看AI 時(shí)代的“馭船之術(shù)”

本刊記者 趙蕓

中國船舶集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究中心 苗靜

自2006年國際海事組織（IMO）提出e-Navigation（電子航海）概念以來，歐美日韓等多個(gè)國家都開啟了大型計(jì)劃以提升船舶智能化水平。目前，隨著人工智能（AI）、數(shù)字孿生等技術(shù)的深化應(yīng)用，船舶智能化已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了最初的“信息化”定義范疇。許多創(chuàng)新的海事技術(shù)提供商利用AI 等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)為航運(yùn)業(yè)打造高效的航程優(yōu)化解決方案，支持行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

在AI 的賦能下，船舶開始擁有“料事如神”的超能力，數(shù)字孿生系統(tǒng)、AI 火警系統(tǒng)、AI 減排方案、“AI 船員”等紛紛面世，通過不斷提升在信息融合、態(tài)勢感知、數(shù)字孿生等三方面的智能化水平，AI 技術(shù)讓船舶充滿“智慧”，未來船舶正朝著打造“智能眼、智能耳、智慧腦”的方向發(fā)展。

應(yīng)對(duì)未知世界的“先知者”

2023年10月12日，在世界航海裝備大會(huì)上，哈爾濱工程大學(xué)展廳中展出的“海豚1”號(hào)，受到了眾多參觀者的嘖嘖稱贊。據(jù)了解，“海豚1”號(hào)嬌小而普通，僅有25米長，排水量也只有100 噸。它與其他船最大的區(qū)別是，在虛擬世界中有一個(gè)能為其預(yù)言的“數(shù)字孿生體”?！昂ｋ?”號(hào)不僅具備在2海里內(nèi)精確探測水面上0.5 米高微小目標(biāo)的過人能力，更具備態(tài)勢感知、超前預(yù)判等AI 功能。

“在陸地上，智能網(wǎng)聯(lián)汽車正在改變交通的安全性、能源的利用效率，正朝著智能駕駛，甚至無人駕駛邁進(jìn)。在海洋里，智能船舶的變革也在迎頭趕上?！惫枮I工程大學(xué)數(shù)字與智能技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人夏桂華教授說。

夏桂華所在的技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過收集幾萬張、涵蓋多種場景的實(shí)船圖片，最終形成一個(gè)數(shù)據(jù)集，用于人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)；在核心模塊的支持下，“海豚1”號(hào)能夠以每秒數(shù)百兆的速度實(shí)時(shí)采集、處理外來的多源信息數(shù)據(jù)……基于此，“海豚1”號(hào)能夠?qū)崟r(shí)自主繞開障礙、規(guī)劃最優(yōu)航線，成為一個(gè)可以應(yīng)對(duì)未知世界的“先知者”。

在“海豚1”號(hào)實(shí)船首航時(shí)，航線上出現(xiàn)了成片的浮球，浮球下方是一望無際的海產(chǎn)養(yǎng)殖場。盡管海圖上并沒有標(biāo)注出這里有養(yǎng)殖場，但面對(duì)這些定位規(guī)律不明、確切坐標(biāo)未知的浮球，“海豚1”號(hào)上裝載的激光雷達(dá)、固態(tài)雷達(dá)、全景紅外視覺系統(tǒng)以及百兆每秒的數(shù)據(jù)處理速度，讓這艘船快速做出了判斷，并在很短時(shí)間內(nèi)穿越了這片“暗礁”林立的迷亂之地，巧渡“險(xiǎn)灘”。

除“海豚1”號(hào)擁有高超決策的能力外，韓國現(xiàn)代三湖重工為韓國船東H-Line Shipping 建造的18 萬噸級(jí)液化天然氣（LNG）雙燃料散貨船“HL Nambu 2”號(hào)也具備此功能。

2023年8月24日，“HL Nambu 2”號(hào)正式交付。據(jù)介紹，該船首次搭載了AI 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化解決方案，能夠在沒有領(lǐng)航員、駕駛員、甲板員等人類船員的情況下獨(dú)立航行，扮演“AI 船員”的角色，這在全球大型商船領(lǐng)域尚屬首次，標(biāo)志著全球航運(yùn)業(yè)向“無人船時(shí)代”邁出了重要一步。該船還搭載了一個(gè)綜合設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)（HiCBM），這是一個(gè)可實(shí)時(shí)診斷、管理發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵等船舶核心設(shè)備的系統(tǒng)，通過人工智能在航行過程中事先檢測并預(yù)測故障征兆，確保航行的穩(wěn)定性和持續(xù)性。

