научный журнал «Актуальные исследования» #21 (100), июнь '22

Концепция интеллектуальной навигационной сети для применения в системах автономного судовождения

В статье излагаются основные тенденции развития морских автономных и дистанционно управляемых судов, интеллектуальных систем на водном транспорте и обосновывается необходимость применения систем искусственного интеллекта (ИИ) для обеспечения беспилотного и автономного судоходства.

Аннотация статьи
водный транспорт
автономное судовождение
искусственный интеллект
Ключевые слова

ВведениеВ настоящее время многие гиганты IT отрасли ведут разработки, которые призваны существенно улучшить существующие интеллектуальные системы. Искусственный интеллект (ИИ) уже начал влиять на логистику, оптимизируя и улучшая цепочки поставок. Исследования показывают [1], что ИИ может приносить от 1,3 трлн до 2 трлн долларов в год. Согласно рыночному отчету [2], к 2030 году рынок автономных судов достигнет 13,8 миллиарда долларов.

Считается, что одним из перспективных направлений развития водного транспорта считается беспилотное судовождение. Ожидается, что данная технология будет обладать рядом преимуществ в сфере морской и речной логистики. В связи с этим, разработка системы с элементами ИИ, способного управлять как отдельными судами, так и целой сетью судов является одним из приоритетных направлений развития единой водной сети Российской Федерации. Одним из важных шагов в этом направлений является формулировка реалистичной концепции подобной системы.

Для достижения данной цели нами ставятся следующие задачи:

  1. Сформулировать основные проблемы внутренних водных путей, существенные для эксплуатации систем автономного судоходства.
  2. Выявить особенности эксплуатации автономных судов
  3. Предложить концепцию системы ИИ, обеспечивающей возможность автономной навигации группы судов с возможностью удаленной поддержки и контроля.

На сегодняшний день применение искусственного интеллекта коренным образом изменило многие транспортные компании и целые отрасли. Интеллектуальные системы уже доказывают свою эффективность, в частности при параллельной обработке данных (big-data технологии), которые было бы невозможно включить в единый процесс принятия решений без применения ИИ. Текущий прогресс демонстрирует новые возможности в судостроении и навигации, поскольку технологии начинают играть гораздо более заметную роль в коммерческом судоходстве. С применением интеллектуальных алгоритмов обработки данных система способна предлагать решения, ведущие к эффективной разработке стратегии и плану действий.

Важность применения передовых технологий в логистических компаниях уже доказана многими аналитическими компаниями. По данным опросов McKinsey [3], 61% руководителей производства сообщают о снижении затрат, а 53% сообщают о росте доходов в результате внедрения искусственного интеллекта в цепочку поставок. Отмечается, что технологии искусственного интеллекта повышают эффективность систем, с которыми происходит интеграция. Однако, чтобы эффективно раскрыть потенциал новых технологий, следует учесть переходный этап в интеграции ИИ как с традиционными информационными системами, так и с существующими кадровыми ресурсами. В связи с этим, внедрение интеллектуальных технологий в транспортных отраслях имеет стратегическое значение, как для отдельных предприятий, так и для отрасли в целом.

Исследование автономных судов показало, что судовладельцы все больше заинтересованы в применении новейших технологий из-за потенциальной экономии энергопотребления, а также снижения затрат, связанных с персоналом, его здоровьем и безопасностью, эксплуатацией судна. Считается, что беспилотный транспорт позволит повысить безопасность доставки, а также решить известный ряд проблем в сфере внутренних водных перевозок, в частности [4]:

  • относительно низкая скорость перевозок ввиду особенностей имеющихся водных маршрутов не позволяет конкурировать на равных с автомобильным и железнодорожным транспортом;
  • функционально-возрастная структура флота, техническое состояние и сложности в модернизации способствуют повышению числа аварий.
  • состояние важнейших компонентов транспортной инфраструктуры отрасли - водных путей и гидротехнических сооружений на них создает реальную угрозу потери Россией единой глубоководной системы как транспортной артерии.

Отмечается [5], что параметры внутренних водных путей и судоходных гидротехнических сооружений, особенно межбассейновых каналов, находятся на недостаточном для безопасного судоходства уровне (по состоянию на 2019г. – каждый четвертый).

Совокупное негативное влияние вышеперечисленных проблем обусловливает низкую инвестиционную привлекательность предприятий отрасли, падение объемов перевозок грузов и пассажиров, негативные тенденции в изменении структуры перевозимых грузов. Тем не менее, развитие внутренних водных перевозок является одним из стратегических направлений развития транспортной системы Российской Федерации. Одним из ключевых преимуществ внутренних водных путей являются значительные резервы пропускной способности при ограниченных возможностях развития сети железнодорожных и автомобильных путей, в том числе подъездных путей к морским портам, безальтернативность в ряде регионов.

