周翔宇 楊 雪 費珊珊

一、引言

伴隨著工業(yè)4.0時代的到來，人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為航運業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了無限的可能。以安全、數(shù)字、綠色、智能為指向的航運產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新業(yè)已成為加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、促進新舊動能轉(zhuǎn)換和打造企業(yè)核心競爭力的重要支撐。在此背景下，國際海事組織（International Maritime Organization, IMO）在海上安全委員會（Maritime Safety Committee, MSC）第98屆會議中首次提出海上自主水面船舶（Maritime Autonomous Surface Ship,MASS，以下簡稱自主船舶）的概念，并在MSC 99（海上安全委員會第99屆會議，下同）、MSC 100、MSC 101、MSC 102、MSC 103、MSC 104上對自主船舶進行了深入討論。2022年4月20日至29日，MSC 105完成了基于目標的自主船舶文書路線圖草案，主要包括審議自主船舶文書制定的主要原則、宗旨與目標、范圍與結(jié)構(gòu)，對自主船舶術(shù)語的共同理解，以及如何解決IMO文書中發(fā)現(xiàn)的共同挑戰(zhàn)等[1]。

在過去的幾年時間里，各國對自主船舶的科研投入顯著增加，探索其可行性的研究課題大量啟動，已有多個自主船舶的原型在不同授權(quán)水域進行了示范測試，并取得了令人欣喜的成果。2022年以來，日本的MEGURI 2040項目已針對自主船舶開展了6次較為深入的試驗，涵蓋自主避碰、自動靠離泊、自主導航、岸基控制中心（Shore Control Centre,SCC）應急監(jiān)測與運營、路徑跟蹤等內(nèi)容。德國DB Schenker公司于5月5日宣布將在Ikornnes碼頭和挪威Alesund港之間運營一條零排放的沿海集裝箱支線，承擔營運任務的船舶為一艘自主電動沿海集裝箱支線船。6月2日，韓國現(xiàn)代重工旗下子公司Avikus與SK Shipping公司使用自主導航技術(shù)HiNAS 2.0實現(xiàn)了世界首次大型LNG運輸船的自主導航跨洋航行。同樣地，我國也在自主船舶、智能船舶等領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。4月22日，我國自主研發(fā)的智能航行300 TEU集裝箱商船“智飛”號在山東港口青島港前灣港區(qū)集裝箱碼頭投入運營。5月18日，隸屬于南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）的“珠海云”號智能型無人系統(tǒng)母船在廣州下水，為全球首艘智能型無人系統(tǒng)母船。根據(jù)相關(guān)分析報告，預計到2030年，自主船舶的市場規(guī)模將達到142億美元，其中，2020—2030年的復合年增長率為9.3%[2]?？偟膩碚f，作為航運業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和新技術(shù)革新的代表，自主船舶已然成為未來航運的載體，并已成為現(xiàn)階段全球航運領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展方向。

就現(xiàn)階段而言，自主船舶的經(jīng)濟性和所帶來環(huán)保效益是其發(fā)展的動力來源，世界各國已從各個角度進行了卓有成效的探索。有的科研成果雖已得到了工程化應用，但仍主要處于試驗測試階段，相關(guān)技術(shù)的成熟度、安全性和可靠性還需要進一步驗證。為進一步厘清船舶在不同自主水平下能夠?qū)崿F(xiàn)何種形式的“人機等效替代”，明確人在控制環(huán)路中發(fā)揮的具體作用，本文從當前具有重要影響力的15家權(quán)威機構(gòu)或組織發(fā)布的船舶自主水平劃分標準入手，分析不同劃分標準的內(nèi)涵和實質(zhì)，以期明確船舶智能化、船舶自動化與船舶自主化的區(qū)別和聯(lián)系，在一定程度上促進智能船舶、自動化船舶和自主船舶的高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展。

