向及号型,夜间能看清他船的号灯。根据这一定义,一船驾驶人员借助雷达、船舶自识别系统 ( AIS ) 或甚高频无线电话 ( VHF ) 等设备了解到他船的避碰信息,均不能视为“互见”。

显然,根据现行《避碰规则》对“互见”的定义,无人驾驶船舶因其没有配备船舶驾驶人员,无法实现“视觉看到”,故无人驾驶船舶之间不存在“互见”。

( 二 ) 船舶间避让责任的划分原则对无人驾驶船舶的排斥

现行《避碰规则》第二章 ( 驾驶和航行规则 ) 是《避碰规则》的核心内容。本章根据船舶之间是否在互见中又分为三节:第一节为船舶在任何能见度情况下的行动规则;第二节为船舶在互见中的行动规则;第三节为船舶在能见度不良时的行动规则。

第一节包括《避碰规则》的第4至第10条,是为避免碰撞而需保持的各种戒备 ( 如保持正规瞭望、保持安全航速、正确判断碰撞危险 )、避碰行动应遵循的一般原则 ( 早、大、宽、清 ),以及为确保船舶航行安全而应遵守的航行规则 ( 狭水道及分道通航制中的航行规则 )。本节条款适用于任何能见度情况,船舶之间无论是否在互见中均适用,因此,不存在对无人驾驶船舶的排斥问题。

第二节包括《避碰规则》的第11至第18条,其中第11条规定“本节条款适用于互见中的船舶”,即《避碰规则》第12至第18条均以两船在互见中为前提,而不论能见度是否良好;第12条界定了两艘帆船间的避让关系;第13至第15条被称为几何制条款,规定了追越、对遇及交叉相遇三种会遇局面的构成条件、避让关系及避让方法;而第18条则是根据船舶操纵性能的等级来确定船舶之间“让路与直航”“不应妨碍与不应被妨碍”的避让关系。如前所述,由于无人驾驶船舶之间不存在《避碰规则》中定义的“互见”,因此也就无法按照现行《避碰规则》第13至第15条以及第18条来确定无人驾驶船舶之间、无人驾驶船舶与有人船舶之间的避让关系。

《避碰规则》第19条单独作为一节,即第三节——船舶在能见度不良时的行动规则。其第1款规定:本条适用于在能见度不良的水域中或在其附近航行时不在互见中的船舶。显然,能见度不良只是本条适用的必要条件,本条适用的充要条件为“由于能见度不良导致两船不在互见中”。尽管根据前述“互见”的定义可知无人驾驶船舶之间无法互见,但就本条的适用条件而言,两艘无人驾驶船舶之间的非互见是由于船舶没有配备驾驶人员,因而无法实“视觉看到”,并非本条第1款所述由于能见度不良导致的非互见。因此,现行《避碰规则》第19条也不适用于无人驾驶船舶,不能依据《避碰规则》第19条确定两艘无人驾驶船舶构成碰撞危险后负有同等的避让责任,并采取相应的行动。

( 三 ) 无人驾驶船舶适用现行《避碰规则》存在障碍的原因

由上文可知,无人驾驶船舶适用现行《避碰规则》存在障碍的主要原因在于:无人驾驶船舶的机器视觉被排除在《避碰规则》中“互见”的概念之外,而两船是否处在“互见”中又是确定船舶间会遇局面及避让责任的前提,故无人驾驶船舶无法适用现行《避碰规则》。

现行《避碰规则》之所以以两船是否“互见”为前提条件来确定船舶间的会遇局面及避让责任,主要是为了沿袭《避碰规则》中的传统做法,维持《避碰规则》的稳定性。因为视觉瞭望一直是最基本、最重要的瞭望手段,尽管雷达及ARPA技术被广泛运用于航海以后,对驾驶人员了解他船的运动参数有很大帮助,但要了解他船的种类及操纵性能还只能依赖肉眼识别 ( 白天看他船的船首向及号型,夜间看他船显示的号灯 )。

在现行《避碰规则》生效之前及之后的相当一段时期,以两船是否在互见中为前提条件来确定船舶间的会遇局面及避让责任应该说有其充分的合理性与可操作性。因为相对于目前的船舶尺度及速度而言,当时的航海可以说一直处在小船、慢速时代,而且基于当时的导航手段,视觉也的确是了解他船种类及操纵性能最基本、最便捷的手段。然而,时至今日船舶已逐步实现了大型化、快速化及智能化,随着通信与信息技术的发展,AIS、ECDIS等设备已广泛应用,驾驶人员获取他船避碰信息的手段有了长足的进步。此时,如继续遵循现行《避碰规则》,互见中操纵性能“笨拙”的超大型船舶可能要给非常灵活的小型船舶让路,能见度不良时不在互见中的操纵能力受到限制的船舶可能与普通机动船 ( 甚至是非常灵活的小型机动船 ) 负有同等避让责任,显然,这有悖于《避碰规则》中等级制条款的精神和原则,也不利于提高避碰行动的效率与效果。因此,修改现行《避碰规则》势在必行。

