自主船舶技術要求與風險研究

尉子璇,鮑君忠,鄧志鵬

（1．浙江數智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；2．大連海事大學航海學院，遼寧大連 116026）

近年來，海上水面船舶自主化發展趨勢受到相關國際組織的關注。國內外對船舶自主化的技術研究內容涉及自主規劃、自主航行、自主環境感知能力等多方面。船舶自主化是國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）以及其他非政府組織重要關注的發展方向，IMO 于2017年決定在2018～2019雙年工作計劃中增加關于“海上自主水面船舶(Maritime Autonomous Surface Ships,MASS)的法規梳理”的工作任務和相關議程，并制定相關公約規范以解決海上水面自主航行船舶的安全、安保、環保等一系列問題。與此同時規范方面的研究也在跟進，中國船級社、英國勞氏船級社、DNV-GL 船級社，日本船級社，美國船級社等國際主要船級社也先后發布了無人船的相關規范指南。然而目前MASS 船仍處于概念研究與試航階段，其定義與分級標準多樣化，測試與驗證體系也不完善，相關國際海事公約法規尚未完整建立。

1 MASS 定義與分級

1.1 定義

針對MASS（智能船舶Smart ship/ 智能互聯船舶the connected ship/ 無人船 unmanned merchant vessels）的定義，業界仍尚未統一。2017年丹麥在向IMO 提交的報告中給出的MASS 定義為“能夠通過自動化程序或系統提供決策支持，進而取代部分或全部船員的操控及駕駛船舶工作，并能實現對船舶的遠程遙控?！?。挪威船級社則將智能互聯船舶（the connected ship）定義為：“通過傳感器技術、監控系統結合船岸無縫連接以及決策支持工具，將創建一個以數據為中心、響應迅速的全球船舶運輸集成網絡。隨著傳感器和通信技術的發展，遠程操作甚至無人駕駛船舶將成為現實，更多的船上進行的活動轉移到岸基中心”。中國船級社給出的智能船舶（smart ship）的定義是：利用傳感器、通信、物聯網、互聯網等技術手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據，并基于計算機技術、自動控制技術和大數據處理和分析技術，在船舶航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行的船舶。IMO 和英國政府將其定義為海上水面自主船舶（MASS），其中IMO 認為MASS“系指在不同程度上可以獨立于人員干預運行的船舶”，英國政府將 MASS 定義為：“符合本守則界定的自主控制等級，能夠無須人員在船而能自主運行的水面航行船舶”。

目前，針對海上水面自主船舶（無人船舶/自動船舶/海事自主水面船舶/智能船舶等）的叫法業內尚未統一。本文認為不建議使用“無人船”，“自主船”的概念更妥當。自主系統可以根據具體情況而改變自主等級，所以“自主船”可以將無人駕駛船舶、定期駕駛臺無人值班船舶、有人值班船舶均包含在內。比較各個定義之后，認為IMO 所給出的更為妥當。

1.2 MASS 的分級和分類標準

各個國家組織從不同角度層面對船舶自主化程度進行了分級，下表則對其作出了比較，研究各個規范的特點及優缺。

由以上的MASS 分級可看出，有人駕駛需時要較多海員，海員負責監控、授權系統執行命令時會導致配員一定程度減少，完全自主時則無需配員或僅需幾個海員進行岸基監控。MASS 的分級導致船舶的配員均有所變化，兩者密不可分。

表1 船舶自主化分級及各自特點

2 MASS 技術發展研究

2.1 技術要求研制

MASS 的技術規范是研究時不可忽視的部分，由于各國研究的內容和方向不盡相同，沒有形成一個技術規范的完整體系。本文根據SOLAS 公約，DNV 船級社的MASS 入級指南，中國船級社的《智能船舶規范》和挪威和波羅的海國際航運公會向IMO 提交的文件中所涉及的MASS 技術規范要求，對MASS 的主要的技術規范要求進行總結梳理并列出下述技術要求規范框架圖，如圖1所示?？蚣軋D主要包括船舶設施要求，安全操作要求，狀態監測要求和運行試航等要求，同時向下對其進行了細分，并且列出了對這些技術要求規范所涵蓋的具體內容，例如探測要求所包含的水平視野，垂直視野，盲區視野等。

圖1 MASS 的技術要求規范框架

2.2 MASS 技術風險研究

隨著無人船技術研發的開展，風險管理也成為業界關注的一個問題。目前無人船正處于研發和試航階段，IMO 為確保MASS 相關系統、基礎設施和環境的安全性，出臺了試航導則，要求對試航時出現的風險進行評估，并實施相應控制措施將風險降到可接受范圍內。

IMO 要求MASS 試航的安全性應至少等同于傳統船舶，并強調了風險分析和控制在試航安全中的重要性，將風險管理和網絡安全列入試航導則的目標中。綜合多個關于無人船的規范要求后發現，對無人船進行風險評估的流程一般涉及船舶事故狀態劃分，事故危害識別，風險等級界定與分析，控制措施實施四個方面。

中國船級社（CCS）在召開的87K 目標散貨無人船風險評估及系統功能識別會議中，對無人散貨運輸船舶進行了風險評估。評估基于現有公約的同等安全水平、現有技術和專業操作方法，以頭腦風暴為主要方式，先后邀請60 余名專家，識別了無人散貨運輸船舶從泊位到泊位的所有環節中危及海上安全和環保的風險，分析了每個風險產生的原因、后果，并充分對比有人散貨船的現有安全措施，從感知、通信、決策和操作四個方面提出無人船散貨船的控制風險的功能措施。在無人船風險預測與分析方面，Wróbel 使用海事事故的人因分析和分類系統法（Human Factor Analysis and Classification System of Maritime Accidents ,HFACSMA），對100 起傳統船舶海上事故進行定性分析，進而引入假設分析技術（What-If Analysis Technique），用以評估無人船的引入對事故的發生率及其后果的影響。Zhang 等人基于貝葉斯理論，使用利用算法對區間概率進行推斷再區間概率轉換為點概率，驗證了無人船風險模型中存在的不確定性，討論了風險評估中的不確定性影響決策步驟和潛在風險控制選項排序的過程。

3 總結

無人船風險評估的研究多基于FSA 所提出的風險分析流程，且多處于定性分析階段，少數船級社對無人船在航行，進出港，靠離泊等過程進行了危害識別與風險分析，使用的方法有頭腦風暴法，風險矩陣法和專家評價法等。但規范指南所給計算風險值的方法，多使用精確數字，不能體現出風險因素內在的模糊性和人類判斷力的偏好度和猶豫性，使研究難以獲得比較準確的評估值，風險分析數學模型仍有進一步改進的空間。

MASS 的發展注定是一個艱難而漫長的過程，需要經過長期的試驗。相應的規范也需要根據技術的進步隨之更新，以確保MASS 航行時可以規避風險和污染等等。規范的制定與研究不但可以一定程度上推動我國MASS技術發展，還可以提升我國在MASS 國際規范制定中的參與力度。