二、權(quán)威機構(gòu)或組織的船舶自主水平劃分標準

（一）IMO的船舶自主水平劃分標準

在2018年5月舉行的MSC第99屆會議上，IMO首次針對自主船舶的自主等級進行了定義，將其劃分為具有自動化過程和決策支持的船舶、有海員在船的遠程控制船舶、無海員在船的遠程控制船舶和完全自主船舶4個等級，同時強調(diào)自主船舶可以在單次航程期間以一個或多個自主水平運行，IMO的船舶自主水平劃分標準見表1。IMO提出的劃分標準將是業(yè)界針對自主船舶開展相關(guān)研究的主要依據(jù)和準則，影響最為廣泛。

表1 IM O的船舶自主水平劃分標準

（二）不同船級社的船舶自主水平劃分標準

1.勞氏船級社的船舶自主水平劃分標準

2016年7月8日，勞氏船級社（Lloyd’s Register,LR）在《ShipRight程序指南》中將船舶的自主水平分為AL0～AL6共7個等級，這是全球權(quán)威機構(gòu)首次對船舶的自主水平進行等級劃分，也是自主水平分級領(lǐng)域中的標志性文件[3]。2017年2月，在《ShipRight程序指南》的基礎上，LR發(fā)布《無人船舶系統(tǒng)規(guī)范》，旨在提供一種獨特而有價值的保證流程，以證明無人船舶系統(tǒng)的安全設計、建造和維護符合既定的框架。LR的船舶自主水平劃分標準見表2。

表2 LR的船舶自主水平劃分標準

2.法國船級社的船舶自主水平劃分標準

2017年12月，法國船級社（Bureau Veritas,BV）發(fā)布《自主航運指南》，對可用于提高自主船舶（至少500 GT，不包括小型船舶、無人水面艇等）運輸自主能力的設計或系統(tǒng)操作提出了相應的建議，并提出了0～4共5個等級的自主水平劃分標準。其中，0級為常規(guī)船舶，1級為智能船舶，2～4級為自主船舶。2019年10月，BV對該指南進行了更新，將指南的應用范圍擴大到了配備自動化系統(tǒng)的船舶及相關(guān)的SCC。然而，該版指南使用術(shù)語“自動化等級（Degree of Automation）”描述從人到系統(tǒng)的決策等級，而非使用上一版指南中的術(shù)語“自主水平（Level of Autonomy）”表述。2019年版《自主航運指南》將船舶的自動化等級分為A0～A4共5個等級，見表3。其中，A0為人工操作，A4為完全自動化，同時強調(diào)術(shù)語“自主”僅限于在等級A4中使用，不能用于其他等級。

表3 BV的船舶自動化等級劃分標準

3.中國船級社的船舶自主水平劃分標準

2018年10月，中國船級社（China Classification Society，CCS）發(fā)布《自主貨物運輸船舶指南》，旨在為自主貨物運輸船舶的設計和建造提供依據(jù)。在該指南中，CCS采用了IMO對自主船舶的定義來界定自主貨物運輸船舶，即“在不同程度上可以獨立于人員干預運行的船舶”。在此基礎上，CCS直接采用了IMO對于船舶自主水平的4級劃分，并強調(diào)該指南主要用于涵蓋自主水平為第3等級和第4等級的船舶技術(shù)要求。

4.日本船級社的船舶自主水平劃分標準

2020年1月，日本船級社（ClassNK）發(fā)布《船舶自動化/自主操作指南》1.0版本，其認為自主船舶的發(fā)展方向大致可分為兩種：一是以減少船員數(shù)量為目的，對無人駕駛船舶和短途小型船舶進行設計和開發(fā)；二是針對船上任務的部分自動化或遠程支持進行設計和開發(fā)。在該指南中，并未直接對船舶的自主水平進行等級劃分，而是從系統(tǒng)的設計開發(fā)、安裝和操作的角度對自動化操作系統(tǒng)（Automated Operation Systems，AOS）和遠程操作系統(tǒng)（Remote Operation Systems，ROS）進行分類，總體上將自動化類別劃分成3類，見表4。

