Влияние автономных транспортных средств на коммерческие судоходные отрасли

Коммерческая судоходная отрасль, которая перемещает примерно 90% мировой торговли по объему, находится на пороге трансформации, столь же глубокой, как революция контейнеризации середины 20-го века. Автономные транспортные технологии, долгое время связанные с самоуправляемыми автомобилями и грузовиками, все чаще адаптируются для морских применений. Беспилотные и частично автономные суда уже проходят испытания в прибрежных водах, внутренних водных путях и открытом море. Эти инновации обещают изменить логистику, безопасность, воздействие на окружающую среду и сам характер работы на море. Тем не менее дорога к полностью автономному коммерческому флоту пронизана техническими, нормативными и экономическими препятствиями, которые требуют тщательного судоходства.

Эволюция автономных морских технологий

Автоматизация на море не нова. На протяжении десятилетий корабли использовали автопилоты, системы динамического позиционирования и мониторинга двигателя, что снижало рабочую нагрузку экипажа. Отличие современных автономных судов заключается в их способности воспринимать окружающую среду, принимать решения и действовать без прямого участия человека. Толчок к безэкипажному судоходству набрал обороты после 2010 года, когда ранние концептуальные проекты от Rolls-Royce, Kongsberg и других морских технологических фирм продемонстрировали, что дистанционное управление и полная автономия были осуществимы.

В 2018 году Международная морская организация (IMO) начала проведение нормативно-правового анализа морских автономных надводных кораблей (MASS), классифицировав суда на четыре степени автономии: суда с автоматизированными процессами и поддержкой принятия решений, дистанционно управляемые суда с моряками на борту, дистанционно управляемые суда без моряков на борту и полностью автономные суда. Эта структура стала эталоном для национальных регуляторов, классификационных обществ и судостроителей во всем мире.

Заметные вехи включают в себя завершение в 2022 году Яры Биркеланда, первого в мире полностью электрического и автономного судна-контейнера, построенного Ярой и Конгсбергом для операций в норвежских прибрежных водах. Хотя изначально судно работает с уменьшенным экипажем, судно предназначено для работы без какого-либо человека на борту. Аналогично, автономный корабль Mayflower — научно-исследовательское судно — пересек Атлантику в 2022 году с использованием ИИ и компьютерного зрения, демонстрируя длительную автономную навигацию в сложных погодных условиях.

Основные технологии, стоящие за автономными судами

Автономные морские системы опираются на комплекс интегрированных технологий, которые вместе обеспечивают восприятие, планирование и контроль в динамичной и враждебной среде.

Сенсорное слияние и восприятие

Современные автономные суда оснащены несколькими типами датчиков: оптическими камерами, тепловизионными, радиолокационными (X-диапазон и S-диапазон), LiDAR и сонар. Алгоритмы синтеза датчиков объединяют потоки данных для построения модели ситуационной осведомленности на 360 градусов, которая может обнаруживать препятствия, другие суда, навигационные знаки и погодные условия на дальности до нескольких морских миль. В отличие от наземных транспортных средств, корабли должны бороться с волнами, туманом, распылением и кривизной Земли, что делает надежное восприятие трудной проблемой.

Искусственный интеллект и принятие решений

Модели машинного обучения, особенно сверточные нейронные сети (CNN) и рекуррентные нейронные сети (RNN), обрабатывают данные датчиков для классификации объектов, прогнозирования траекторий и выявления рисков столкновения. Системы на основе правил, часто кодируемые как COLREGs (Международные правила предотвращения столкновений на море), регулируют решения навигации высокого уровня. Расширенные системы автономии также используют обучение усилению для оптимизации потребления топлива и планирования маршрута при изменении токов и ветровых условий.

Коммуникация и удаленный контроль

Для дистанционно управляемых или дистанционно контролируемых судов важна надежная связь с низкой задержкой через спутник, 4G/5G или ячеистые сети. Центры управления на берегу, аналогичные управлению воздушным движением, контролируют несколько судов, вмешиваются в чрезвычайные ситуации и выдают изменения маршрута. Кибербезопасность является критическим фактором, поскольку взломанный корабль может быть направлен в опасные воды или использоваться для злонамеренных действий. IMO призвала к надежным мерам кибербезопасности в своих Руководящие принципы по управлению морскими киберрисками .

Управление движением и энергией

Автономные системы должны управлять мощностью двигателя, зарядом батареи (в гибридных или полностью электрических сосудах) и вспомогательными нагрузками. Прогнозные алгоритмы управления энергией могут снизить расход топлива на 10-20% по сравнению с операторами-людьми, особенно при интеграции с метеомаршрутизацией, которая позволяет избежать неблагоприятных морских состояний. Яра Биркеланд использует энергию батареи из возобновляемых источников, делая свои операции с нулевым уровнем выбросов в точке использования.

Оперативные приложения и случаи использования

Автономные технологии используются в различных видах коммерческой деятельности, не только в глубоководных грузовых перевозках, но и в морских перевозках, портовых операциях, дноуглубительных работах и специализированных услугах, таких как морские поставки и океанографические исследования.

Грузовые перевозки

Кормовые суда, работающие в прибрежных и внутренних водах, являются наиболее вероятными ранними сторонниками полной автономии. Их относительно короткие маршруты, предсказуемая среда и близость к берегу облегчают дистанционное наблюдение. Например, концепции автономных челноков Конгсберга предназначены для перемещения контейнеров между портами в норвежских фьордах, уменьшая заторы на дорогах и выбросы. Ожидается, что крупные океанские навалочные перевозчики и контейнеровозы сначала примут более низкие уровни автономии, такие как автоматическое причаливание и предотвращение столкновений, сохраняя при этом экипажи для обслуживания и реагирования на чрезвычайные ситуации.

Портовые операции и гавань-багажники

Порты все чаще используют автономные буксиры для маневрирования крупных судов в ограниченных водах. Sea Machines Robotics продемонстрировала возможности автономного буксира, позволяя одному береговому оператору управлять несколькими буксирами одновременно. Аналогично, автономные краны и терминальные тракторы интегрируются с системами от корабля до берега для создания полностью автоматизированных рабочих процессов терминала.