В 2020 году Российским морским регистром судоходства был представлен документ, дающий основные определения и оценку т.н. “морских автономных и дистанционно управляемых судов” (далее - МАНС) [6].

Одна из самых больших трудностей интеграции интеллектуальных систем на МАНС является то, что суда должны взаимодействовать с текущими стандартами и правилами, применяемых повсеместно. Необходимость правового регулирования в настоящее время отмечена ИМО. На 103-й сессии комитета по безопасности на море Международной морской организации (ИМО), центральным вопросом встречи стало обсуждение необходимости внесения изменений в конвенции и кодексы ИМО для обеспечения возможности использования морских автономных надводных судов (МАНС). С одной стороны, к МАНС должны быть применены основные международные морские конвенции: МППСС-72, СОЛАС-74, ПДНВ-78; а с другой – обеспечиваться постепенный процесс внедрения новых технологий с целью изменения набора задач и обязанностей экипажа судна. Рабочая группа ИМО просто определила четыре «степени автономии» для облегчения своей работы.

Четыре степени [7]:

  1. Системы базовой автоматизации с поддержкой принятия решений:
  2. Дистанционно управляемое судно с экипажем на борту.
  3. Дистанционно управляемое судно без экипажа на борту.
  4. Полностью автономное судно.

Поскольку суда строятся с учетом автоматизации, отрасли морского регулирования и страхования должны будут адаптировать свой подход. Международный поставщик страховых услуг Lloyd's Register одним из первых разработал и возглавил стандарты для беспилотных судов с «Кодексом для беспилотных морских систем», составленным с целью установления минимальных стандартов и ожиданий. Этот кодекс был составлен в связи с ожидаемым внедрением и разработкой беспилотных морских систем в ближайшем будущем. Такой кодекс свидетельствует о влиянии технологических достижений на то, что страховщики и лидеры отрасли сочтут безопасным. строительство и обслуживание беспилотных судовых систем. Кодекс также свидетельствует о влиянии, которое такие разработки окажут на меняющиеся ожидания, долговечность и возможности судов, и прямую связь с определением мореходных качеств.

Правовые вопросы и проблемы, связанные с автономным судоходством, а также решения, необходимые для их решения, будут различаться в зависимости от того, какой выбор будет сделан в отношении укомплектования персоналом, местоположения экипажа и уровня автономии. Небольшое количество существующих требований ИМО создает прямые правовые конфликты, которые исключают развитие в пользу автономии. В то время как конфликты необходимо будет разрешать путем внесения поправок в существующие конвенции, менее значительные противоречия могут быть устранены посредством толкований или общих договоренностей, которые могут быть достигнуты с помощью менее формальных мер. Например, уровень укомплектования персоналом должен быть юридически отделен от местонахождения экипажа, поскольку мостик корабля, который постоянно обслуживается из удаленных мест, вызывает юридические вопросы, отличные от сценария, когда мостик полностью не обслуживается. Проблемы с необслуживаемым мостиком, в свою очередь, зависят от того, доступны ли члены экипажа (на борту или удаленно) в кратчайшие сроки, чтобы вмешаться, или ожидается, что судовое оборудование разрешит все ситуации автономно. Каждое требование или функцию необходимо оценивать отдельно.

Современные концепции, предлагающие введение и эксплуатацию судов МАНС, часто предполагают наличие берегового центра управления, который предназначен для мониторинга состояния таких судов и их текущих навигационных и технических процессов. К примеру, в проекте MUNIN такой центр обеспечивал возможность прямого дистанционного управления при необходимости. Однако, с внедрением на судах систем удаленного управления и модернизация до МАНС, существенно возрастет нагрузка на диспетчерско-операторский персонал и “удалённых судоводителей”. Ожидается [8], что в переходе к автономному режиму работы групп судов, одна диспетчерская, к примеру, на головном судне сможет одновременно вести удаленный контроль и управление сразу всеми судами группы. Это позволит оптимизировать число персонала на судах и улучшить координацию их работы.

Таким образом, применение высокотехнологичного оборудования, а также новых условий выполнения задач в море потребует проведения дополнительного обучения экипажей судов и будет способствовать повышению общей квалификации плавсостава.

В настоящее время, в РФ известны несколько организаций, занимающиеся разработкой и внедрением МАНС. В рамках пилотного проекта предприятия «Росморпорт», будет выполняться проверка способности аппаратуры получать и транслировать информацию об окружающей обстановке и параметрах судна, выполнять удаленные команды, а также тестирование режима автоматического и дистанционного управления судном [8]. В этом отношении, отмечается необходимость специальной подготовки экипажей, повышения их знаний и навыков для работы в цифровой среде судоходства. К примеру, компания «Морспецсервис» совместно с рядом дальневосточных университетов будет осуществлять подготовку судоводителей в условиях качественного изменения отрасли, а также перехода на автономное судовождение [9].