四、修改现行《避碰规则》的建议



考虑《避碰规则》宏观指导性强、覆盖面广及稳定性强的特点,为了适应无人驾驶船舶及船舶通航环境的变化,对现行《避碰规则》提出以下修改建议。

( 一 ) 修改“互见”的定义

1.对“互见”定义的修改

建议扩展互见的外延,将现行《避碰规则》第一章 ( 总则 ) 第3条 ( 一般定义 ) 第11款“互见”的定义改为:无论采用何种瞭望手段,只要保持正规瞭望的两船能够了解对方的位置、动态及种类等充分的避碰信息,即可认为两船是在互见中。

2.修改说明

( 1 ) 适应无人驾驶船舶与有人船舶长期共存的要求

尽管无人驾驶船舶目前已成为行业热点,但完全有理由相信,在相当长的一段时期内 ( 甚至是“永远”) 无人驾驶船舶不会彻底取代有人驾驶的船舶,无人驾驶船舶与有人驾驶的船舶将会长期共存。因此,“互见”的定义既要适用于有人船舶,又要适用于无人驾驶船舶,还要适用于有人船舶与无人驾驶船舶共存的情况[6,7]。将“互见”的外延由目前仅适用于人工视觉扩展为人工视觉与机器视觉并存,无人驾驶船舶之间或无人驾驶船舶与有人船舶之间就能够共同遵守《避碰规则》第二章第二节船舶在互见中的行动规则。

( 2 ) 适应通信导航技术发展的需要

在雷达、ARPA、AIS及VHF等设备尚未广泛应用于航海之前,获得他船位置、动态及种类等避碰信息只能通过视觉瞭望,而互见是能够有效实现视觉瞭望的前提,因此,现行《避碰规则》第二章中根据两船是否互见来划分船舶间的避让责任与行动规则,适合当时的情况。

近半个世纪以来,随着通信导航技术的迅速发展,尤其是AIS、ECDIS等技术普及之后,各种通信导航设备的综合运用可以获得比视觉瞭望更加详细、具体的避碰信息。因此,有必要扩展现行《避碰规则》中“互见”的外延,使得两船之间无论采取何种瞭望手段,只要保持正规瞭望能够了解对方的位置、动态及种类等充分的避碰信息便可认为处在互见中。有学者曾提出“电子互”( 机器视觉在航海上的应用 ) 的概念[8] ,即是扩展“互见”外延的一种方法。

( 二 ) 将《避碰规则》第二章第三节改为“船舶在非互见中的行动规则”

1.对《避碰规则》第二章第三节的修改

将《避碰规则》第二章第三节及第19条的标题均改为:船舶在非互见中的行动规则。

将《避碰规则》第19条第1款改为:本条适用于在能见度不良水域、海上光污染水域或在其附近航行时不在互见中的船舶。

将《避碰规则》第19条第2款改为:每一船舶应以适合当时能见度不良或海上光污染水域的环境和情况的安全航速行驶,机动船应将机器做好随时操纵的准备。

将《避碰规则》第19条第3款改为:在遵守本章第一节各条时,每一船舶应充分考虑当时能见度不良或海上光污染水域等环境和情况。

2.修改说明

( 1 ) 保留现行《避碰规则》第二章第三节的意义

尽管前文已建议修改《避碰规则》中“互见”的定义,扩展其外延,但由于无人驾驶船舶与有人驾驶的船舶将会长期共存,对于有人驾驶的船舶而言 ( 尤其是设备配置较低的小船、简易船 ),其最基本、最重要的瞭望手段 ( 视觉瞭望 ) 依然可能会受到能见度不良及海上光污染等环境因素的影响,使得距离较近的两船不在互见中,因而无法详细了解他船的种类、操纵性能等避碰信息,故有必要保留现行《避碰规则》第三节,对非互见中的船舶强调其应保持的戒备及采取避让行动时应遵循的基本原则,但其适用范围应加以扩展。

