海洋智能无人系统技术：引领无人驾驶船舶和自主航运发展

与传统的载人船舶相比，无人驾驶船舶的概念在船舶设计和建造方面提供了潜在的优势，并降低了燃料、劳动力和环境足迹等运营成本。最近对开发这种系统有很大的兴趣。应用范围包括短途货运、长途货运和渡轮。在目前的发展状况下，仍然被认为是一项需要人类操作员负责和指挥无人驾驶船舶。这通常会对船舶和岸上操作中心之间的通信链路做出很高的要求，在那里，除了安全操纵、态势感知和容错外，海盗也是一个需要关注的问题。

水面载具的自主运行要求制导、导航和控制具有高可靠性、容错性和安全性。它实时感知船舶周围环境，以避免搁浅和与其他船舶、人、海洋哺乳动物或可能遇到的其他障碍的碰撞。为了能够探测到大范围的潜在障碍物，并提供自动避碰和态势感知，可以使用雷达、激光雷达（light detection and ranging，LIDAR）等机载传感器和摄像机对船舶环境进行扫描。

电子导航全球策略旨在通过协调海上导航系统和支持岸上服务，满足目前和未来用户的需求。未来用户的需求还必须集中于自主操作，以及载人船舶如何与无人驾驶船舶交互，以及无人驾驶船舶的交通中心的作用。法规和标准化也是令人关注的问题。国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）将电子导航定义为以电子方式协调收集、整合、交换、展示和分析船上和岸上的海洋信息，以加强泊位对泊位的导航和相关服务，以保障海上安全和保护海洋环境。2014年11月，《电子导航战略实施计划》会话初始协议（Session Initiation Protocol，SIP）获批，其范围之一涉及海上作业的有效和稳健的通信方法。

船舶避碰规则由国际海事组织《国际海上避碰规则》（Interational Regulations for Preventing Collisionsat Sea，COLREGS）规定。虽然COLREGS是为由船员操作的船舶设计的，但它们的关键元素也适用于自动避碰系统，无论是作为船员的决策支持系统，还是在自主或远程操作的无人驾驶船舶中。在自主系统实现中，COLREGS隐含地要求传感器系统必须提供一些必要的信息，以及在危险情况下应该采取正确的行动。船舶（特别是自治船舶）预计将携带一种AIS，即广域无线电信号，包含船舶的位置、速度和其他信息，可以被其他船舶和当局接收。COLREGS还要求光和声信号通信，人们可能期望在未来通过无线电广播协议来扩展，以支持自主驾驶和无人驾驶的船舶操作。(www.xing528.com)

今天的载人飞船有400到几千个传感器，它们以某种方式报告数据或用于行动。当船舶实现自治时，传感器的数量不会减少，而且有必要向岸上的控制中心报告一些数据，以便控制船舶的状态。劳斯莱斯宣布，他们将开始开发一个用于舰队管理的远程控制中心，也用于无人驾驶船只的操作。远程控制和自治是优先考虑的。这对通信基础设施以及船舶与岸上中心之间交换的数据的安全性和完整性提出了很高的要求。

自2015年以来，劳斯莱斯领导了一个名为“先进自主水载应用计划”（Advanced Autonomous Water Application，AAWA）的行业和学术界联合研究项目，提出了一个无人驾驶船队的概念，由岸上控制中心的有限船员控制。这一概念包括未来桥梁的设想，配备最先进的自动化技术，据信到2025年将成为现代舰船的一部分。目前，芬兰计划使用一艘65 m长的双头渡轮Stella进行一系列测试（图22.3）。这些测试将回答一个问题，即如何将现有的通信技术与无人驾驶载具的使用结合起来，实现船舶的自动控制。MUNIN海事无人驾驶导航系统也提出了类似的自主船只的概念，该系统主要由一个自动化的船上决策系统引导，并从岸上控制船只。