Существенно то, что при принятии новых стандартов, рынок может столкнуться риском кадрового дефицита, поскольку не все судоводители будут обладать необходимыми компетенциями для работы с МАНС. Технологические изменения в морской отрасли могут привести к деактуализации навыков экипажа, поскольку автоматизация постепенно замещает функции человека на борту. Это означает, что на первых этапах внедрения МАНС, бизнес будет искать квалифицированных специалистов для управления новыми системами. Известно, что в настоящее время в РФ при поддержке МАРИНЕТ предпринимаются меры, для своевременного обеспечения отрасли необходимыми специалистами.

В 2020 году исследователями было высказано предположение [10], что по мере того, как судоходная отрасль движется к более автоматизированным судам, в переходный период потребуются два типа моряков: традиционный капитан на борту судна и помощники, которые контролируют интеллектуальные системы на борту судов.

Также очевидно, что на этапах внедрения МАНС судовладельцы и предприятия столкнутся с трудностями, связанными с отсутствием экипажа на судне. Для большинства типов судов навигация является основной функцией корабля с точки зрения необходимости наличия экипажа [11]. Один или несколько членов экипажа имеют квалификацию навигатора, ответственных за оценку состояния и планирование действий. Кроме того, один или несколько членов экипажа - квалифицированные специалисты по обеспечению надежности, а также контроля над системами и приводами. Следует отдельно отметить, что любое судно, которое перевозит пассажиров, почти наверняка сохранит потребность в высококвалифицированной команде, которая будет на борту, как минимум, для наблюдения и реагирования на чрезвычайные ситуации.

По мере внедрения Судоходства 4.0, экипажи судов должны овладеть новыми компетенциями и технологиями, связанными с МАНС, а также применять передовые технологии в судоходстве на практике. Разрабатываемые стандарты должны обеспечивать безопасные методы эксплуатации судов, оценить все риски для судов и персонала, информировать о методах противодействия рискам на берегу и на борту судов. Поскольку для безопасного управления судном любой объект или параметр, который может повлиять на навигацию, должен быть своевременно обнаружен, на сегодняшний день оценка ситуации производится людьми на основании данных с датчиков и наблюдений за внешней обстановкой.

Однако, для замены обслуживающего персонала автономные навигационные системы судна (далее – АНС) также должны заменять восприятие бортовых навигаторов-людей [11]. В целях безопасности, отмечается необходимость в регулярном проведении техобслуживания, сбора данных самодиагностики систем и агрегатов судна, использование контрольных карт и опечатывания груза перед отбытием судна из порта, поскольку в условиях автономной навигации прямое взаимодействие членов экипажа и ремонт неисправных компонентов и агрегатов будут неосуществимы.

Поскольку позиционирование судна будет иметь решающее значение для морских и речных операций, в отсутствие экипажа на борту АНС могут нуждаться в альтернативных методах позиционирования, к примеру – в случае потери связи с глобальными навигационными системами, так как местоположение судна является критичным для безопасной эксплуатации. В определенных обстоятельствах доктрина отклонения ясно дает понять, что суда, которые сталкиваются с судном, терпящим бедствие, могут отклониться, чтобы спасти жизнь. Это создает особые трудности при реализации для автономных судов.

Надежность датчиков также должна быть сохранена во время навигации судна. В связи с этим, считается целесообразным проведение тщательной проверки МАНС во время пребывания в порту, а также дублирование всех важных агрегатов и систем судна, поскольку в случае аварии судно не будет иметь на борту экипаж для обеспечения ремонта во время навигации. Так, надежность всех компонентов должна обеспечиваться на протяжении всего срока службы судна и подвергаться, как локальным самотестированиям, так и периодическим проверкам с участием персонала.

Ситуационная осведомленность потребует, чтобы все обнаруженные объекты или условия, а также любые изменения в состоянии судна должны быть классифицированы с целью оценки и прогнозирования. Таким образом, вся информация должна собираться и использоваться для анализа состояния корабля в любой момент времени. Кроме того, информация должна быть доставлена максимально быстро и надежно, в целях обеспечения удаленного оператора всей необходимой информацией, что позволит последнему давать корректные указания судну.

Существует мнение [11], что экипаж несет ответственность за почти 70% аварий на судах. Отмечается, что замена команды судна, особенно средней и низкой квалификации на надежные технологии для автоматизации судоходства, будут иметь потенциал значительного повышения безопасности навигации. В связи с этим, отмечается необходимость компромисса между полной автономностью, и дистанционным управлением. Для повышения уровня автоматизации на борту судов потребуются новые стандарты определения моряка, а также четкое разделение ролей и обязанностей между обслуживающим персоналом, удаленными операторами и капитаном.

