·58 智能系统学报 第14卷 事自主水面船的概念：海事自主水面船被定义为 在其无人自主驾驶货船项目研究中指出，如果采 能在不同程度上可以独立于与人类交互作用独立 用自主驾驶技术，一艘货船的运行效率将有望提 运行的船舶四。同时，会议将“关于使用海事自主 高，同时碳排放减少。因此，基于以上提高船舶 水面船舶的监管范围界定工作”列入议程。建议 安全性、节能减排、劳动力成本下降的需求，发展 航运界、相关科研院所尽早投入海上自主船的相 自主水面货船对于航运业及国家的发展有重要 关研究，研发不同级别智能化或自动化的船舶。首 意义。 先在港区作业、短程干货运输、小型特种作业船 舶实现半自动化甚至全自动化操作，再考虑远程 1水路运载工具的发展及分类 货物运输的自动化。本文将基于海事自主水面 水路运载工具目前正在从传统机械向半自动 船舶，聚焦其中运输用途的自主水面货船进行概述。 化再到全自动化无人驾驶发展。海事自主水面船 与自主水面货船研究相关的是小型无人水面 舶(maritime autonomous surface ships,MASS)将分 船。无人水面船是智能船舶的高级形式。根据海 阶段实现，在实现“无人操作”之前，具有远程控 军无人水面船总体规划，“无人”被定义为“能够 制或具有部分自主功能的载人船将被长期广泛使 无人操作，也可以载人或测试及评估，具有不同 用。综合水路载运工具的发展过程，提出如图1 程度的自主性”。“水面船舶强调船舶与水面有 所示的水路运载工具发展及分类。 接近且连续的接触。小型无人水面船又称为无人 1.1常规船舶 艇。根据中国船级社无人水面艇检验指南，无 当前绝大多数船舶都属于常规船只，无自动 人艇是无人水面艇的简称，系指一种直接通过自 化，无决策过程，由驾驶人全权操作船舶，系统可 主航行或远程遥控以实现正常航行、操纵及作业 提供驾驶所需的基本信息。 的水面小艇。无人艇可通过搭载各种任务载荷执 1.2智能船舶 行指定任务。无人艇系统包括平台、任务载荷、 通过使用智能传感器监测和控制船舶部件， 通信系统和操作系统。 例如推进和操纵系统，能够实现整船信息感知和 当前无人水面船以无人水面艇的研究为主， 整合，使其具有基于机器学习技术的决策能力。 用于安防、调查、科考等领域。自主水面货船为 可以逐步替代人类角色（减少船员），如系统检测 未来无人航运发展的重要载体，主要负责装载货 和结构疲劳监测。在智能船舶阶段中逐步进行以 物，在海洋上航行，到达目的地港口后卸载货物， 下发展。 再装上新的货物，并前往下一个港口。“货物”是 1)增强驾驶 指船舶运输的所有物品，包括船舶燃料、固体或 通过使用传感器等设备，辅助船员提高感知 液体压载物、船上使用的消耗品、船舶的永久性 和认知能力。给船员提供航行状态及环境等信 装备及备用装备。 息，但并不负责做出决策，仍采用常规人工驾驶， 大量研究表明，人为因素是船舶安全事故发 不减员。系统根据环境信息增强感知能力。人与 生的主要原因，由此导致的事故占总事故的86%~ 系统工作负荷比约为9：1。 96%。船舶一旦发生安全事故，将会造成人员伤 2)辅助驾驶 亡、危险品泄露、交通中断等严重后果，产生不良 采用常规人工驾驶，可以少量减员。系统执 的经济和社会影响，如“东方之星”及“岁月号”沉 行部分如自动加减速驾驶等，可提供简单决策方 船事件。其次，为控制二氧化碳等温室气体的排 案。人与系统工作负荷比约为7：3。 放，国际海事组织建立的全球碳排放交易机制和 3)船端人船协同 船舶能效设计指数(energy efficiency design index, 采用系统驾驶，可适当减员。系统可提供决 EED)正在有序推进，航运业减少温室气体排放 策或控制的引导信息。人与系统工作负荷比约 成为必然的趋势。 为5：5。 随着船舶智能化水平的不断提升，机舱值班 4)岸端人船协同 无人化、辅助驾驶技术、故障自诊断技术的发展 采用系统驾驶，大量减员。系统完成所有驾 使船舶配员逐渐较少，不仅能够解决海上专业人 驶操作及环境监控，提供航行、避障场景自主决 才越来越短缺的困局，同时无需设置船员生活 策。根据系统请求，船长需提供适当干预。人与 区，节省了空间、成本，降低了环境污染。全球最 系统工作负荷比约为3：7。 大船舶设备供应商之一的英国Rolls-Royce公司 5)自主船舶事自主水面船的概念：海事自主水面船被定义为 能在不同程度上可以独立于与人类交互作用独立 运行的船舶[1]。