自动和自主

Automatic and autonomous

自动控制技术,是指操作一套执行机构,完成目标明确,过程已知的任务;

自主控制技术,是指操作一套执行机构,完成目标明确,过程相对未知的任务;

通过这个定义,自主控制可以理解为对过程中的动态因素做出反应的自动控制技术。

在船舶领域来举例子,操作船舶从A点到B点,不考虑航行过程中的动态障碍物,根据航速不同可以分为AP Track和DP Track,都属于自动控制的范畴。

航行过程中考虑动态障碍物,通过感知系统识别,通过决策系统做出反应,再通过自动控制执行,这就属于自主控制的范畴了。

感知、决策、控制作为自主的关键技术,也是目前学术和工业界研究的重点。

控制部分其实非常复杂,需要和船舶水动力以及复杂的环境力打交道,只是因为这部分内容被研究了很久,也有一些成熟的产品,所以作为自主技术的一部分,被认为是相对成熟的部分,得到的关注并不多。

事实上,在最终系统实现的时候,控制方案如何获得依然是个问题。即使有了成熟的DP Track的解决方案,控制系统接受决策系统指挥还存在不少接口和定制工作。毕竟,把本身设计给人操作的控制系统交由计算机操作,这本身就是个值得探讨的技术问题。

一旦脱离了控制,决策系统就是个纯软件问题,注意力可以集中在算法设计,由于缺乏验证手段,可以被看做门槛极低,尤其是所谓的避碰辅助系统。

在大多数情况下,脱离控制去考虑决策是不合理的,由自动控制系统带来的操作能力和限制,都应该是决策系统应该考虑的要素。最终,自主系统会(更加充分的利用操纵性)做出一些人做不出的更有效的动作,会(考虑操作性限制)避免执行一些危险的动作。

“五月花”号自主驾驶航船将横跨大西洋

IBM和英伟达提供AI技术

根据英伟达的官方消息,“五月花”号自主驾驶航船将于 2020 年 9 月起航横渡大西洋,其“AI 船长”系统依搭载了 IBM 计算机视觉技术和由 NVIDIA Jetson 提供支持的边缘系统。

 2020 年 9 月恰逢“五月花”号首航 400 周年。五月花号(The Mayflower)是英国第一艘载运一批分离派清教徒移民驶往北美殖民地的船只,1620年9月离开英国,12月到达普利茅斯。

IBM 团队介绍称:“过去两年来,该项目团队使用了超过 100 万张航海图像来训练该艘船舶的 AI 模型,这些航海图像来自于英国普利茅斯湾(Plymouth Sound)的摄像头以及开源数据库。” 本月,相关研究船将搭载“AI 船长”进行原型测试。随后,MAS 将搭载“AI 船长”于今年 9 月从英国普利茅斯启航至马萨诸塞州普利茅斯。

英伟达表示,“AI 船长”系统依靠 IBM 计算机视觉技术和由 NVIDIA Jetson 提供支持的边缘系统,可以使 MAS 安全地绕过周边船舶和其他危险。同时,该系统还会利用来自各种传感器和工具的数据做出判断,其中包括来自海况传感器、摄像头、GPS、激光雷达、声纳和 The Weather Company 气象模型的数据。

开阔水域自主航行No

智腾号,青岛港附近,连续交叉会遇避碰 20191225

实船多障碍物自主避碰功能技术验证

以下视频采用实船的航行和感知数据制作。

自北向南穿越航道,起始时受到附近的航标影响调整了一次轨迹

穿越航道时与一艘大船形成右舷交叉会遇局面,减速避让,从船尾通过后加速

右舷一艘小船形成右舷交叉会遇局面

由于距离较近,目标船速度较慢(6节)本船向右转向避让,从船尾通过

注:试验船配备基于雷达和机器视觉的感知系统

注:试验船配备了增强的航迹控制系统和动力定位控制系统

CCS智能船舶规范2020

中国船级社发布了新版的《智能船舶规范》2020,将于2020年3月1日生效。

与2015版相比,除了智能船舶1.0相关内容的修订,增加了第8章远程控制船舶,第9章自主操作船舶。

远程控制船舶包括两个功能标志:
R1 — 船舶主要功能由远程控制站控制操作,船上船员对船舶状态进行监视,在应急情况或必要时接管船舶的操作,根据设计确定船舶运行场景,对非远程控制的系统和设备进行操作;
R2 — 船舶由远程控制操作,船上无船员。

自主操作船舶包括三个功能标志:
A1 — 船舶从锚地到锚地能实现自主操作,并由远程控制监视,必要时远程控制站可对船舶实施远程控制。船舶进出港和靠泊时由船员和/或引水员操作。
A2 — 船舶从锚地到锚地能实现自主操作,并由远程控制监视,必要时远程控制站可对船舶实施远程控制。船舶进出港和靠泊时由远程控制站操作。
A3 — 船舶从泊位到泊位能实现自主操作,并由远程控制监视,必要时远程控制站可对船舶实施远程控制。

国内首艘智能航行集装箱船“智飞”号建造项目正式启动

新闻来源: 中国船级社
https://www.ccs.org.cn/ccswz/font/fontAction!article.do?articleId=8a8182096efcbf7c016f168e4ce71869

近日,青岛造船厂有限公司与智慧航海(青岛)科技有限公司在青岛签订300TEU智能航行集装箱船“智飞”号建造合同,中国船级社(CCS)将负责该船的审图和检验。

“智飞”号是 “基于船岸协同的船舶智能航行与控制关键技术”科研成果集中应用的示范船,集成了由交通运输部水运科学研究所、大连海事大学和智慧航海(青岛)科技有限公司等国内多家科研机构和企业研发的智能航运专业技术并进行应用。该船将于2020年上半年开工建造,2021年交付使用。届时“智飞”号将成为我国首艘具有智能航行能力的面向商业运营的集装箱船。