Обеспечение безопасного и эффективного плавания на волнении – одна из важных задач экипажа судна. Ежегодно сотни морских судов терпят аварии из-за штормов. Многие эксперты свидетельствуют, что к числу основных причин аварий относятся неправильные решения судоводителей при управлении судами в сложной гидрометеорологической обстановке и неполное знание ими мореходных качеств судна. Следует также признать, что в основе неудовлетворительности принимаемых судоводителем решений нередко лежит и трудность получения достаточно точной и полной информации о состоянии внешней среды и судна, отсутствие времени на проведение расчетов и подготовку обоснованных решений.

С одной стороны, если корабль имеет автономную систему навигации, она (в теории) сможет надежно контролировать корабль, когда связь с оператором недоступна. С другой стороны, если судно будет иметь только автономную навигационную систему, надежность будет зависеть от способности алгоритмов производить анализ состояния и планирование действий, чтобы принимать правильные решения для любых сценариев и в любых условиях. Однако дистанционное управление особенно уязвимо к задержкам в канале связи и потере подключения, что в дальнейшем может стать причиной аварии. Таким образом, для функции дистанционного управления, человеческая ошибка будет способствовать возникновению несчастных случаев, но также и являться фактором предупреждения аварий на судах.

К примеру, сегодня у Carnival Corporation имеется полностью функционирующий центр мониторинга на берегу в Гамбурге. На нем круглосуточно и без выходных работают два опытных капитана, которые контролируют флот из 37 судов и обеспечивают навигационную поддержку команды на мостике. Все данные о состоянии флота передаются в центр управления в режиме реального времени. Если одно из наблюдаемых судов выходит за пределы запланированного окна трека, группа мониторинга получает предупреждение и немедленно связывается с судном, если не может определить действительную причину отклонения. Аналогично, удаленный оператор должен уметь вовремя осмыслить предоставленную информацию и принимать правильные решения. Это обстоятельство накладывает определенные требования о связи между кораблем и удаленным центром управления, и на квалификацию удаленного оператора.

Однако для удаленного обслуживания следует решить ряд задач. Первая задача – обозначить необходимые компетенции операторов МАНС, поскольку на начальных этапах внедрения МАНС не все операторы могут иметь практический опыт в управлении судном. Ранние исследования показали [12], что участники с навигационным опытом действовали более эффективно, с более частым использованием УКВ для координации действий при маневрах с другими кораблями вокруг. Также опытные штурманы более внимательно учитывают характеристики маневрирования и более внимательно наблюдают за реакцией на маневр. Таким образом, для решения вопроса о компетенциях будущих операторов МАНС, практические навыки управления судном будут иметь решающее значение для обеспечения безопасного и эффективного судоходства.

Вторая задача – разрешить любые потенциальные конфликты между автономными и обычными судами, когда они работают в общих морских районах. Последнее также требует согласования стандартов обмена данными для облегчения безопасного ведения плавания, когда два разных типа судов работают в одном районе.

Таким образом, для повышения эффективности перевозок судами МАНС, предлагается создание единой управляющей одноранговой сети с применением технологий ИИ, наследуя общие потоки данных для всех узлов ИИ. Так управляющий ИИ получит актуальный набор данных, необходимых для обеспечения работоспособности автономного судоходства. Архитектура peer2peer обеспечит отказоустойчивость управляющей сети ИИ.

Отметим, что МППСС и иные базовые международные конвенции по безопасности должны быть встроены в алгоритмы принятия решения. В связи с этим, все инструкции должны быть достаточно гибкими для описания ситуации и в то же время иметь четкую интерпретацию для систем ИИ. Обучение алгоритмов может быть выполнено на основе данных, сгенерированных симулятором. В таком случае, при реализации технологии на начальных этапах все решения ИИ должны проверяться в симуляциях с использованием реальных сценариев. После верификации на симуляторе следует полномасштабное тестирование для проверки работоспособности цифрового двойника.

Следует отметить, что на сегодняшний день существуют уже готовые решения в сфере автономного судоходства. Паромный оператор Stena Line представил автономное судно с элементами ИИ. Функционал этого судна позволяет спрогнозировать наиболее экономичный способ управления судном на конкретном маршруте. ИИ учитывает ряд переменных, таких как течения, погодные условия, мелководье, скорость судна в воде, с использованием анализа в различных комбинациях маршрута, что было бы трудозатратой задачей для штурмана-человека. ИИ судна предоставляет решения, которые в дальнейшем должны служить опорой для решений капитана. К примеру, поставщик морских технологий Sea Machines разработал «Систему Sea Machines 300», которая может быть применена к существующим и новым судам. Система соединяется со всем бортовым двигательным, рулевым и тяговым оборудованием для активного управления судном, а также с необходимыми приборами и датчиками. Подобная технология может выполнять навигационные задачи судов с использованием общих алгоритмов задач. Функционал данной системы в дальнейшем может быть масштабирован. Данные поступают в центральную систему для комбинированного анализа, в результате чего выдается конечный результат, позволяющий либо начать рейс, либо провести ремонт.