同时，会议将“关于使用海事自主 水面船舶的监管范围界定工作”列入议程。建议 航运界、相关科研院所尽早投入海上自主船的相 关研究，研发不同级别智能化或自动化的船舶。首 先在港区作业、短程干货运输、小型特种作业船 舶实现半自动化甚至全自动化操作，再考虑远程 货物运输的自动化[2]。本文将基于海事自主水面 船舶，聚焦其中运输用途的自主水面货船进行概述。 与自主水面货船研究相关的是小型无人水面 船。无人水面船是智能船舶的高级形式。根据海 军无人水面船总体规划[3] ，“无人”被定义为“能够 无人操作，也可以载人或测试及评估，具有不同 程度的自主性”。“水面船舶”强调船舶与水面有 接近且连续的接触。小型无人水面船又称为无人 艇。根据中国船级社无人水面艇检验指南[4] ，无 人艇是无人水面艇的简称，系指一种直接通过自 主航行或远程遥控以实现正常航行、操纵及作业 的水面小艇。无人艇可通过搭载各种任务载荷执 行指定任务。无人艇系统包括平台、任务载荷、 通信系统和操作系统。 当前无人水面船以无人水面艇的研究为主， 用于安防、调查、科考等领域。自主水面货船为 未来无人航运发展的重要载体，主要负责装载货 物，在海洋上航行，到达目的地港口后卸载货物， 再装上新的货物，并前往下一个港口。“货物”是 指船舶运输的所有物品，包括船舶燃料、固体或 液体压载物、船上使用的消耗品、船舶的永久性 装备及备用装备。 大量研究表明，人为因素是船舶安全事故发 生的主要原因，由此导致的事故占总事故的 86%~ 96%[5]。船舶一旦发生安全事故，将会造成人员伤 亡、危险品泄露、交通中断等严重后果，产生不良 的经济和社会影响，如“东方之星”及“岁月号”沉 船事件。其次，为控制二氧化碳等温室气体的排 放，国际海事组织建立的全球碳排放交易机制和 船舶能效设计指数 (energy efficiency design index， EEDI) 正在有序推进，航运业减少温室气体排放 成为必然的趋势。 随着船舶智能化水平的不断提升，机舱值班 无人化、辅助驾驶技术、故障自诊断技术的发展 使船舶配员逐渐较少，不仅能够解决海上专业人 才越来越短缺的困局，同时无需设置船员生活 区，节省了空间、成本，降低了环境污染。全球最 大船舶设备供应商之一的英国 Rolls-Royce 公司 在其无人自主驾驶货船项目研究中指出，如果采 用自主驾驶技术，一艘货船的运行效率将有望提 高，同时碳排放减少。因此，基于以上提高船舶 安全性、节能减排、劳动力成本下降的需求，发展 自主水面货船对于航运业及国家的发展有重要 意义。 1 水路运载工具的发展及分类 水路运载工具目前正在从传统机械向半自动 化再到全自动化无人驾驶发展。海事自主水面船 舶 (maritime autonomous surface ships，MASS) 将分 阶段实现，在实现“无人操作”之前，具有远程控 制或具有部分自主功能的载人船将被长期广泛使 用。综合水路载运工具的发展过程，提出如图 1 所示的水路运载工具发展及分类。 1.1 常规船舶 当前绝大多数船舶都属于常规船只，无自动 化，无决策过程，由驾驶人全权操作船舶，系统可 提供驾驶所需的基本信息。 1.2 智能船舶 通过使用智能传感器监测和控制船舶部件， 例如推进和操纵系统，能够实现整船信息感知和 整合，使其具有基于机器学习技术的决策能力。 可以逐步替代人类角色 (减少船员)，如系统检测 和结构疲劳监测。在智能船舶阶段中逐步进行以 下发展。 1) 增强驾驶 通过使用传感器等设备，辅助船员提高感知 和认知能力。给船员提供航行状态及环境等信 息，但并不负责做出决策，仍采用常规人工驾驶， 不减员。系统根据环境信息增强感知能力。人与 系统工作负荷比约为 9∶1。 2) 辅助驾驶 采用常规人工驾驶，可以少量减员。系统执 行部分如自动加减速驾驶等，可提供简单决策方 案。人与系统工作负荷比约为 7∶3。 3) 船端人船协同 采用系统驾驶，可适当减员。系统可提供决 策或控制的引导信息。人与系统工作负荷比约 为 5∶5。 4) 岸端人船协同 采用系统驾驶，大量减员。系统完成所有驾 驶操作及环境监控，提供航行、避障场景自主决 策。根据系统请求，船长需提供适当干预。人与 系统工作负荷比约为 3∶7。 5) 自主船舶 ·58· 智 能 系 统 学 报 第 14 卷