( 2 ) 对《避碰规则》第19条适用范围的扩展

现行《避碰规则》第二章第三节 ( 即第19条 ) 的标题为“船舶在能见度不良时的行动规则”,本节适用的条件为由于能见度不良导致两船不在互见中。然而,随着人类社会工业化与城市化水平的提高,以及人们对海洋资源开发的深入,海上光污染现象越来越严重。海滨城市的夜景灯光、港口夜间的作业照明、灯光捕鱼船的诱鱼灯光以及海上油田的夜间照明等,这些高亮度的背景灯光一方面会影响驾驶人员的视觉绩效,另一方面会降低信号灯的可识别性,不仅会导致本应互见的船舶实际处在非互见中,还会增加无人驾驶船舶机器视觉的识别难度。

虽然能见度不良与海上光污染对船舶号灯可识别性的影响机理迥异,但它们对船舶航行安全的影响结果却相同 ( 均能导致本应互见的两船不在互见中 )。因此,有必要将《避碰规则》第19条的适用范围由“能见度不良”扩展为“船舶在非互见中”。只有这样,才能为在海上光污染水域夜航船舶的避碰提供技术指导,并在发生事故后更加科学地厘清当事船舶的避让责任[9]。

( 三 ) 为无人驾驶船舶增设特殊规定的看法

为使《避碰规则》能够更好地指导无人驾驶船舶的避碰实践,中国航海学会驾驶专业委员会曾多次组织国内专家、学者对如何修订《避碰规则》进行探讨。有学者曾提出有必要在第3条 ( 一般定义 ) 中对无人驾驶船舶进行定义,考虑船舶自主程度的不同;也有学者提出有必要为无人驾驶船舶规定新的号灯号型以及声响和灯光信号,并相应地修订现行《避碰规则》附录一 ( 号灯和号型的位置和技术细节 ) 与附录三 ( 声号器具的技术细节 );还有学者认为有必要为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则,以界定无人驾驶船舶与有人驾驶船舶之间的避让责任与义务。

上述观点中最核心的问题是“有否必要为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则”。本文认为没有必要为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则。原因有二:

首先,为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则,无论是赋予其拥有任何特权 ( 直航或不应被妨碍 ),还是承担更多的避让义务 ( 让路或不应妨碍 ),都将使船舶间避让关系变得更为复杂,不利于航海实践中的避让操作。

其次,为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则不符合《避碰规则》确定船舶间避让责任与义务的基本精神。《避碰规则》划分避让责任与义务的依据主要是船舶间的位置关系 ( 第13—15条,被称为“几何制条款”) 以及船舶操纵性能等级 ( 第18条,被称为“等级制条款”)[10],无人驾驶船舶改变的主要是收集避碰信息及决策避碰行动的手段,并没有改变船舶的操纵性能,因此,不宜为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则。例如,《避碰规则》中增加了“地效船”的定义,并在第18条第6款中赋予其不应妨碍其他所有船舶的责任,正是因为其操纵性能远远优于普通机动船。

既然没有必要为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则,自然也就没必要在《避碰规则》第3条中对无人驾驶船舶进行定义,更没必要为其制定特殊的号灯、号型,以及声响和灯光信号。无人驾驶船舶理应与普通机动船一样遵守相应的驾驶和航行规则,显示普通机动船的号灯号型以及声响和灯光信号。

五、结语



综上,本文的主要观点可总结如下:

( 1 ) 尽管无人驾驶船舶不配备船员,但其作为水上运输工具的本质不变。因此,无人驾驶船舶属于《避碰规则》适用的对象,即属于《避碰规则》中定义的“船舶”。

( 2 ) 无人驾驶船舶被排除在现行《避碰规则》中“互见”的概念之外,而两船是否处在互见中又是确定船舶间会遇局面及避让责任的前提,故现行《避碰规则》不能指导无人驾驶船舶的避碰实践。

( 3 ) 扩展互见的外延既是适应航海技术飞速发展的需要,又是适应无人驾驶船舶与有人船舶长期共存的必然要求。

( 4 ) 将《避碰规则》第二章第三节改为“船舶在非互见中的行动规则”,既考虑了无人驾驶船舶与有人船舶长期共存的问题,又能够体现《避碰规则》随着科技进步及船舶通航环境变化而与时俱进。

( 5 ) 无人驾驶船舶改变的主要是收集避碰信息及决策避碰行动的手段,并没有改变船舶的操纵性能,因此,不宜为无人驾驶船舶制定特殊的驾驶和航行规则,以及特殊的信号规则。

参考文献:

[1] 龚瑞良,吉雨冠.智能船舶技术和无人驾驶技术研究[J].船舶,2016(5):82-87.