Однако ИИ в его нынешнем виде не является полностью самодостаточным. Современные системы на основе технологий ИИ имеют узкую направленность и неприменимы в сложных ситуациях. В связи с этим, на начальных этапах внедрения отмечается острая необходимость в тестировании при поддержке оператора.

Учитывая большой объем данных, обрабатываемых системами искусственного интеллекта, любая ошибка в системе МАНС будет сопряжена с рисками некорректной работы, что в худшем случае может повлечь аварию. Как и в случае с любым компьютерным программным обеспечением, система также может столкнуться с угрозами кибербезопасности.

Встает необходимость в обученной и всеобъемлющей системе, которая может почти мгновенно принимать решения относительно неожиданных обстоятельств. Хотя большинство обстоятельств прописаны в действующем законодательстве, непредсказуемость и уникальный характер каждого события требуют отдельного рассмотрения. В целях снижения рисков безопасности и контроля над сетью автономных судов предлагается внедрение операторских терминалов с правом переназначения действий любого автоматического судна сети. В этом случае каналы связи с сетью должны быть дублированы, с целью уменьшения числа возможных отказов, а также проведена работа с персоналом для противодействия атакам с применением социальной инженерии.

В исследованиях [13], отмечалось, что потенциальный конфликт будет существовать, когда автономные и обычные суда будут работать в общих морских районах. Также была обоснована необходимость работы капитанов судов совместно с компьютерными экспертами в автономном береговом центре управления судном для обеспечения безопасного и эффективного морского судоходства. Таким образом, в режим работы ИИ требуется внести порядок работы с каждым, из возможных агентов водного пространства. Здесь предлагается следующее разделение по степени автоматизации и возможности взаимодействия:

  • автономные суда – участники сети. Сеть ИИ осуществлять прямое управление данными судами.
  • операторы сети. Предоставляют сети беспилотников данные, необходимые для работы, а также прямые команды, при необходимости.
  • автономные суда/суда с дистанционным управлением без возможности радио-взаимодействия. Сеть будет учитывать текущий маршрут данных участников движения, и подстраиваться под их движение.
  • неавтономные суда/суда с дистанционным управлением, а также обслуживаемые объекты инфраструктуры, которые поддерживают стандартное радио-взаимодействие с экипажем или оператором судна. Судно сети будет самостоятельно предоставлять данные о своем курсе и ближайших маневрах, а также предлагать возможные варианты расхождения для капитанов и операторов других судов.

В случае потери связи судна управление будет осуществляться локальным ИИ-агентом до повторного подключения или до прибытия в точку назначения, в случае полного отказа системы связи.

Архитектура подобной системы в обязательном порядке должна включать:

  • Локальную систему принятия решений с применением технологий ИИ
  • Автономную навигационную систему (АНС), в составе которой находятся
  • Модуль интеграции навигационной информации (Глонасс, радар/лидар, средства визуальной навигации, средства подводной навигации)
  • Модуль автоматического расхождения и маневрирования
  • Модуль удаленного управления
  • Модуль оценки мореходных качеств судна
  • Систему координированного управления движением
  • Обзорно-поисковую систему, предназначенную в т.ч. для автоматического обнаружения и распознавания объектов с применением технологий машинного зрения
  • Системы самодиагностики с доступом к судовым системам и агрегатам
  • Терминал дистанционного управления, включая интерфейсы ко всем системам и джойстиковую систему управления, а также подсистему связи
  • Систему связи узла с центром дистанционного управления
  • Интерфейсы к существующим конвенционным системам на борту судов.

Одним из условий безопасной и эффективной перевозки грузов морем является хорошая мореходность судов. Мореходностью обычно называется способность судна к безопасному плаванию в условиях интенсивного морского волнения и ветра с возможностью эффективного использования всех бортовых систем и механизмов. Т.е. мореходность – это комплекс свойств, обеспечивающих судну выполнение своего назначения в заданных гидрометеорологических условиях. Чтобы понять, как автономное судно будет определять свои собственные мореходные качества, требуется рассмотреть современное положение технологических возможностей, доступных судостроителям и поставщикам навигационных систем, а также подход, принятый отраслью морского страхования при обеспечении структурированных требований к беспилотным судам. 

Очевидно, что чем раньше и надежнее можно предсказать поведение судна в ожидаемых погодных условиях, тем безопаснее и эффективнее можно осуществлять эксплуатацию судна [14].

Достаточно полный для принятия обоснованных решений контроль мореходности судна в процессе рейса включает такие операции:

  • измерение параметров, характеризующих состояние судна и внешней среды;
  • расчет параметров мореходности по данным о ветре и волнении;
  • оценку мореходности;
  • вычисление элементов волнения по данным качки;
  • определение областей допустимых режимов движения;
  • нахождение оптимального режима движения;
  • расчет требуемого балластного состояния судна;
  • прогноз мореходности судна на ожидаемые условия плавания и ряд других.

