作者：郑国旺 邢玉林 王毅
来源：《航海》2021年第02期
摘 要：本文从国际海事组织对海上水面自主船舶（MASS）层级划分出发，通过对M
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ASS航行风险和其航行所需的航海保障关键技术分析，对MASS航行的各个阶段所需的航海保障服务进行了简要的分析。 关键词：海上水面自主船舶;航行风险;航海保障
0 引 言
海上水面自主船舶（Maritime Autonomous Surface Ships，简称MASS）是指在不同程度上可以独立于人员干预运行的船舶。2018年5月，在伦敦举行的国际海事组织海事安全委员会（MSC）第99次会议上，国际海事组织（IMO）提出了自主程度的初步定义，并将自主船的划分为以下4个层级[1]：
（1）船舶具有自动化程序操作和决策支持的功能;
（2）船舶具备远程遥控的功能，同时有船员在船;
（3）船舶具备远程遥控功能，无船员在船;
（4）船舶完全自主。
为方便开展论述，本文将上述4个层级按照顺序依次分为自主I级、自主II级、自主III级、自主IV级。
当前，海上水面自主船舶发展处于起步阶段，国内外在智能船舶标准指南文件的起草、软件系统开发以及船舶建造等方面都取得了突破性的进展。2019年12月15日，我国自主研发的小型自主航行货船“筋斗云0号”在珠海东澳岛首航，对于我国船舶自主航行技术的研发、测试、规范标准制定具有开创性意义。同样，海上水面自主船舶的出现将为航海保障工作提出更多要求，国际航标协会（IALA）的e—航海、信息服务及通信（ENAV）委员会在2018—2022年工作计划中对海上水面自主船舶提出了“视需要，从海上航标的角度就海上自主船舶与IMO进行联絡”和“对适用于MASS的新兴技术进行监测和报告”的工作任务，与MASS相关的航海保障服务研究也亟待丰富。
1 MASS航行风险分析
MASS的安全性一直以来都是为人瞩目的重要议题，国际上对其航行安全的风险评估研究也不在少数，作为为船舶提供航海保障服务的航海保障机构更应在充分认知MASS航行风险的前提下对其航海保障需求进行分析。MASS是船舶行业未来发展的趋势，但归根
结底仍是船舶，具备一般船舶复杂多样的航行风险。
船舶航行过程中受到内部和外部各种各样风险因素的影响，这些因素既包含航道维度、交通流、自然环境等外部风险因素，也包含人为操作的内部风险因素，涵盖了人、船、环境、管理等各个方面[2]。本文聚焦MASS层级分类及设备智能化程度高的特性，主要从硬件、软件、管理等内部风险和外部环境风险的角度进行分析。MASS航行风险框架如图1所示。
1.1 硬件风险
硬件风险包括船舶船龄、速度、吨位、密封性、稳性等船舶性能和通导、供电、动力、压载、排水系统等硬件设施。对于自主I—II级MASS船舶，设备故障可由船员现场及时解决，而对于自主III—IV级的MASS船舶来说一旦出现硬件故障，修理工作无法及时开展，会对其航行安全产生致命影响。
1.2 软件风险
基础桩 软件系统是确保航行数据有效交互的重要系统，对于自主III、IV级的MASS来说，软
件风险主要涉及船舶的系统程序，包括导航定位、危险预警、海图改正、航线设计、工况监测、环境监测、气象监控和船—船、船—岸信息交互等，准确无误的信息数据有利于及时发现潜在风险，为船舶安全航行提供决策支撑。数据泄露或软件程序遭受黑客攻击，将会导致MASS失控甚至失去联系。
描图纸 1.3 管理风险
船舶的定期维护管理、海事机构监管、航行指挥及人为因素是影响船舶安全航行的主要管理控制因素。对所有在水上航行的MASS来说，船舶硬件的损伤、腐蚀等损耗不可避免，海事机构依法监管强制执行，监管缺位、定期维修不到位都会使船舶航行安全风险加剧。对于自主I—III级MASS来说，由人主导的航行指挥失误极易导致船舶操作上的失误，从而造成严重后果。自主III、IV级MASS相比于一般船舶也更易被海盗、恐怖主义攻击劫持。高压捕鼠器
1.4 外部环境风险
外部环境风险主要由航道维度、走向等水文因素和海上碍航物、通航密度、气候等不
确定性大且不可控的因素构成。所有自主层级的MASS在航行过程中若对地理资料、水文、交通流、气象等信息掌握不清，缺少及时更新，则遭遇不利航行条件如发生船舶碰撞、触损、搁浅、沉没的风险会相应增大。同时，自主III、IV级MASS对其所航水域助航服务，即航行水域航标配布的完备状况要求相对更高。番茄加速
2 适应MASS的导助航服务关键技术
目前的航海保障服务体系可以极大程度满足自主I—II级MASS的导助航服务需求，但对于自主III或IV级高度智能化、无人化的船舶来说，现有的导助航服务体系仍需在一些关键技术上实现突破，应用新技术充分辨识MASS航行的显性和隐形航海保障需求，构建起适配各型海上航行船舶的综合智能航海保障体系才能有效保障其航行安全。从前文所述MASS航行内部及外部环境风险因素分析，结合航海保障发展趋势，本文认为可在通信保障、数据处理、船—标、船—船信息交互、应急处置等方面进一步进行技术研发。
2.1 通信保障
高度智能化、无人化的MASS对信息通信依赖程度极高，对自主III—IV级MASS来说，