“筋斗云0号”开启自主航行的探索与实践

新闻来源:中国船级社
https://www.ccs.org.cn/ccswz/font/fontAction!article.do?articleId=8a8182096efcbf7c016f1167be466556

12月15日,珠海东澳岛,随着一声汽笛响起,装载岛上特产的“筋斗云0号”正式启航。

筋斗云项目由珠海市、中国船级社(CCS)、武汉理工大学和云洲智能科技有限公司共同发起,目的是通过实船的建造,实现自主航行技术的落地。为技术研发、测试验证以及规范标准制定提供平台。

“筋斗云0号”由云航智能技术有限公司研发,按照CCS《沿海小船入级与建造规范》要求设计和建造,在满足常规船舶规范的同时安装了自主航行系统,此前已完成多次远程遥控和自主航行试验。

2019年6月召开的第101届IMO海安会通过了《海上水面自主船(MASS)临时试航导则》,项目团队将联合相关方在导则框架下开展评估和测试工作,这将对于船舶自主航行技术的研发、测试、规范标准制定有重要意义。

交通运输部等七部门联合发布《智能航运发展指导意见》

2025年建成全球智能航运发展创新中心

来源:中国交通新闻网
http://www.zgjtb.com/2019-05/17/content_221523.htm

记者从5月16日在青岛召开的2019智能航运发展工作推进会上获悉,日前交通运输部联合中央网信办、国家发展改革委、教育部、科技部、工业和信息化部、财政部7部门发布《智能航运发展指导意见》(简称《意见》),为智能航运未来30年发展指明方向。交通运输部副部长何建中出席会议并讲话。

  智能航运是传统航运要素与现代信息、通信、传感和人工智能等高新技术深度融合形成的现代航运新业态,包括智能船舶、智能港口、智能航保、智能航运服务和智能航运监管五方面基本要素。根据《意见》,到2020年年底,我国将基本完成智能航运发展顶层设计;到2025年,突破一批制约智能航运发展的关键技术,成为全球智能航运发展创新中心;到2035年,较为全面地掌握智能航运核心技术,智能航运技术标准体系比较完善;到2050年,形成高质量智能航运体系,为建设交通强国发挥关键作用。

  何建中指出,在全球智能航运发展尚处于初期阶段的今天,我国抢抓机遇,推进智能航运发展是切实贯彻落实习近平总书记重要讲话精神的具体行动,也是以技术创新为引领,实现航运业由大到强的结构性调整和高质量发展的必然选择。

  何建中强调,要从五个方面扎实推进智能航运健康有序发展。一是准确把握《意见》的总体要求,按照近期、中期、远期目标,分阶段落实十项重点任务;二是开展智能航运发展3年行动,明确路线图,抓好试点示范,突破关键技术;三是以法规、标准、规范制定为重点,加快构建智能航运治理体系;四是全方位推进交流与合作;五是不断完善推进机制和激励政策,发挥部门协同推进和政策引导作用,加快研究成果的推广应用。

  山东省政府党组成员凌文、青岛市副市长薛庆国以及相关政府部门、企业、研究机构代表参加会议。会议期间,代表们还参观了青岛智能航运技术创新与综合实验基地,并观看自主航行试验船“智腾”号远程操控演示。

国内首艘无人驾驶试验船“智腾”号试水

来源: 青岛日报
http://news.qingdaonews.com/qingdao/2019-05/17/content_20362302.htm

智能航运技术创新与综合实验基地演示海上航行无人驾驶新成果

国内首艘自主航行系统实验船“试水”

青岛日报/青岛观/青报网讯 5月16日,国内首艘无人驾驶自主航行系统实验船——“智腾”号在位于青岛蓝谷的智能航运技术创新与综合实验基地“下水”航行,向前来参加2019智能航运发展工作推进会的代表现场演示了该船具备的驾驶功能:人工驾驶、远程遥控及自主航行,以及水下避碰和自动靠离泊等功能。

“智腾”号船长21.08米,宽5.40米,型深2.20米,吃水0.7米,排水量约25吨,设计航速14节,由智慧航海(青岛)科技有限公司投资研发,是为给300TEU自主航行集装箱实验船——“智飞”号的建造提供依据和支撑。

“‘智腾’号是一艘智能化船舶,包含自主驾驶系统、态势感知系统、通导系统、动力控制系统、全船数据平台和船岸通讯系统,具备自动避碰、自主航行水下避碰、自主靠离泊、自主循迹和自主航行控制功能。”智慧航海(青岛)科技有限公司研发人员介绍说,“智腾”号自主驾驶系统核心在于融合水动力特性和控制技术,建立“无人船”的三自由度操纵模型和控制方法,在螺旋桨、舵和其它推进器之间完成最佳推力分配,在符合推进器硬件约束的条件下,具有位置、艏向的保持和调整能力,可实现高速状态下沿指定航线航行的能力和自主离靠泊能力。

“‘智腾’号将为自主航行系统的研发提供测试平台,加快研发成果转化。”该研发人员对此表示。

据了解,根据科技部国家重点研发计划,作为我国首个智能航运技术创新与综合实验基地,率先建造300TEU自主航行集装箱实验船——“智飞”号。目前,“智飞”号正处于设计建造阶段。

去年5月,智能航运技术创新与综合实验基地由交通运输部水运科学研究院与智慧航海(青岛)科技有限公司在青岛蓝谷联合启动,旨在促进智能航运的关键技术研发,创造先行先试的基础条件。(记者 张华)