Анализируя традиционную методику контроля мореходности, можно отметить следующие ее недостатки:

  • необходимость затрат времени судоводителя на измерения и расчеты;
  • большие интервалы времени между наблюдениями, невозможность измерений параметров волнения в ночных условиях;
  • оценка неполного вектора мореходности;
  • большие погрешности измерений, расчетов, субъективных оценок;
  • значительная роль субъективного фактора как источника возможных ошибок, невозможность на основе опыта идентифицировать ряд неблагоприятных для судна ситуаций и получать количественные оценки;
  • необходимость формирования решений на основе недостаточно полной и точной информации. Отмеченные недостатки традиционной методики составляют одну из причин неэффективности принимаемых решений по управлению судном в штормовых условиях.

В настоящее время созданы устройства для измерения параметров волнения, слеминге, заливаемости, движения корпуса на качке, напряжений элементов корпуса и т.д. Бортовая система контроля мореходности (АСКМ) представляет собой информационную систему, которая получает, хранит, обрабатывает информацию, необходимую для оценки, прогноза и оптимизации мореходности судна, и отображает результаты обработки в виде, облегчающем принятие решений по обеспечению безопасности судна и груза [14].

Параметры волнения в этих системах рассчитываются с помощью компьютера по данным о качке или извлекаются из информации РЛС. Для измерения параметров качки применяются инерциальные датчики линейных и угловых перемещений, а также специальная спутниковая аппаратура. К инерциальным устройствам относятся гироскопические датчики вращений и акселерометры, измеряющие линейные ускорения. Имеются и комбинации этих датчиков, так называемые инерциальные измерительные модули.

Серийно выпускаются и приборы для измерения напряжений элементов корпуса – тензометры (электрорезисторные и волоконно-оптические). Они позволяют измерять напряжения в основных связях корпуса, вызванные статическими и динамическими нагрузками, в том числе и действием морских волн.

Главная идея контроля мореходности судна в управляющей системе состоит в мониторинге характеризующих ее параметров, в сравнении их значений с допустимыми границами, в предупреждении состояний, когда текущие значения параметров мореходности приближаются к операционным ограничениям или превышают их. Дополнительно система может вырабатывать рекомендации, как изменить курс и/или скорость, чтобы избежать опасных ситуаций. Таким образом, считается необходимым, чтобы АСКМ могла для текущих и/или задаваемых условий погоды определять безопасные режимы движения каждого судна сети и рекомендовать их регулирующей подсистеме, а также оператору.

Необходимо также отметить новые возможности оперирования с гидрометеорологической информацией. В настоящее время от служб данные могут поступать в управляющую сеть и использоваться при расчетах мореходности и повышению осведомленности.

Процесс контроля мореходности начал автоматизироваться на судах с конца 1970-х годов. В настоящее время известно три основных направления автоматизации контроля мореходности:

  • автоматизация расчетов;
  • автоматизация измерений;
  • комбинированная.

Третье направление объединяет положительные стороны двух первых подходов. Оно свободно от их основных недостатков и имеет дополнительные преимущества. Среди них следует назвать возможность уточнения по измерительной информации математических моделей, используемых для прогнозирования реакции судна на волнение, а также параметров самого волнения.

Однако, несмотря на гибкость общего права и статутную позицию гарантии мореходных качеств, понятие самоопределяющейся мореходности будет всеобъемлющим только на последнем этапе полной интеграции и принятия в отрасли, если требования мореходных качеств и его рамки будут соблюдены. без изменений. Это происходит из-за непредсказуемости участия человека и природных сил, поскольку для того, чтобы судно было разумно сочтено мореходным, оно должно быть способно противостоять обычным опасностям на море. Для этого нужен грамотный капитан и экипаж, которые обеспечивают навигацию и делают выводы на основе того, что обнаружено в их путешествии. Для такого эквивалента, соответствующего человеческим возможностям, потребуется высокоразвитая система с постоянной связью, обнаружением морских объектов и прогнозированием погоды на основе скомпилированных данных о погоде.

Таким образом, автономный флот, связанный интеллектуальной сетью, получат ряд преимуществ, в частности:

  • Самостоятельная разработка оптимальных маршрутов в условиях взаимодействия с внешними судами. Это позволить разгрузить операторов высоконагруженных акваторий портов, позволяя сосредоточиться на береговых операциях
  • Оперативное реагирование на изменение внешних параметров (таких, как метео- и гидроусловия). Это также позволит оперативно вносить изменения в маршруты судов при неблагоприятной обстановке, а также оперативно вносить изменения в навигационные данные и карты, в т.ч. карты морского дна
  • Самостоятельная работа судна на сложных участках своего маршрута.
  • Повышение производительности труда операторов автономного судоходства, за счет увеличения числа одновременно обслуживаемых судов
  • Повышение навигационной безопасности судна за счет уменьшения влияния человеческого фактора