[2] 严新平,褚端峰,刘佳仑,等.智能交通发展的现状、挑战与展望[J].交通运输研究,2021(6):2-10.

[3] JOKIOINEN E. Remote and autonomous ships: the next steps[R].London: AAWA,2016.

[4] Maritime Autonomous Surface Ships Proposal for a regulatory scoping exercise[EB/OL].(2017-02-27)[2022-10-07]. http://www.imo.org/en/MediaCentre/MeetingSummaries/MSC/Pages/Default.aspx.

[5] 高宗江,张英俊,孙培廷,等.无人驾驶船舶研究综述[J].大连海事大学学报,2017(2):1-7.

[6] 张铎.新技术条件下避碰规则修正建议[J].世界海运,2020(9):1-4.

[7] PRITCHETT P W.Ghost ships:why the law should embrace unmanned vessel technology[J].Tulane Maritime Law Journal,2015,40(1):197-226.

[8] 东昉,刘正江.数字航海[M].大连:大连海事大学出版社,2010.

[9] 朱金善,孙立成,戴冉,等. 海上光污染及对现行《国际海上避碰规则》的修改意见[J].中国航海,2006(2):29-33.

[10] 吴兆麟,赵月林.船舶避碰与值班[M].大连:大连海事大学出版社,2014.



作者简介:

阎涛,深圳港引航站,高级引航员。

朱金善,大连海事大学航海学院,教授,船长,工学博士。

船舶自动靠离泊系统设计与关键技术

公众号:中国船检

船舶自动靠离泊系统设计与关键技术 (qq.com)

目前,全球范围的智能、自主船舶研究与开发处于快速增长的阶段,中国、日本、韩国、美国、荷兰、挪威、意大利、英国、芬兰、法国、德国、澳大利亚等国家及技术开发商等展开大量研究,目标攻破关键技术,夺取标准制定权,抢占智能船舶、自主化船舶市场。目前我国内河船舶运输量稳步增长,但内河航运存在船舶老旧、自动化程度低、船员短缺、素质较低等问题,据统计,70%的船舶事故与驾驶人员在靠离泊过程中的不良船艺有关,这些事故不仅会导致巨大的经济损失,也会造成严重的人员伤亡和环境污染。靠离泊作业过程中,一方面由于低速、浅水、岸壁效应的影响,船舶航行稳定性、操纵响应性变差;另一方面,外界风、流尺度与船舶航行速度处于同一量级,此时船舶水动力表现出强非线性,更易受到外界干扰影响;此外,内河货船的靠离泊作业需要借助桨、舵、侧推器、拖轮等装置的协助实现船舶的掉头、转向、横移、停船等操作,船舶的操控相对复杂,稳定控制难度大,安全风险高。为解决内河货船靠泊过程中出现的问题,降低作业风险,亟待开发一种面向内河货船的新型、安全、高效的靠泊作业技术及方法。船舶自动靠泊技术应用现状近年来,国际海事组织和各大船级社相继提出了关于自动靠离泊技术的规范和要求,日本、韩国和欧洲相关企业和机构均在开展靠离泊系统的研究和试验,并取得了大量的研究成果。2018年,日本国土交通省(MLIT)通过汐路丸(Shioji Maru)号训练研究船,演示自主航行以及自动靠离泊技术,并计划在2025年实现项目的实际应用。2022年,日本商船三井使用沿海集装箱船Mikage进行靠离泊航行测试,使用无人机代替船员,完全实现整个靠泊、系泊过程的自动化,该项目在提高靠离泊过程的安全性、减少船员劳动力需求和降低成本等问题上有显著成果。2020年,韩国智能水面船项目(KASS)联合KRISO、KAIST、韩国海事海洋大学等科技公司及科研院所,计划开展包含辅助/自动靠泊系统及其原型机在内的智能船舶技术研究,目前已取得相当的研究成果。