“HL Nambu 2”號(hào)總長292 米，型寬45 米，型深24.8 米，平均航速14.5 節(jié)，可使用液化天然氣（LNG）作為燃料，與傳統(tǒng)的船用燃油相比，硫化物排放量可減少約99%，氮氧化物排放量減少90%，二氧化碳排放量減少30%，同時(shí)燃料效率提高30%以上，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保和高效航行的雙重目標(biāo)。

快速探測火災(zāi)的“決策者”

除了做出智能決策外，AI 火警系統(tǒng)成為未來船舶另一項(xiàng)超能力。

2021年11月，韓國現(xiàn)代重工集團(tuán)舉行了船舶安全管理系統(tǒng)HiCAMS 實(shí)證演示會(huì)，其自主開發(fā)的基于AI 的船舶安全管理系統(tǒng)HiCAMS 已在一艘18 萬立方米級(jí)LNG 船上首次成功應(yīng)用，這在全球造船業(yè)界是首次。

據(jù)了解，HiCAMS 作為以AI監(jiān)控船艙內(nèi)部火災(zāi)的基于圖像識(shí)別的安全解決方案，不僅可應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)控領(lǐng)域，還可擴(kuò)大應(yīng)用到油氣系統(tǒng)泄漏和人員事故等安全管理系統(tǒng)，加快建設(shè)安全的作業(yè)場所。

HiCAMS 可通過對(duì)設(shè)置在動(dòng)力艙室等區(qū)域的20 多臺(tái)閉路監(jiān)控影像和火災(zāi)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在火災(zāi)初起階段就捕捉到起火點(diǎn)產(chǎn)生的煙霧等。特別值得一提的是，該系統(tǒng)采用了人工智能自行積累數(shù)據(jù)并進(jìn)行學(xué)習(xí)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，使用普通攝像機(jī)的影像，能從源頭上消除現(xiàn)有的火災(zāi)感知傳感器中頻繁出現(xiàn)的誤報(bào)，提高了靈敏度。此外，與現(xiàn)有傳感器識(shí)別火災(zāi)需要2 分鐘左右的時(shí)間不同，該系統(tǒng)可以立即探測到火災(zāi)征兆，將火災(zāi)損失降至最低。

2023年11月，日本商船三井宣布將在其LNG 動(dòng)力汽車運(yùn)輸船的貨艙內(nèi)安裝AI 系統(tǒng)，以提供更靈敏的火災(zāi)預(yù)警能力。這些設(shè)備將安裝在其訂購的10 艘船上，共有20.4 萬載重噸、7 萬車位。英國克拉克森研究公司數(shù)據(jù)顯示，2023年以來汽車運(yùn)輸船（PCTC）新船訂單有64 艘，共147.9 萬載重噸、52.13 萬車位，市場呈火熱態(tài)勢。然而，近年來發(fā)生的數(shù)起PCTC 船火災(zāi)引起了廣泛的關(guān)注，中國臺(tái)灣長榮海運(yùn)、韓國HMM、日本海洋網(wǎng)聯(lián)船務(wù)（ONE）、集裝箱船東Seaspan 和英國勞氏船級(jí)社（LR）表示，正在研究在船舶上檢測火災(zāi)并阻止火災(zāi)蔓延的方法，首要任務(wù)是更早地進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警。

商船三井計(jì)劃借助AI 系統(tǒng)來預(yù)警火災(zāi)，AI 系統(tǒng)能夠在攝像頭捕捉到異常畫面時(shí)向船上的船員和岸上的船舶管理公司發(fā)送警報(bào)。AI系統(tǒng)能更快地偵測到煙霧，優(yōu)于已有的火災(zāi)警報(bào)器（煙霧探測器）。此外，可以從船上和陸地上查看貨艙的圖像，從而在發(fā)生火災(zāi)時(shí)更快地做出反應(yīng)。包含訂單中的10艘在內(nèi)，商船三井的船隊(duì)有62 艘PCTC，共113.3 萬載重噸、37.8 萬車位。該公司已經(jīng)在汽車運(yùn)輸船Onyx Ace 上使用貨艙攝像頭進(jìn)行了AI 系統(tǒng)的煙霧檢測能力的示范測試。通過多次測試，該系統(tǒng)的功能得到了進(jìn)一步提升，并且其有效性也得到了驗(yàn)證。

