勞斯萊斯的野心:遠洋無人船以及背後的黑科技

作者:量子位   |   2017 / 02 / 09

文章來源:虎嗅網   |   圖片來源:Luby


午夜時分,北大西洋。

一艘巨大的集裝箱貨船收到最新的天氣預報:風暴就在前方。為了擺脫糟糕的天氣,確保及時到達目的地,巨輪靜靜地改變了航向和航速,並把修正後的航線發給船主和即將停靠的港口。當這艘船終於接近碼頭時,又修正了一次航向,這次是為了避開船首右舷的漁船。

這是跨大西洋航運中普通的一天;然而卻又是完全不同的一天。因為,這艘貨船上一個人也沒有—“船長”實際上坐在世界另一端的運營控制中心。在那裡,技術人員通過衛星數據鏈路監控和控制貨船,但大部分情況下,這艘船都是自主航行。

儘管這種無人船還沒有航行在大海上,但它的出現只是一個時間問題。勞斯萊斯 (Rolls-Royce) 預計,第一艘完全無人駕駛船將在幾年內實現商業運營,初期可能是一艘港口拖船或渡輪,穿梭於河口或者峽灣的口岸執行短距離的汽車運輸工作。

而完全自動航行的無人遠洋貨輪,將在 10 至 15 年內成為一種常態。

無人駕駛船,是人工智能和數位通訊技術最新的受益者。電子傳感器、通訊和電腦的發展進步,產生了一系列無人駕駛的設想,包括:無人車、無人機、無人直升機、無人火車,乃至這次要講的無人船。全世界的公司和研究機構,正在努力把想法變成現實。

為此,勞斯萊斯在芬蘭構建了一個合作項目:AAWA,高級自主水海運應用。參與者正努力在十年之內,為船研發出遠程控製或者完全自主化的駕駛技術。

探索者不止勞斯萊斯。歐盟的 MUNIN (海上智能無人駕駛航行網路) 項目,由位於漢堡的 Fraunhofer 海運物流和服務中心領導。這個項目正在從技術、經濟和法律三個方面,對在公開海域運行一艘無人駕駛船進行可行性評估。

此外,國際船舶認證組織 DNV GL 的研究人員,正在探索使用無人駕駛的電動船,沿挪威長長的海岸線運輸貨物的可行性。中國海事局和武漢理工大學合作推進無人多功能海事船的研究和開發項目,目的是研究自動駕駛船在商業和軍事領域的用途。

為什麼全球都對無人船如此關注?

這很容易解釋:無人駕駛的船更安全、更有效率、更便宜。位於德國慕尼黑的安聯保險 2012 年發布報告稱:75% 至 96% 的海上事故是人為錯誤的結果,而且往往都是疲勞導致。遠程控制和自主控制船將減少這種錯誤的發生,降低船員受傷甚至死亡的風險,當然也降低了船自身所面臨的風險。

海盜也不再是個威脅。無人駕駛船的造型,讓海盜很難在大海上登船;即便海盜登船,也很難進入操控系統。電腦可以讓船拋錨停船或者以低航速前進,讓海軍艦船可以很容易的趕來增援。而且,重新奪回船也更容易,沒有船員被扣押為人質,海盜手上沒有高價籌碼。

遠程控制和無人駕駛船的另一個優點,是擁有更大的貨物運載量和更低的風阻。因為沒有人類船員,所以不需要甲板室、宿舍以及通風、加熱、排污系統,這讓船舶更輕、更時尚同時減少燃料消耗、減少操作和建設成本。

當然,智能船還能解決海上專業人才越來越短缺的困局。隨著船舶越來越複雜,對船員的要求越來越高;而航海事業本身吸引力越來越小,一次遠航就意味著幾個星期甚至幾個月遠離家鄉。而遠程控制和無人駕駛技術,可以重新吸引高素質的年輕人進入海運行業。

構建這種未來船的技術條件已經具備。更大的挑戰來自於,監管機構是否允許這種船出海運營。目前,全球航運規則對無人船還沒有清楚的規定,例如是否允許無人船航行、如何保險以及如何判定發生事故時的責任人等等。

與勞斯萊斯的 AAWA 項目一道,歐洲至少還有兩個團體正在研究修改法規以明確這些問題。其中一個是 SARUMS (歐洲無人海事系統的安全和規章) 小組,由瑞典和其他六個國家共同組成。另一個是英國的海上自治系統監管工作組。

他們的目的是確保《國際海上生命安全公約》在下一次更新迭代時,能夠反映新技術的發展。監管者顯然最關心無人船到底有多安全,工程師們正在融合相關技術,避免所有可能的危險。