▲ 图1 日本汐路丸(Shioji Maru)号训练研究船自动靠泊  图源/日本MarEx网

▲ 图2 韩国智能水面船项目KASS辅助靠离泊  图源/韩国KASS网2018年,芬兰瓦锡兰科技服务公司依托其Dock-to-Dock智能靠泊项目成果,完成了“Folgefonn”的渡轮在3个港口间的自主航行与自动靠离泊。2018年12月,罗尔斯罗伊斯公司和芬兰国有渡轮运营商Finferries在芬兰图尔库市南部群岛成功展示了世界上第一艘全自动渡船,采用多源传感器及人工智能技术实现船舶航行状态及航行环境感知,利用自动导航系统实现船舶靠离码头时的航线、航速控制,无需人工干预即可完成自动靠离泊。2021年,挪威Kongsberg与Yara公司合作打造的“YARA Birkeland”号集装箱船在挪威南部进行了12海里的短途自主航行,在Macgregor智能系泊系统协助下,初步实现无人船的靠离泊技术应用。2021年瑞典Volvo Penta公司展示了其靠离泊辅助系统中的动态变量补偿技术及航向保持功能,该靠离泊辅助系统的应用时业界首个全集成辅助靠离泊系统的商业应用。

▲ 图3 芬兰瓦锡兰Dock-to-Dock智能靠泊项目  图源/瓦锡兰集团

▲ 图4 瑞典Volvo Penta辅助靠离泊系统  图源/VOLVO PENTA官网2019年我国无人驾驶自主航行系统试验船“智腾”号正式下水,该船舶具备自主航行控制、自主靠离泊等功能。2021年,由交通运输部水运科学研究院作为技术牵头单位负责的300TEU集装箱商船“智飞”号在青岛开展海上测试,该船是我国首艘具有智能航行能力、面向商业运营的运输货船,也是目前在建的全球吨位最大的智能航行船舶。2021年,舟山引航站、浙江移动舟山分公司与中化兴中石油转运(舟山)有限公司共同打造了“基于5G+MEC大型船舶智慧引航项目”,以大型船舶智慧靠离泊为切入点,搭建统一海上服务平台提供船舶靠离泊、航行、锚泊、监控辅助等功能。

▲ 图5 中国“智腾”号试验船  图源/广东造船

▲图6中国“智飞”号300TEU智能集装箱船  图源/人民网

▲ 图7 中国舟山引航站、浙江移动舟山分公司与中化兴中石油转运(舟山)有限公司“基于5G+MEC大型船舶智慧引航项目”   图源/舟山港航口岸综上,国外关于船舶自动靠离泊的研究起步较早,在辅助/自动靠离泊技术及系统方面做了大量理论研究,并实现了部分实船测试与应用,一定程度上推动了自动靠离泊技术的发展,具有一定的商业价值。相比之下,国内在靠离泊技术方面的研究大部分高等院校和企业处于理论研究阶段,以小型渡轮、拖轮、试验船、训练船等为载体开展了应用探索与功能测试,还未经实船验证。船舶自动靠泊系统设计综合船舶驱动能力、人-船-岸安全因素以及经济因素,当前法规及码头规范中允许船长在120米以下的中小型非危险品船如集装箱船、滚装船、散货船、客等无需申请领航,依靠本船能力完成自引自靠及系泊作业。据统计,中小型船舶的整个靠泊、系泊过程需要的时间平均为45分钟,在泊位环境、气象水文条件较差时,整个过程持续的时间将会更长。此外,在靠泊时,由于主机不停止工作,螺旋桨不断旋转,长此以往,很可能导致河床土壤松动,增加泊位基底损坏的风险,一方面带来极高的安全隐患,另一方面,在对泊位进行维护时,由于码头或泊位不能用于船舶停靠,也将为码头公司带来巨大的经济损失。安全保障方面,传统的缆绳系泊方式下,运送系缆绳以及稳固系缆绳的工作人员处于船只与码头/岸基设备之间,这存在很大的安全隐患。此外,对于系泊的小型船只,当周围系泊的大型船只突然启动主机时,这些小船可能会发生碰撞/挤压事故,与此同时,系缆小船的缆绳可能会突然绷断,强大的反作用力可能会对在场的工作人员造成严重的伤害;花费分配方面,船舶自主靠/系泊时产生的费用主要分配在岸端系缆工作人员聘用,运送系缆绳小型船舶租赁,主机常开状态下燃料消耗等方面。随着科学技术的发展,新型的船舶驱动方式的出现有效地提高了船舶的操纵性及稳定性,自动化、无人驾驶、无人化控制技术的发展促成了无人船、智能船、无缆系泊装置、智能码头的出现,有效保证了船舶靠系泊过程的安全性及经济型,物联网技术有效保证了信息传递的及时性及准确性。但这些技术当前均以单一个体为对象,而船舶的靠系泊过程一个复杂的多对象参与的过程,是靠系船舶、航经船舶、码头之间不断交互的过程,建立一个智能船自主靠系泊船岸协同一体化系统既是技术发展的趋势,也是以绿色、安全、快速、经济为目标的新一代水路交通系统的必要发展需求。模块化系统具有技术架构清晰、维护成本低、功能界限明确等优点,对于作业流程复杂、参与对象多、控制精度高、安全要求严格的船舶靠离泊作业,构建模块化的船舶自动靠泊系统,是值得发展与推广的。总地来说,船舶自动靠泊系统可以分为三个模块:船端感知及控制模块,岸基设备感知及控制模块,以及数据交互模块。其中,船端感知及控制模块主要负责环境、本船及他船航行状态感知,船舶靠泊作业决策与航迹、航向、航速规划,船舶低频运动控制等功能;岸基设备感知及控制模块则主要针对岸基无缆系泊设备实现对设备自身、系泊船舶状态以及设备压力等的感知、设备运动及吸附力控制等功能;数据交互模块主要以数据库的形式,在两个控制模块之间进行数据存储及交换,从而实现信息的同步,提高感知精度及控制精度,降低船舶运动及设备控制风险,系统示意图如图所示:

