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南極科考、遠洋運輸、自主航行 無人船時代“啟航”,67.220.91.017

發布時間:2018-11-14 來源:云和電大在線 瀏覽次數:

圖為2017年通過船級社證的3.88萬噸“大智”號智能貨船受訪者供圖

  本報記者 陳 瑜

  英國東英吉利大學近日表示,該校團隊正與一家公司合作研發一種能在南極海域嚴酷環境下使用的無人駕駛船,這有助為科學家分析海平面上升原因并獲取更多重要數據。因為使用環境特殊,該無人駕駛船引發社會廣泛關注。

  中國船舶工業集團有限公司上海船舶研究設計院創新中心智能船部主任李鑫6日在接受科技日報記者采訪時表示,即使無人駕駛船已被用于南極環境,但要讓以遠洋運輸貨船為代表的大型商船真正走向無人化,還得等幾十年。

  極地海域,飛濺的海水易在船面結冰

  記者搜尋發現,在第34次南極科考中,珠海云洲智能科技有限公司的4艘無人船,在南極自然條件最惡劣的區域之一——恩科斯堡島周邊海域,完成了5平方公里海域多波束全覆蓋海底地形測量,為船舶航行和中國第5個南極科考站建設提供了基礎空間地理信息數據支撐。

  在李鑫看來,用于極地海域的無人船,面臨的一大挑戰是船舶如何承受嚴寒環境考驗。在氣溫低于零下50攝氏度的環境中,飛濺的海水會在船體表面結冰。由于船上無人值守,不能進行除冰作業,大量的結冰會讓船上設備及系統無法工作,并影響船舶穩性,因此需要大范圍采用防凍化設計。

  報道稱,為解決這些問題,英國的研究團隊正在篩選一系列涂層材料,以便讓船體表面“不粘”,飛濺的海水或雪花會從船體表面直接滑落而不造成影響。團隊已在一個大型倉庫中模擬南極環境測試這些材料。

  其實不僅是科考船,運輸船方面的無人探索也已開始。

  曾引起媒體高度關注的挪威“YARA Birkeland”號,被認為是“海上特斯拉”。37英里航線的起始點為一處肥料生產工廠,終點為拉維克港口。如果依靠路面貨物運輸,需要汽車運輸4000車次,顯然在人力成本高的北歐,這并不經濟。借助自身安裝的GPS、雷達、攝像頭和傳感器,“YARA Birkeland”號可自動穿梭于其他船只之間,還能在到達終點時實現自行停靠。

  同樣在芬蘭,一艘渡船也在進行無人化改造,原因是兩名老船員退休,年輕人又不會駕駛這艘船。無人化改造成為必由之路。

  李鑫曾參加過國際海事組織有關無人船的幾次討論。他告訴記者,目前無人船或者無人艇并沒有嚴格定義,多是用功能性的描述字眼“遠程控制、自主航行、自主決策”來形容。“好比籃球、足球會有不同的功能,但對球本身的材質、壓力并不會有嚴格界定。”

  雖然界定不清,但不可忽視的現實是,繼無人機、無人駕駛汽車后,無人航運成為全球關注的熱點。此前有專家預測,未來全球無人航運市場規模將達到萬億美元級別。

  自主航行,相關人工智能尚弱

  放眼全球,目前很多國家都已開展與無人船相關的研究工作,其目標大體一致,都是為最終實現無人駕駛船舶做準備,但研究著眼點略有差異。

  早在上世紀80年代,日本就開始了船舶無人航行的研究,但受限于當時的網絡和信息技術,沒有真正實現船舶智能化,也沒有開展類似的針對智能船整體解決方案的研究,而只是開發出一些智能系統和智能相關標準。

  韓國的智能船舶主要是由造船廠主導,研究重點在于利用岸基資源,對船上的數據進行采集、分析和評估。

  歐洲的智能船研究聯合了多家單位,其思路是圍繞智能船舶的遠程控制技術和無人自主航行的可行性開展研究工作。

  李鑫告訴記者,在業內探討中,無人船被分為兩個層面,一是遠程遙控,另一個更高層面是無人自主,換言之不需要人的干預。“無論是科考船還是運輸船,要實現對船只的遠程遙控并非難事。從技術上來說,最核心的是要解決網絡安全和基于控制的船岸協同問題。”在李鑫看來,要實現更高層面的完全無人自主,還有更長的路要走。

  航行中的船舶受力復雜,涉及前后左右上下六個維度的運動。但與無人自主直接相關的人工智能,當下尚處于弱智能階段,要落地還有很遠。李鑫舉例說,“YARA Birkeland”號下水后第一年,仍需要有人駕駛,與其他船只不同的是,通過嵌在船舶里的機器模型,機器會通過自我學習的方式獲取駕駛技能,預計到2020年才能執行完全自主操作。

  與國外相比,我國的智能船舶的研究起步雖晚,但也取得了一定的成績。中國船舶工業集團之前啟動的黎明工程項目計劃,以上海船舶研究設計院設計的綠色海豚系列3.88萬噸系列散貨船為基礎,由上海船舶研究設計院牽頭,多家單位參與,旨在國內率先研發、建造一型具有國際先進水平的智能示范船舶。

  該項目首次嘗試將“智能”概念應用于船舶領域,是我國對智能船舶關鍵技術研究的初步探索。該型船“大智”號成為全球首艘獲得船級社智能符號的船舶。

  在此基礎上,2016年12月,工業和信息化部正式批復了高技術船舶科研項目——智能船舶1.0研發專項。預計11月底,專項的第一艘示范船——招商40萬噸礦砂船將被交付,該船通過多種智能系統和應用,為船舶營運提供更為安全、經濟和高效的方案,在現階段,這也被認為是對大型商船有效的輔助方式。

  大型商船,無人化面臨技術和法規制約

  除了科考,在李鑫看來,小型無人船有著廣闊的應用場景。

  比如在我國200海里專屬經濟區,每年禁漁期,海事部門要專門開出巡邏船,一走就是好幾個月。如果在某些固定點布設無人小船巡邏,進行遠程執法取證,可以大大降低執法成本。

  在海洋環境監測、海上搜救、防災減災等領域,已經研制出了多型無人船試驗樣機。

  雖然前景被看好,但李鑫說,要對大型商船實現無人化,在技術和實用上還存在問題。

  與無人駕駛汽車相比,無人船在技術上與之有相通之處,但由于航行方式和運行環境的不同,在技術上也有其獨特之處。

  無人駕駛船舶要進入航運,面臨諸多海事法規的限制。比如按照國際海事組織規定,海上航行船舶要遵循《海上航行避碰規則》,為此需要進行可靠性測試。

  國際海事組織之前表示,預計在2020年前,法規不會允許無人駕駛船只被投放下水航行,也不會出臺無人船立法。

  業內專家解釋說,船在開闊水域行駛,可以不需要人真正操作,但進入繁忙水道,必須有人介入。按照國際勞工組織要求,需要有足夠人力來保障船只航行安全。真正的無人船首先涉及到減員問題,而要修改該法律條款,首先要證明不需要這么多人。此外,現行法律對必須有多少相關設備才能滿足航行要求做出了明確規定,真正的無人船在船載設備方面會有變動,可靠性如何,應急情況下怎么辦,這些必須經過驗證后才會被允許航行,而到目前為止還沒有真正的相關驗證。

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