無人駕駛船的關鍵能力,是能夠感知並傳達其周圍正在發生的狀況,從而可以執行複雜操作、避免沿途的碰撞,順利導航抵達目的地。勞斯萊斯正致力於情境感知系統:將來自高清可見光和紅外攝像機的圖像與雷達測量的結合,提供船周圍環境的詳細圖像。

然後,這個訊息可以傳回遠程操控中心,交給有經驗的船長判斷;或者直接由無人船上的電腦進行處理,並決定下一步該怎麼做。

遠程指揮的船長或者無人船的自主導航系統,還能利用很多來源的訊息:來自衛星導航的修正訊息、天氣情況、其它船隻的位置及身份廣播等。使用多個來源的數據和電子輔助,已經是今天船員們日常活動的一部分。用於監測船上主要機械情況,確保發動機和其他關鍵機械部分零件正常運行的系統,早已經在船上協助確定導航方案。

未來,嵌入在船的關鍵系統深處的傳感器將提供更多的數據,監控範圍覆蓋主發動機、起重機和其他甲板機械、螺旋槳和船首推進器、發電機、燃料過濾裝置等等。這些訊息將有助於確定這些系統是否正常、有效地工作。當關鍵零件即將發生故障時,可以呼叫下一個港口安排預防性維護,如果需要的話還能派遣人員在航行途中登船維修。

對於無人船來說,把船體收集到的數據及時送達上岸是至關重要的。所以,這種創博需要恆定的實時通訊鏈路。公海船隻使用多年的衛星通訊,服務已經非常好。特別是,AAWA 合作夥伴 Inmarsat 在 2015 年 8 月發射了第三顆 Global Xpress 衛星,未來可以為幾乎任何地方的無人船,提供來自太空的高速寬頻連接。

防止這些數據流和無人船系統遭遇駭客入侵至關重要。誰也不想讓麻煩製造者改變船隻的航路,或者撞上什麼東西。安全無小事,但是勞斯萊斯有信心做好。

即使無人船可以完全自主航行,也必須有一個岸上的人對其負責。不同類型的船,或處於航行的不同階段的船,可能需要非常不同的監督和控制水平。遠在大海上的貨船,通常需要很少的人力監督,一個船長同時監督許多船隻。而在擁擠的航道運行的船隻,例如靠近海岸,或駛入駛出港口期間,將需要船長給予非常充分的關注。

所以,還得開發一個可靠的遠程控制系統。基於在航空、核能和空間探索以及水手模擬培訓系統搭建等工作中獲得的經驗,萊斯萊斯一直在研究遠程控制系統以及配套的遠程控制中心,這不僅需要考慮到人體工程學,還要考慮到易用性和實用性。

建設遠程操控中心,勞斯萊斯並非毫無經驗。此前,勞斯萊斯的工程師就設計了 Unified Bridge 艦橋 (船上的指揮中心) ,這是一種完全顛覆傳統船隻艦橋樣式的設計,可以為船員提供舒適、乾淨、安全的工作環境。 2014 年迄今,Unified Bridge 已應用於拖船、大型遊艇、極地研究船等不同艦種。

建造和運營不同種類的無人船很難有統一的時間表。一些無人船可以不需要任何船員操作,並且看起來和現在的艦船完全不一樣。還有一些依賴於自主控制和人類遙控的結合,在開放水域自主航行,需要高級操控時交由遠程控制。

例如郵輪總是需要船員,因為還要為船上的遊客提供服務和安全保證。不過未來的無論有沒有船員,船艦應該都會採用同樣的技術。因為新技術能讓甲板上的人們更安全。

目前,勞斯萊斯正在進行第一代高級智能船舶的設計,而要解決的問題還包括經濟、社會、法律、監管和技術等多個方面。第一艘投入商業運營的智能船舶,初期可能是一艘港口拖船或渡輪,而且可能仍然載有船員,儘管他們不會插手航行的工作。

無人船投入測試已經為期不遠。挪威海事局和挪威海岸管理局簽署了一項協議,允許在特隆赫姆峽灣進行相關海試,這是世界上第一個被指定用於測試自主航行船舶的地方。同時,芬蘭海洋工業協會、交通和通信部和 Tekes (芬蘭創新資助局) 都已加入勞斯萊斯和其他公司的計劃之中,用以推動在波羅的海展開無人海洋運輸的探索。

再過三年,無人船將會出現在人們面前。到 2025 年,一些有遠見的航運公司,將在公海上運營完全無人駕駛的遠洋船隻。然後再過五年,無人船將隨處可見。

長期來看,航運業正經歷根本性的變化,更多的變化仍在孕育之中。向無人駕駛船的轉變,無疑將徹底改變全球供應鏈的運作,並創造出新的服務。這將帶來行業的顛覆,就像 Uber、Spotify 和 Airbnb 在各自領域做的那樣。

這艘船不僅乘風破浪,也掀起新的波浪。

虎嗅網》授權轉載

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