图8 船舶自动靠泊系统船舶自动靠泊系统关键技术靠离泊运动是船舶运输营运最后一公里的关键问题,建立模块化、系统化的船舶自动靠泊系统,能够减少船舶靠离泊过程中人员劳动强度、提高作业效率和安全性,具有迫切的现实需求和重要的理论意义,其关键技术主要包含船舶低速运动建模技术、船舶低频运动控制技术、船-岸协同感知技术、智能无缆系泊技术等。1.低速运动建模技术船舶的靠离泊运动,例如紧急制动、横向移动、短时间进车、掉头等为典型的低速域运动]。低速域下,船舶前进速度接近于零,船舶横向速度和转艏角速度与前进速度处于同一量级,且涵盖0—180°的漂角范围,船舶水动力非线性强;富余水深小,浅水及岸壁效应明显,风、流等外部干扰不可忽略;船速低、桨转速小、没有舵效,需要借助侧推器、拖轮、锚缆等操纵设备控制船舶的横移与转向。当前对船舶运动模型的研究主要围绕常速域下船舶的操纵运动,对于低速域下船舶的操纵性研究较少;此外,船舶操纵性的研究主要采用经验公式法、试验法以及计算流体力学方法,基于回归分析的经验公式法依赖数据广度,试验法研究周期长、推广性差,目前常采用计算流体力学方法对船舶水动力、流场发展进行研究。构建船舶靠离泊作业条件下的操纵运动模型,是船舶运动控制的理论支撑,是实现船舶自动靠离泊作业的理论基础。2.低频运动控制技术船舶的靠离泊运动控制不是一个独立的控制任务,而是同时包含了作业决策、目标规划以及低频运动控制。根据靠泊船舶自身船型、载重、推进性能,以及泊位水流、气象等情况,船舶的安全靠离泊作业往往采用顶流入泊(直接入泊、掉头入泊)和平行入泊的方式完成靠泊;目标规划则是以入泊方式为基础的,根据作业需要,目标规划往往包含轨迹规划、航向规划、航速规划等。船舶的靠离泊作业对船舶位置、艏向角、速度控制精度要求高,传统控制方法难以保证船舶在期望位置和姿态同时镇定,此外,传统船舶由于硬件限制,无法实现推进系统及转舵系统的高频无级控制。为此,国内外学者结合船舶路径规划算法,不依赖准确的船舶运动模型设计船舶的自动靠泊控制系统,例如模型预测控制、人工神经网络、模糊逻辑控制、数据驱动控制、滑模控制、A*路径追踪、自抗扰控制等自适应控制算法,这些方法往往依赖算法本身的鲁棒性,而忽略了船舶运动模型的准确性,缺乏船舶水动力机理支撑。开展基于船舶运动模型的船舶低速运动控制研究,是实现船舶自动靠离泊的技术基础。3.船岸协同感知技术船舶的靠泊控制主要步骤为:(1)改变航向,(2)逐级降速,(3)主机停转,依靠余速入泊。根据自动靠泊控制思路及控制手段,自动靠泊流程可以描述为:①船舶由港区移动至泊位附近的A点,②船舶以低速由临近泊位处的A点移动至泊位处的目标点B点,并同时考虑避让静态和动态障碍物。对于船舶自动靠泊系统,靠泊船舶与岸端设备之间的协同感知与交互更是安全系泊的基础。可见,协同感知技术是船舶靠离泊控制的主要辅助手段,船舶的自动靠泊控制是以协同感知技术为保障的。当前船-岸靠系泊感知设备及算法存在传感器视角受限、先验信息缺失、多源信息冗余、数据匹配与信息同步复杂等问题。针对船舶靠泊、系泊场景,基于船-岸视觉、激光雷达、超声波雷达等传感器和多网融合技术,进行多源信息融合与补偿以及信息交互,重构符合人-机工程的船舶靠系泊作业环境信息与船舶运动及姿态信息,是当前实现船-岸协同感知的主要手段与发展方向。突破面向船舶靠系泊的船岸协同感知技术,是实现船舶自动靠离泊的安全保障。4.智能无缆系泊技术传统的船舶系泊方式依靠带缆工人或带缆艇将钢丝等高强度缆绳与系缆桩联结,进而将船舶固定于泊位。这种方法作业强度大、风险高、效率低,作业难度大,存在脱缆、断缆等安全隐患。随着船舶大型化、专业化的发展,传统系泊方法面临的挑战日益增大,无缆系泊方法得到有效发展。当前,无缆系泊主要分为磁吸式系泊及真空式系泊,其中,磁吸式系泊装置结构简单、空间占用率低、工作效率高等优点,但由于有害磁场对船载设备的影响,目前其发展受到一定限制。真空式系泊方式利用真空和液压技术实现无缆系泊,该方法绿色、高效、适应性强、耐用度高,目前应用程度较高。研发基于船舶感知、压力感知及动态监测的智能无缆系泊技术,是安全实现船舶自动靠泊的最后一环。在新一轮产业变革及严峻的国际局势挑战下,为响应国家建设交通强国、海洋强国、制造强国的重要战略部署,紧随当前智能船舶发展技术潮流,顺应内河港口发展需求,作为船舶整个运输营运过程始终阶段的船舶靠离泊作业,是当下智能船舶领域的研究重点与攻克方向。为避免由于港口及泊位环境差、船岸基础设施弱、船舶自动化程度低、操纵性差等客观因素,以及人员素质低、经验不足等主观因素导致的内河船舶靠泊作业风险高、效率低、环境污染严重等问题,开展面向内河船舶自动靠泊的低速运动建模技术、低频运动控制技术、船岸协同感知技术、智能无缆系泊技术等内河船舶自动靠离泊技术研究刻不容缓。加强制造业、航运业、船级社、高校与科研院所的融合,形成产、学、研、用、检等各机构的互动、互通、互联,在全链路深耕细作,突破行业壁垒,助力我国在智能航运业、智能制造业等领域夺取船舶智能设备、智能控制标准制定权,抢占智能船舶、自主化船舶市场。作者:张松 刘佳仑 李诗杰  叶珺