Что касается судов с дистанционным управлением, как упоминалось выше, группа удаленных операторов с берега играет основную роль в навигации и управлении судном, аналогично тому, как это делается на мостике традиционного пилотируемого корабля. Поэтому предполагается, что береговые операторы судов, вероятно, способны выполнять свои обязанности таким же образом. В связи с этим возникла еще одна заметная дилемма, возникшая в связи с концепцией автономных судов: следует ли рассматривать берегового судового диспетчера как команду корабля. Прежде чем делать интерпретацию по этому вопросу, необходимо принять во внимание несколько технических аспектов, характерных для автономных судов. Поскольку берегового контроллера нет на борту корабля, поддержание осведомленности о ситуации становится более важным, чем когда-либо прежде, для безопасного и эффективного управления судном. В этом смысле качество данных, предоставляемых береговому оператору, а именно центру дистанционного управления, имеет первостепенное значение. Если актуальная и важная информация о местонахождении самого судна и транспортной ситуации вокруг судна полностью доступна оператору в центре дистанционного управления, который будет доступен на мостике судна, было бы неуместно оценивать берегового оператора как экипаж, по крайней мере, в техническом аспекте вопроса. Если береговой судовой диспетчер будет принят в качестве члена экипажа корабля, появятся два разных исхода. Во-первых, требование действующего международного морского законодательства «о надлежащем укомплектовании персоналом» гипотетически будет считаться выполненным, а во-вторых, этот оператор должен обладать высоким профессионализмом. То есть оператор автономного судна будет компетентным в том смысле, что он должен иметь достаточную подготовку и инструктаж, надлежащие знания о самой системе дистанционного управления, а также характеристиках и ограничениях автономного судна. Кроме того, не должно быть медицинских противопоказаний к работе и, в конечном итоге, умственной или физической недееспособности со стороны берегового оператора судна.

Автономность в контексте навигации означает, что принятие решений человеком на борту заменяется ИТ-решениями. Чем более автономна функция, тем больше отход от традиционных методов навигации, и неизбежно начинают всплывать юридические вопросы. Например, правила предотвращения столкновений [15] предполагают, что человек находится в цикле принятия решений, поскольку они ссылаются на уровень компетенций лиц, отвечающих за навигацию, и указывают, что навигационные решения не должны отклоняться от традиционных морских обычаев. В этом контексте, в переходный период периодически необитаемый мостик имеет ряд юридических преимуществ от своего полностью беспилотного аналога. Присутствие на борту компетентной мостовой бригады предлагает простой способ избежать некоторых юридических проблем, связанных с полностью беспилотным контролем, поскольку на борту будут люди, которые будут выполнять функции, которые де-юре требуют физического присутствия.

В переходном варианте «ограниченной автономии» автоматизированная система управляет судном независимо и без присмотра человека, но команда должна быть доступна, чтобы взять на себя управление, когда система запрашивает помощь. В «полностью автономном» режиме работы система работает полностью без участия человека, и присутствие членов экипажа не требуется. С юридической точки зрения важнейшим вопросом является контроль над навигационными решениями, а не уровень сложности системы. Следовательно, наиболее важным моментом с точки зрения разрешения автономных операций, а также с точки зрения оценки ответственности и ответственности, является момент, когда «контролируемая автономия» превращается в «ограниченную автономию».

Здесь следует также учесть то, что не все традиционные порты будут стремиться к более высокому уровню цифровизации, а некоторые могут вообще не принять ее [11]. Подобным образом не все судоходные предприятия смогут отказаться от присутствия человека на борту судна, ссылаясь как на технические, так и на социально-экономические проблемы. Это также будет являться тормозящим фактором на пути к полной автоматизации судоходства, поскольку присутствие членов экипажа на полностью автономном судне приведет к снижению вместимости судна за счет систем жизнеобеспечения, повышению рисков, связанных с человеческим фактором на борту. Также судовладельцы могут столкнуться с проблемами социально-этического характера, связанных с нахождением людей на борту автономного судна. В связи с этим можно ожидать лишь частичной автоматизации отрасли, ввиду постепенного введения новых технологий. В таком случае, в правовом поле следует учесть возможность применения автономного судовождения с существующими на сегодняшний день традиционными методами управления и судоходства.

Выводы

Несмотря на то, что разработка действительно автономных судов сопряжена со значительными сложностями, преимущества эксплуатации судов без людей на борту ясно дают понять, что отрасль будет двигаться вперед с развитием в данном направлении. Помимо практических вопросов, которые необходимо преодолеть, существуют огромные нормативные препятствия, стоящие на пути к полной автоматизации судоходства. Уже сегодня роль человека в управлении судном меняется от непосредственного управления к операциям по мониторингу и обслуживанию. В краткосрочной перспективе отмечается реальная возможность автоматизировать некоторые из наиболее опасных работ на борту и снизить административную нагрузку на экипаж за счет внедрения интеллектуальных систем.

