高科技无人船将扬帆起航,无需水手

海事技术集团正在建造机器人船只以穿越海洋

“五月花号”,一艘新型自主船舶的艺术家渲染图,正在海上航行。

ProMare、IBM 和 人机交互技术 (HIT) 团队、伯明翰大学

没有水手的船只可以将人类置于安全境地,而这并非它们唯一的潜在好处。没有船员,托运人可以节省通常用于支付工资的费用,让船只更长时间地远离海岸,并且在不浪费住宿空间的情况下,尝试更高效的设计,从而减少污染排放。预计到 2030 年,自主航运市场将从目前的 900 亿美元增长到超过 1300 亿美元。但这项技术仍处于早期阶段,特别是对于旨在应对公海的大型船只而言,这意味着测试仍然至关重要。今年,两个截然不同的项目将押注于自动化海上航行。

海洋无限公司 (Ocean Infinity) 是一家总部位于美国德克萨斯州奥斯汀和英国法勒姆的海底勘探公司,它正在率先使用大型无人勘测船,其船队名为“舰队”(Armada)。到 2020 年底,其 15 艘长度从 69 英尺到 120 英尺不等的全尺寸商用船只将开始绘制海底地形图并检查水下基础设施,例如电信和风电场电缆,以及石油和天然气管道。与此同时,总部位于康涅狄格州切斯特的海洋研究和勘探非营利组织 ProMare 和技术公司 IBM 正在合作,计划在 9 月份派遣一艘完全自主的 49 英尺长的三体船(一种有一个主船体和两个较小舷外浮筒的船)横渡大西洋。这艘名为“五月花号自主船”(MAS) 或“五月花号”的船只,将大致重现 1620 年原“五月花号”从英国普利茅斯到美国马萨诸塞州普利茅斯的航行——这是一次将自主船只置于潜在风暴中的航程。

这两项测试代表了不同类型的自主性。就“舰队”而言,每艘船仍然需要人类参与其中。在“五月花号自主船”的计划中,则不需要人员。


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遥控机器人

目前,海上勘测和检查工作由配备人员的船只完成,从小型船只到 250 英尺以上的船只不等。它们通过在船后拖曳雷达、声纳和光学传感器或部署水下遥控潜水器 (ROV) 来收集数据。勘测船通常以“割草”模式在一个设定区域来回巡航,以建立海底或水下基础设施的图像。海洋无限公司希望以相同的方式扫描这些区域,但无需船员。它还计划成对或成群地使用“舰队”船只,而不是像载人勘测船那样单独作业。海洋无限公司该项目的董事总经理丹·胡克说:“这样,我们可以更快地覆盖该区域并着手下一个区域。”为了执行这些扫描,舰队船只可以部署各种有效载荷,包括能够收集深达 20,000 英尺的声学和视觉数据的海底遥控潜水器。

“舰队”不会完全独立地执行这些任务。陆地控制站(在英国汉普郡或奥斯汀)的专业海员将全天候监控船只,使其更像是远程驾驶的无人机,而不是真正自主的船只,但参与人员仍然远少于完全载人的船只。该系统将依赖卫星通信、数据链路和车载摄像头,以及预先编程的任务计划。

联合国国际海事组织正在为今年晚些时候的未来自主航运进行自己的实践演习,它认为“舰队”的船只是“受监管的自主”船只,而不是完全独立的船只。除了在海上的监督外,海洋无限公司预计当船队出发和返回岸边时,船只还需要配备船上人员驾驶才能进出港口。

胡克说,该系统已准备好进行初步试验,首批 10 艘“舰队”船只计划在今年晚些时候开始访问几个欧洲和西非港口。一旦其余船只建成,该测试运行会将该项目的范围扩大到北美及其他地区,这也让海洋无限公司有机会评估其船队需要何种程度的安全性。为了保护其通信链路,该公司已投资于标准的海洋网络安全,以及额外的检测系统来监控网络入侵,胡克说。尽管海盗在欧洲水域并不常见,但海洋无限公司也对物理安全做出了让步。这些船只具有可锁定的舱口和倾斜的侧面,使其甲板难以进入。一种名为“船舶自我感知”的自动化系统使“舰队”船只避开未知船只。“我们有一种模式,车辆会避开任何物体,”胡克解释说。“因此,可以对船舶进行编程,使其远离海盗式活动。”

独自在海上

9 月,由太阳能、柴油和风帆混合动力驱动的无人船“五月花号自主船”将离开英国前往马萨诸塞州。“我认为我们应该从朝圣者离开普利茅斯的航行中获得灵感,并谈谈未来 400 年的海洋事业,”ProMare 董事会成员布雷特·法纳夫说。

IBM 边缘计算首席技术官罗布·海表示,这种对海洋船舶自动化未来的愿景不依赖于人类控制员。“五月花号自主船”将通过一个名为 AI Captain 的人工智能系统(由 ProMare 使用 IBM 技术开发)进行自我导航,从而做出自己的决定,独立于人为输入。虽然这艘船在大部分航程中都将具有卫星连接,允许人们进行检查,但当它经过没有通信链路的区域时,它将完全依赖 AI Captain。该系统采用车载传感器,包括雷达、激光雷达和摄像头,以及基于卫星的海洋位置跟踪程序。AI Captain 使用此输入来了解周围环境,并将其与一百多万张航海图像的数据库进行比较。它依赖于这些信息,以及标准的海洋规则和海况,来生成风险地图。这个工具使机器人船长能够确定应对障碍物、天气和交通的最佳方式。如有必要,它可以使船只改变航向、速度或动力。

尽管背后有技术支持,“五月花号自主船”在其两到三周的航程中面临许多障碍,包括缺乏“舰队”船只将拥有的人工监督。法纳夫承认,该船的成功并非百分之百有保证。“当有人问我这个问题时,项目中的每个人都会感到紧张,”他开玩笑说。“我说,‘当朝圣者 400 年前离开普利茅斯时,他们也不确定自己是否会成功。’”

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