DNV D-INF 船级符号支持高效和标准化的船岸数据应用

https://www.xindemarinenews.com/topic/yazaishuiguanli/39217.html

DNV最近发布的D-INF(数据采集基础设施及船岸互连)船级符号作为强大的质量验证手段,分别在中国远洋海运集团,康士伯集团和三星重工业株式会社各自开发的三个数字基础设施解决方案的审核认证中展示了其独特价值。

海运业的数字化将从根本上提升船舶的运营效率、安全性和环境绩效,但目前正以分散的方式推进着,在数据基础设施为符合全球标准应达到的可靠性和数据质量方面缺乏跨行业的一致性。

随着船舶变得越来越智能、传感器越来越多,船载集中式服务器通常从不同类型数据基础设施的组件和系统中收集数据。缺乏标准化意味着数据无法以统一的方式聚合,导致对数据传输和安全性协议缺乏信任。

DNV的D-INF船级符号通过列出对完整数据收集基础设施的要求(包括船载数据服务器,数据中继组件和远程数据服务器)来解决数据采集与船岸互联的关键挑战,涵盖完整的船到岸通信框架。

”新冠大流行以及行业脱碳转型大力推动了海事业的复兴,因为我们看到数字解决方案被更多和更深入地应用到确保安全,可持续和高效的运营中,”DNV 海事首席执行官柯努特(Knut Ørbeck-Nilssen)说。

”最大限度地发挥这些数字技术和转型发展的关键,是确保企业能够更轻松地建立对它们的信任。其中一个解决方案是采用我们的D-INF船级符号,这是标准化基础设施和有效数字化转型中的关键要素。非常感谢中远海运、康士伯和三星重工选择DNV作为其数字化转型之旅的合作伙伴。“

