隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日新月異的發(fā)展，很多企業(yè)正在加速發(fā)展無人機和無人車項目。今天我們講一個最新的資訊，無人船。相信很多人會有疑惑，這東西有什么用，因為畢竟目前船舶技術(shù)已經(jīng)比較完善，為什么還要投入大量的人力和財力來研究無人船這項新技術(shù)呢?無人船的自主導(dǎo)航系統(tǒng)難道會比隨機應(yīng)變的船員更加安全、有保障嗎?無人船技術(shù)可以應(yīng)用到哪些方面，又取得了何種進(jìn)展呢?
現(xiàn)在的智能化船舶除了配備傳統(tǒng)的控制器外，還兼具決策支持、氣象導(dǎo)航、能源優(yōu)化、動態(tài)船舶地圖、電子海圖顯示和信息系統(tǒng)，以及船隊狀態(tài)實時監(jiān)控等功能。而海上作業(yè)對水面船舶在復(fù)雜環(huán)境中的自主航行技術(shù)提出了更高的要求——遠(yuǎn)程遙控、自主航行、自動靠泊等新功能使得水面無人船的發(fā)展逐步成為現(xiàn)實。作為無人駕駛運載工具，水面無人船可以在海洋科考探索、海洋油氣勘探開采、海上安全防衛(wèi)和事故救援海上環(huán)境中廣泛應(yīng)用。無人船可與其它水面平臺、水下運載器、無人機聯(lián)合使用或和作戰(zhàn)用雷達(dá)以及光電傳感器進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，在枯燥、骯臟、危險的環(huán)境中，替代有人船只全面對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和探測。
為什么選擇無人船
使用無人船能有效減小艙容和載重，降低人力成本，提高操作精度，降低人員操作失誤的風(fēng)險。人員在船舶上活動不僅需要設(shè)置起居室、駕駛室等艙室，還需要配備相應(yīng)的管道系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等，采用無人船則可以減小船舶的艙容和載重，使船舶有能力搭載更多的貨物或設(shè)備，并節(jié)省燃油。
歐洲MUNIN的報告顯示，船員的工資支出占據(jù)全球貨船運營成本的30%以上。然而提到人力成本，你是不是自然而然地認(rèn)為人力成本就是工資支出和社保等福利費用的總和呢?事實上在大多數(shù)行業(yè)并非如此。除了上述工資成本之外，人力成本還包括獲得成本、培訓(xùn)成本、離職成本等。長期漂泊海上的高危險性和枯燥感使得海員這一職業(yè)逐漸失去了吸引力，培養(yǎng)出一個能夠獨當(dāng)一面的船員、工程師也往往需要大量的時間成本和資金成本，而他們有時會面臨一些惡劣天氣、海盜襲擊、軍事沖突等突發(fā)狀況，沉船等海難事故也時有發(fā)生。采用無人船既可以避免前期投入的大量人力成本成為沉沒成本以及人員傷亡帶來的后續(xù)損失，又可以提高人員的工作效率——在未來，一個人在陸地上同時指揮、監(jiān)控?fù)碛卸嗨掖拇牸磳⒊蔀楝F(xiàn)實。
韓國“歲月號”沉船救援現(xiàn)場
盡管船舶駕駛?cè)藛T有著機器難以比擬的應(yīng)變能力，但由于人員操作過失、資源(程序、規(guī)則)和設(shè)備使用不當(dāng)、指揮人員錯誤決策、船員應(yīng)激反應(yīng)不當(dāng)?shù)仍蚨鸬拇芭鲎?、觸損、擱淺、風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)等事故時有發(fā)生。近年來得到越來越多廣泛應(yīng)用的電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(ECDIS)作為一種新型的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)，利用預(yù)埋在系統(tǒng)中的電子海圖和船載傳感器返回的實時數(shù)據(jù)讓駕駛員對船位和航道信息作出清晰判斷，降低了人為操作失誤的可能性。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的無人船技術(shù)則可以通過自主決策和導(dǎo)航進(jìn)一步提高操作的精度，降低人員操作失誤的風(fēng)險。
如何實現(xiàn)無人船
無人船技術(shù)涉及到水動力學(xué)、自主決策、自動控制、信號處理、網(wǎng)絡(luò)通信、傳感器技術(shù)等多方面問題，具有較高的技術(shù)難度。無人船想要在復(fù)雜、危險的海域內(nèi)具有穩(wěn)定的航行能力和應(yīng)對突發(fā)狀況的能力，就必須做到實時監(jiān)控自身的設(shè)備運行狀況、感知外界信息、作出正確的決策并嚴(yán)格執(zhí)行，而這些操作就要依靠與外界環(huán)境交互的傳感器系統(tǒng)、高級別的自主導(dǎo)航系統(tǒng)、精準(zhǔn)的自動控制程序以及穩(wěn)定快速的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。
無人船技術(shù)發(fā)展 ? Rolls-Royce plc