任何时刻、任意地点通信中断或延迟，都会对其安全航行决策的有效执行带来致命影响，在交通繁忙水域甚至会影响到其他船舶的航行安全，酿成海事事故。因此，通信持续稳定高效是保证MASS实时更新海上安全信息，开展一切航行与决策的基本前提。在巩固和改造传统通信技术应用的基础上加强VDES、NAVDAT、卫星通信、5G等技术研发，逐步构建海上移动通信、公共网络、卫星通信等多种形式的“多元通信”的信息网络，在IMO框架要求下统一的通信标准、通信协议和接口，形成方式多样的无障碍通信保障，能够有效保障MASS基本通信需求。
2.2 数据处理
全面具体的数据分析是为MASS提供安全、准确的航行决策，确保安全航行的主要因素。船舶航行数据涵盖了船舶自身基础数据和航速、航向、位置、载重、设备工况、水文、气象等航行动态数据，信息量庞大，能够全方位体现船舶航行动态。按照IMO为实现e-航海服务而提出的海事服务集（MSP）理念，整合航海保障数据资源，按照区域协调的原则建立航海保障数据中心，充分利用云计算、大数据、物联网等现代化信息技术采集数据，结合海事测绘S—100数据模型和信息标准，统一数据格式，可为MASS提供适配其航
行计划的航行信息备案、航路生成、航線推荐等功能，同时航行数据共享也有助于促进水域通航环境安全[3]。
2.3 信息交互
航标是MASS能否顺利进出港的重要导助航设施。不同自主层级的MASS在进出港过程中对航标的需求不同，如自主I—II级MASS有船员在船的情况下，可由船员对航标进行识别并在船舶进出港过程中实施有效的人工操纵及干预。对于自主III级岸基遥控或自主IV级完全无人的MASS来说，航标尤其是海上浮动标志应能在白昼、黑夜以及各种不同气象条件如大雾、大雨等能见度不足的情况下均能被MASS有效识别，这就要求船—标之间应有一定程度的信息交互以确保船舶进出港交通安全，也就是说对于自主III或IV级的MASS，航标应有一定的主动发讯和信息反馈功能。
目前，AIS航标可实现与高自主层级的船舶信息简单交互和识别，但AIS航标存在时隙复用、信息容量、能源功耗大等问题，加快AIS航标的技术研究和创新，增强AIS航标的推广布设力度，在港口及沿岸重要区域形成AIS航标信号全覆盖，能够有效适配各类MASS的航海保障服务需求。
2.4 应急保障
不同于其他船舶，自主III级、IV级MASS船舶如发生船舱漏水、搁浅、碰撞、遭遇劫持、机械设备故障导致船舶失电或动力丧失等紧急情况时，由于其有限的自我修复能力和应急反应能力，会对自身和海域内其他船舶航行作业安全产生灾难性影响。海事和航海保障机构应能在多维、多层次的感知、收集和积累海上安全数据的基础上，通过建立船舶事故档案、大数据分析建立船舶风险模型，定期向航行MASS播发恶劣气象、航海警告、航线预警、多发故障类型等预警信息，主动为MASS提供准确、高效、个性化的预警服务。同时MASS的出现也对海事监管和航海保障应急反应工作提出了更高的要求，当MASS海损事故不可避免，海事监管和航海保障机构应在接到遇险事故数据的第一时间启动应急响应，向事故海域其他航海用户播发事故信息，分析评估并组织海上应急反应力量开展工作（包括但不限于应急扫测、应急设标和关键设备搜寻打捞等应急措施）。
3 MASS航海保障需求分析
以MASS航行一个完整航次为例，可将MASS单次航行为由准备阶段—离泊—受限水域航行—开阔水域航行—受限水域航行—靠泊等若干阶段组成的闭环系统。本文将整个航
次简化为航行准备、受限水域航行、开阔水域航行等3个阶段进行分析。
航行准备阶段是航行的第一阶段，该阶段是MASS可上传航行计划由海事管理机构进行审核备案，航行计划经海事监管部门审核通过后即可由航海保障机构为其提供导助航相关服务，准备阶段的主要航海保障需求是气象预警、智能航路设计以及航线推荐;
受限水域航行主要为港口、航道及交通繁忙水域航行，此一阶段航行条件较为复杂，主要的航海保障需求主要为航标导航需求，有效的船—标、船—岸、船—船通信必须得到保障;
开阔水域航行阶段主要的航海保障需求为船—船、船—岸通信保障、导航服务、实时数据交互更新及处理、环境监测、气象监控、船舶工况监测以及航行应急保障服务。MASS船舶航行的航海保障需求流程如图2所示。
无论哪个阶段，有效的通讯船—船、船—岸、船—标通讯和航海保障应急反应力量必须得到全天候保证。
4 结 语
海上水面自主船舶的出现将极大改变航运界的船舶运营格局，也必然会给航海保障事业带来新的挑战。航海保障服务机构应顺应时代发展趋势，在充分评估MASS面临的航行、作业安全风险基础上理解其显性和隐形的航海保障需求，坚持需求导向，以创新驱动现有的导助航服务体系智能化升级，优化适用于各类MASS的航海保障服务流程，搭建起海上航行船舶的综合智能航海保障体系，更好地为船舶提供全时、全域、全天候的航海保障服务，助力海上通航环境安全稳定。懒人床
参考文献
[1] 中国船级社.自主货物运输船舶指南（2018）.北京，2018：1.
[2] 万子谦. 船舶航行风险的识别、过滤与评估研究[D].哈尔滨工程大学，2017.
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