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无人船的发展和立法所面临的技术挑战

2021-01-13 09:45 性质:转载 来源:向阳胡老四
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无人船作为科技进步带来的新产物,首当其冲是对技术方面的冲击,作为一套复杂的系统,无人船自主航行的实现必然带来技术上的大变革,其必须能够自主进行环境探测...

无人船作为科技进步带来的新产物,首当其冲是对技术方面的冲击,作为一套复杂的系统,无人船自主航行的实现必然带来技术上的大变革,其必须能够自主进行环境探测、目标识别、自主避障、路径自主规划等。

2007年美国海军发布的《无人艇主计划》为未来无人船艇的发展规划了相关的技术、投资及进程。2013 年12月美国军方发布的《无人系统路线图》对无人船艇未来的技术发展重点作了细致的说明。在2016年MUIN项目的最终报告手册中,对无人船涉及到的技术问题也有细致的说明,手册指出在无人驾驶船成为现实之前,还需要开发一些技术组件,其主要部分 应由以下组成:

( 1 ) 信 息 通 讯 技 术 ( Information Communications Technology ,ICT)的基础设施,包括船岸和船舶通信,集成船舶数据网和深海导航系统;(2)船舶推进和机械运行系统,无人船应可以无需人工干预长达数周的时间,为了促进生态和经济的可持续性,高效运行是必要的。这需要一个安全和可靠的对应于实现不同功能的基础设施;(3)船桥自主控制功能需要传感器系统、远程操纵系统、船上导航系统、岸上控制系统、远程机动支援系统、主机监控系统和能源效率系统以及维护功能;(4)岸上控制中心(Shore Control Centre)及其新型监控设施是无人船舶所必需的,这还包括如何与其他船只互动,参与搜救行动以及船舶交通服务中心的程序。

梳理国内外学者研究成果,目前无人船研发阶段主要面对的技术挑战包括以下五个方面。

一、自动生成航线与规划路径技术

不同于传统意义上的船舶,无人船要实现其自主航行对于自身的操控系统有着很高的要求,其必须具备航线自动生成与自我规划路径的功能,现阶段主要基于电子海图来实现航线自动生成与路径规划功能,通过从电子海图中提取水深、障碍物等信息划分可供船舶航行的区域,然后在可航区域中寻求最短路径。为更好地解决这一技术难题, MUIN项目的最终报告手册中提到了一项关键技术组成,即深海导航系统(Deep Sea Navigation System),该系统包括:(1)确定COLREG对其他船舶的义务,并根据规则自主操纵船舶;(2)根据气象预报优化跨洋航行计划;(3)根据IMO天气指导标准,在即时和恶劣天气条件下安全操作船舶。

深海导航系统可以完全自主运行,但也允许岸上控制中心操作员进行交互, 从而实现远程控制船舶。深海导航系统确保船舶在目前的航行范围允许的偏差范围内遵循其计划航线。当然,此项技术还没有完全达到成熟的标准,需要更多时间进行检验,因此,这对于无人船未来的发展也是一项需要攻克的难关。

二、信息通讯技术

无人船在实现信息交流上同样面对着相应的技术挑战,有研究认为挑战主要包括无线电通信、光学通信、水声通信三个方面,无人船的信息交流主要有无人船与岸上基地控制中心之间的信息交流、无人船之间的信息交流,通信的内容主要有控制中心对无人船发布的指令信息、无人船反馈的信息等,目前在近距离无人船实现信息交流可依靠甚高频(VHF),远距离上可依靠卫星通信技术。然而,现阶段无人船实现信息交流需要解决的重点技术难题是超高频扩频通信与卫星通信信号的海上传输抗衰耗技术、抗多普勒频移技术和抗多种干扰技术问题。现阶段,这些技术难题成为阻碍无人船发展的巨大挑战,有待进一步攻克以适应无人船的航行安全要求。

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