傳感器系統(tǒng)就如同無人船的眼睛和耳朵，將看到的、聽到的外界信息加工處理傳輸給無人船的大腦——自主導(dǎo)航系統(tǒng)，自主導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)動態(tài)海圖與氣象預(yù)報，結(jié)合傳感器反饋的實時信息給出路線、航速等決策指令，并將決策指令傳輸給自動控制程序，自動控制程序嚴(yán)格按照決策指令調(diào)整舵槳輸出合適的推力，完成自主航行。同時，無人船還需具備自主選擇的模式切換功能，能夠在自主航行、遠(yuǎn)程遙控、失效保護(hù)等模式中進(jìn)行自主地切換，以確保無人船的航行安全。
無人船的今天和未來
Sea Hunter
提起無人船研發(fā)的最新進(jìn)展，Sea Hunter作為美國國防高等研究計劃署(DARPA)提出的反潛作戰(zhàn)連續(xù)追蹤無人艇(ACTUV)項目的第一艘無人船，無疑是最引人注目的。Sea Hunter為一艘總長為40米的三體船，造價2千萬美金，運行成本每天1.5萬-2萬美金，配備兩個柴油引擎，最高航速27節(jié)，在12節(jié)航速時具備1.9萬千米的超長續(xù)航力。該船于4月7日完成命名儀式，并開始了為期18個月的試航測試。Sea Hunter在未來很有可能具備掃雷、偵查和補給等功能。ACTUV項目的提出也反映了無人駕駛水面艦艇的飛速發(fā)展。
在軍事領(lǐng)域，除了美國致力于水面無人艦艇的研發(fā)和使用，以色列武裝部隊、瑞典海軍、德國海軍、丹麥海軍、日本等也紛紛應(yīng)用無人水面艇進(jìn)行掃雷、排雷、護(hù)衛(wèi)等工作。許多國外的私營防務(wù)公司也研發(fā)并推出自己的無人艇型號，以便在日益星期的軍用無人艇市場中占據(jù)有利的位置。在未來，無人水面艦艇在水雷偵查、戰(zhàn)場環(huán)境評估、港口護(hù)衛(wèi)、監(jiān)視偵察、反潛、后勤支援等方面都具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
未來的岸上指揮中心
英國的Rolls-Royce公司(羅-羅公司)作為全球最大的引擎制造商和造船供應(yīng)商之一，規(guī)劃了無人船的發(fā)展藍(lán)圖，并提出了一個采用無人駕駛貨船取代傳統(tǒng)貨船的大膽計劃。羅-羅公司表示，對在世界貿(mào)易中占據(jù)90%的份額的價值3750億美元的航運業(yè)來說，無人船更加安全、運費更低廉，而且更少污染。海洋革新工程負(fù)責(zé)人奧斯卡?萊萬德說：“在不久的將來，無人船將與正在使用的無人機、潛水艇以及谷歌正在試驗的無人汽車并駕齊驅(qū)?！?/p>
羅-羅公司在2016年初發(fā)布了關(guān)于無人船未來的岸上指揮中心的視頻(本文開頭的視頻)。視頻指出，我們生活在一個日新月異的世界，自主航行船舶和遙控船舶正在逐步實現(xiàn)?？刂剖覍橇_-羅無人船遙控網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)中樞，操作員在控制室內(nèi)通過遠(yuǎn)程連接實時監(jiān)控并指揮無人船。
euRathlon 2015 Challenge (video resume)
提起無人機、無人車、無人船以及水下運載器的合作應(yīng)用，不得不談到EuRathlon Gr Challenge海陸空的搜救比賽。受到2011年福島地震海嘯與核泄漏事故的觸動，歐盟于2013年出資策劃了該項賽事，至今已在德國與意大利舉辦了三次。比賽不僅對單個機器人的硬件裝配和程序設(shè)置都有很高的要求，還著重考察了不同機器人間的通訊和協(xié)同作業(yè)。上面的這個視頻介紹了比賽中場地以及一些參賽隊伍的情況。
無獨有偶，在馬航MH370的事故中，無人船和裝載了聲吶無人水下運載器就被包括Phoenix International Holdings, Inc.在內(nèi)的一些公司用于搜救工作。
MUNIN ? Fraunhofer CML
近年來，歐盟執(zhí)行委員會正在開發(fā)一個名為MUNIN的基于智能網(wǎng)絡(luò)的海上無人導(dǎo)航項目。另外一個名為WiMUST的項目也在有條不紊地推進(jìn)中，該項目旨在在海底鋪設(shè)一系列的聲吶系統(tǒng)從而方便大批AUV在海底進(jìn)行一些商用和民用的聯(lián)合運作，包括水下結(jié)構(gòu)物建造、設(shè)施檢測、自然災(zāi)害預(yù)報、環(huán)境制圖等工作。參與的組織和機構(gòu)包括意大利、法國、英國、葡萄牙、德國、挪威的一些高校和公司。
盡管無人船技術(shù)日臻完善，但其最終實現(xiàn)仍繞不開日益凸顯的倫理問題。如同人們面臨無人車技術(shù)時提出的一系列問題——無人駕駛汽車在面臨“電車問題”時選擇救五個人還是一個人?在事故中應(yīng)該優(yōu)先保護(hù)車內(nèi)乘客還是路上行人、車輛呢?誰應(yīng)該為即將出現(xiàn)的無人駕駛汽車事故負(fù)法律責(zé)任呢，是車主、制造商還是程序員?在什么情況下允許無人駕駛汽車違反交通法規(guī)呢?水面無人船同樣需要面臨類似的問題，除了滿足海上避碰公約之外，操作員的培訓(xùn)、事故發(fā)生后的責(zé)任劃分仍是困擾著研究人員、法規(guī)制定者的一個難題。相信就在不久的將來，無人船將載著人類的智慧和希望駛向遠(yuǎn)方。