Прочная нормативно-правовая база для автономных судоходных операций должна быть в состоянии справиться с такими вариациями и не должна ограничиваться определенным уровнем укомплектования персоналом или автономией. Вероятно, его придется вводить поэтапно с учетом множества задействованных элементов и развития технологической доступности, коммерческого спроса и политической приемлемости. Дальнейшее обсуждение сосредоточено именно на юридических проблемах, связанных с автоматизацией функций мостика и навигационными решениями, такими как предотвращение столкновений.

Хотя международное регулирование в его текущих возможностях не может способствовать полной автоматизации мореходных качеств судна, это не означает, что идея полного самоопределения мореходных качеств нереалистична в будущем. Технологическая революция в судоходной отрасли только начинается, и массовое внедрение автономных судов прогнозируется к 2050 году. Именно в этот момент самоопределение мореходных качеств может стать реальностью и установлен новый мировой стандарт.

Чтобы добиться успеха в следующей промышленной революции, крайне важно, чтобы экипажи судов, как на суше, так и на море, не только сохраняли свои традиционные навыки, но и постоянно развивали новые навыки, которые позволят им использовать постоянно расширяющийся спектр технологий, чтобы сделать суда более безопасными и эффективными. Очевидно, что для повышения конкурентоспособности в будущем, учебные заведения должны тесно сотрудничать с производителями судов, технологий автоматизации судовождения, а также обеспечивать возможность постоянного профессионального развития как для студентов и курсантов, так и для преподавателей.

Текст статьи
  1. How AI is spreading throughout the supply chain [Электронный ресурс] // URL: https://www.economist.com/special-report/2018/03/28/how-ai-is-spreading-throughout-the-supply-chain (дата обращения: 01.12.2021)
  2.  Autonomous ship market [Электронный ресурс] // URL: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/autonomous-ships-market-267183224.html (дата обращения: 01.12.2021)
  3. lobal AI survey [Электронный ресурс] // URL: https://www.mckinsey.com/featured-insights/artificial-intelligence/global-ai-survey-ai-proves-its-worth-but-few-scale-impact (дата обращения: 01.12.2021)
  4. Логистические аспекты функционирования транспорта [Электронный ресурс] // URL: https://www.cfin.ru/management/manufact/transport_log_3.shtml (дата обращения: 01.12.2021)
  5. Судоходные гидротехнические сооружения [Электронный ресурс] // URL: http://morflot.gov.ru/deyatelnost/napravleniya_deyatelnosti/rechnoy_flot/vvt/sudohodnyie_gidrotehnicheskie_soorujeniya.html (дата обращения: 01.12.2021)
  6. Положения по классификации морских автономных и дистанционно управляемых надводных судов (МАНС) // Российский морской регистр судоходства – Санкт-Петербург, 2020г.
  7. Фролов В.Н., Севбо В.Ю., Ануфриев И.Е. Технологии безэкипажного судовождения // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. 2018. №4 (77).
  8. SeaNews: Росморпорт начал испытания безэкипажного судовождения [Электронный ресурс] // URL: https://seanews.ru/2020/11/16/ru-rosmorport-nachal-ispytanija-bezjekipazhnogo-sudovozhdenija/ (дата обращения: 01.12.2021)
  9. Portnews: МГУ им. адм. Невельского и СахГУ будут готовить специалистов в сфере автономного судовождения [Электронный ресурс] // URL: https://portnews.ru/news/306543/ (дата обращения: 01.12.2021)
  10. Alop, A. Smart Shipping Needs Smart Maritime Education and Training. // The 1st International Conference on Maritime Education and Development (131−142).
  11. DNV: Paper on Autonomous ships [Электронный ресурс] // URL: http://research.dnv.com/skj/Papers/P154-DNV_GL_PosPapAutonomous_ships_2018-08_L05.pdf
  12. Yoshida, M., Shimizu, E., Sugomori, M. and Umeda, A., - Regulatory Requirements on the Competence of Remote Operator in Maritime Autonomous Surface Ship: Situation // Applied Sciences 2020. N10(8751)
  13. Baldauf, M., Kitada, M., Ali Mehdi, R. and Dimitrios, D., (2018). 'E-Navigation, Digitalization and Unmanned Ships: Challenges for Future Maritime Education and Training' // Proceedings of the 12th International Technology, Education and Development Conference – Valencia, 2018.
  14. Вагущенко Л.Л., Вагущенко А.Л., Заичко С.И. Бортовые автоматизированные системы контроля мореходности. // ФЕНИКС - Одесса, 2005. – 272 с.
  15. Международные правила предупреждения столкновений судов в море (МППСС-72).
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 02 июля по 08 июля
Осталось 2 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
12 июля
Загрузка в eLibrary
12 июля
Рассылка печатных экземпляров
22 июля