布置領(lǐng)先算法的“減碳者”

隨著全球航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展，降低排放、提高燃油效率成為了行業(yè)的重要課題。在此背景下，AI技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為關(guān)鍵。多家船東投資人工智能新技術(shù)的研發(fā)，如赫伯羅特在印度金奈新開設(shè)了一個(gè)技術(shù)中心，為航運(yùn)業(yè)提供智能軟件解決方案；達(dá)飛集團(tuán)投資AI 研究實(shí)驗(yàn)室，開展多模態(tài)大模型以及新算法研究。

業(yè)內(nèi)人士表示，有潛力降低30%排放的數(shù)字解決方案如今已經(jīng)問世，而替代燃料的開發(fā)還在進(jìn)行當(dāng)中，在數(shù)字化與減碳的雙向軌道中，關(guān)鍵是要確保脫碳成果能給盈虧底線帶來積極的影響。一旦有了合適的優(yōu)化工具，脫碳的同時(shí)也可以創(chuàng)造收益——數(shù)據(jù)所反映的重要信息使船東和租船人能夠更高效地運(yùn)營，從而節(jié)省燃料并提高TCE（等價(jià)期租租金）或凈利潤，同時(shí)最大限度地減少廢氣排放。

近日，AI 應(yīng)用有了新的研究成果，法國一家技術(shù)公司開發(fā)的軟件在船舶運(yùn)營中實(shí)現(xiàn)了高達(dá)14%的燃油節(jié)省率，為低碳發(fā)展提供了新的解決方案。其軟件應(yīng)用于船舶“Marfret Niolon”號(hào)上，通過實(shí)時(shí)獲取“精確的天氣和海況數(shù)據(jù)”，模擬出一艘由數(shù)據(jù)和AI 驅(qū)動(dòng)的“數(shù)字孿生”船舶，并在該船航行過程中為船員提供優(yōu)化建議，包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、舵角以及風(fēng)助推進(jìn)設(shè)備的部署，從而實(shí)現(xiàn)航行的優(yōu)化。Marfret 航運(yùn)公司對(duì)這一成果表示贊許，認(rèn)為燃油節(jié)省成果非常鼓舞人心，AI 技術(shù)在航運(yùn)領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)于行業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)具有重要意義。下一步，通過領(lǐng)先的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，船東和運(yùn)營方能夠在優(yōu)化船隊(duì)性能、滿足合規(guī)要求的基礎(chǔ)上，達(dá)成脫碳與盈利的雙贏。

同樣利用數(shù)字化技術(shù)脫碳的，還有新加坡船舶管理公司東太平洋航運(yùn)（EPS）。在2023年第七屆亞太地區(qū)海洋數(shù)字國際會(huì)議上，EPS 與HD 現(xiàn)代全球服務(wù)公司（HD Hyundai Global Services）簽署了一份諒解備忘錄（MoU），旨在利用數(shù)字解決方案監(jiān)測碳排放，優(yōu)化船舶運(yùn)營。

根據(jù)協(xié)議，東太平洋航運(yùn)計(jì)劃利用基于人工智能的解決方案OceanWise 促進(jìn)海運(yùn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。具體而言，通過該平臺(tái)，東太平洋航運(yùn)船隊(duì)的實(shí)時(shí)運(yùn)營數(shù)據(jù)將通過其算法進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)碳排放監(jiān)測和預(yù)測，而無需安裝額外的設(shè)備或進(jìn)行投資。同時(shí)，該平臺(tái)還能根據(jù)港口的預(yù)計(jì)等待時(shí)間和每段航程的最佳速度，推導(dǎo)出船舶的最佳航線，以優(yōu)化碳減排效果。

目前，EPS 管理著220 艘船舶，并有80 艘新船訂單。該公司透露，已在14 個(gè)脫碳項(xiàng)目上投資18 億美元，包括雙燃料船、碳捕集、生物燃料以及航程優(yōu)化技術(shù)等。