“通过D-INF船级符号,对船上采集的数据提供信任的保障,即这些数据是经受信赖的通道和流程采集传输的实际营运数据。这对于船东在价值链利益相关方之间建立信任是至关重要的,这些相关方包括船级社和主管机关、保险提供商、金融机构、货主和租家等。“DNV网络安防及安保负责人Jarle Coll Blomhoff说。

DNV已针对中远海运、三星重工以及康士伯为各自数字化解决方案开发的数据基础设施完成并授予了基于D-INF船级符号的原理性审核(AiP),这也是接下来进一步最终完成型式认可的重要一步。其中,中远海运D-INF(S)合作项目是其与DNV一个更广泛数字化合作项目的一部分,该项目旨在开发一个岸基智能船舶数据管理中心,以汇聚来自其庞大船队的数据。三星重工D-INF(S)合作项目侧重于其SVESSEL BIG系统的基础设施和数据流管理,而康士伯D-INF(P)合作项目重点评估审核了其Vessel Insight解决方案的数据基础设施,以为客户提供更好的增值数字服务。

“作为运营方,获取有关单船和各个系统,以及船队的最新数据对于我们的运营效率和安全性至关重要。这些数据是一种宝贵而谨慎的资产,可用于提升整个供应链的物流效率。我们相信,自2019年以来一直与DNV密切合作开发的中远海运DMC数据管理中心将是实现这一目标的关键,我们需要确保获得标准化高质量数据才能实现这一目标。“中国远洋海运集团上海船舶运输科学研究所副总工程师董国祥说。

“我们很高兴成为从DNV获得符合最新ISO标准的数据基础设施AiP认证的第一家韩国造船厂。标准化为提升船舶运营方的运营效率和灵活性奠定了基础,同时增强了我们在数字化市场的竞争力。” 三星重工高级执行副总裁,销售部长Oh Sung-Il说。

“从船舶收集数据的最重要方面是维持和保护船舶运营的完整性。这就是为什么我们在网络安全以及船级社验证和认可方面投入了大量资金。由于是同类产品中DNV授予的第一个D-INF(P)型式认可证书,我们非常自豪能够引领潮流并获得该证书,这证明我们的产品具有最高质量水平,可以得到现有和潜在客户及合作伙伴的信任。“康士伯Digital Ocean副总裁Sondre Mortensvik说。

Blomhoff补充说:“D-INF是推动行业向数据交换分享最佳实践发展的第一步。与全球产业链中船厂、船东/营运方和设备厂商这三个重要利益相关方的代表性企业分别开展试点合作有着非常重要的意义,也为航运业的数字化转型从不同产业链利益相关方的业务维度设立了合作的标杆。“

DNV大力推动数字化船级社建设,为全球客户提供领先的数字化基础设施D-INF认证支持以赋能业界高效的数字化智能转型。利用并受益于不断推出的基于数字和智能验证服务带来的便利性将首先取决于采集并提供可信赖数据的能力。搭载经D-INF认证的数字化基础设施也意味着船东在订购新造船时已确保交付运营后智能系统和设备具备高质量标准化的数字化互联及数据采集传输能力。

“通过一个通用数据基础设施进行数据采集和传输是向前迈出的重要一步,特别是在管理大型船队的情况下。此外,只需针对通用数据基础设施进行一次验证,从而允许与营运中许多不同的数据应用场景下所有利益相关方和相关系统共享来自多个来源的数据。这也将极大地促进数据分析和营运价值挖掘的不断发展,从而增强船舶的智能化运维管理和性能水平。“Blomhoff说。

该船级符号可根据采用的数据标准不同,区分为专有的D-INF(P)或标准化的D-INF(S)两种不同解决方案进行评估认证,从而为客户提供了额外的灵活性,以确保覆盖更广泛的现有和未来船到岸解决方案。

MOOS-IvP Autonomy Project

http://moos-ivp.org

MOOS-IvP is a set of open source C++ modules for providing autonomy on robotic platforms, in particular autonomous marine vehicles.

The Core autonomy codebase primarily consists of the helm and core libraries comprising the helm. This includes the geometry and behavior libraries. Also included in this group the COLREGS behavior which includes several supporting libraries. The obstacle manager and contact manager are also in this group.

Autonomy >>>>> Collision Avoidance

增加一个新的分类“水翼”

随着材料技术的成熟,船用水翼技术最近几年取得了长足的进步。与全新的能源技术相结合,将在娱乐、运输等领域开拓出广阔的应用领域和市场。贴3个链接,供参考。

  • https://www.artemistechnologies.co.uk/efoiler/
  • https://www.boundarylayer.tech/electra
  • https://candela.com/