表4 ClassNK對船舶自動化的分類

5.韓國船級社的船舶自主水平劃分標準

2019年1月，韓國船級社（Korean Register，KR）發(fā)布《自主船舶指南》，并于2020年7月進行了修訂，旨在通過風險評估確保自主船舶或自主操作所需的系統(tǒng)和功能的安全性和可靠性。在該指南中，KR根據(jù)船舶的數(shù)據(jù)獲取、決策和執(zhí)行功能對船舶的自主水平進行劃分，分為AL1～AL5共5個等級，見表5。當處于AL5時，包括數(shù)據(jù)獲取/分析、決策、行動在內(nèi)的所有功能均由系統(tǒng)執(zhí)行，系統(tǒng)可對異常操作場景（系統(tǒng)故障等）做出響應，操作員僅在緊急情況時進行監(jiān)控。

6.俄羅斯船級社的船舶自主水平劃分標準

2020年6月，俄羅斯船級社（Russian Maritime Register of Shipping，RS）發(fā)布《海上自主和遠程控制水面船舶入級規(guī)范》，并于2022年1月修訂。該規(guī)范明確了自主船舶設計和建造過程中的技術(shù)監(jiān)管要求，同時，對自主船舶進行了分類以表示在開闊水域和受限空間（受限水域、停泊區(qū)和港內(nèi)）中移動時控制船舶的能力，并引入自主等級符號，見表6。在對自主船舶進行分類時，將使用兩個符號分別表示自主船舶在開闊水域和受限空間的控制能力。例如，AC-MC表示船舶在開闊水域可自主控制，但在受限水域和港口口門處移動時需要手動控制；RCMC-MCDS表示船舶在開闊水域時可進行遠程控制（具有手動控制覆蓋能力），但在受限水域和港口口門處時僅能進行手動控制（具有決策支持）。

表5 KR的船舶自主水平等級劃分標準

自主等級 描述手動控制具有決策支持的手動控制具有手動控制覆蓋能力的遠程控制遠程控制自主控制備注有人在船有人在船有人在船無人在船無人在船MC MCDS RCMC RC AC

7.挪威船級社的船舶自主水平劃分標準

2021年9月，挪威船級社（Det Norske Veritas，DNV）發(fā)布《自主與遠程控制船舶入級指南》的最新修訂版，旨在為在自主船舶和/或遠程控制船舶中實施新技術(shù)提供指導，從而確保其能夠達到與常規(guī)船舶相當或更高的安全水平。與其他船級社的劃分原則不同，在該入級指南中，DNV將自主或遠程控制視為實現(xiàn)某些功能和任務的手段，基于功能所使用環(huán)境的不同，從而確定相應的自主水平。本文以代表性的航行功能（navigation function）和船舶工程功能（vessel engineering function）為例，對其自主水平進行描述。針對航行功能，DNV將其自主水平劃分為5個等級，見表7。與航行功能不同，DNV針對船舶工程功能的分類較為簡單，主要從自動化的角度對其進行定義，見表8。

8.美國船級社的船舶自主水平劃分標準

2 0 2 1年7月 和2 0 2 2年2月，美 國 船 級 社（American Bureau of Shipping，ABS）相繼發(fā)布了《自主和遠程控制功能指南》和《自主船舶白皮書》，為自主船舶制定了一個基于目標的設計和運營框架，以支持安全創(chuàng)新和自主化技術(shù)的應用。在《自主和遠程控制功能指南》中，ABS基于數(shù)據(jù)處理、決策和執(zhí)行過程中的人機交互水平將自主水平劃分為4個等級，見表9，并認為自主船舶的發(fā)展要經(jīng)歷智能、半自主直至全自主，即認為自主是智能的高級形式。

表7 DNV對船舶航行功能的自主水平劃分標準

表8 DNV對船舶工程功能的自動化等級劃分標準

9.印度船級社的船舶自主水平劃分標準

2021年12月，印度船級社（Indian Register of Shipping，IRClass）發(fā)布《遠程操作船舶和自主水面船舶指南》，旨在為遠程控制船舶和自主水面船舶的安全操作提供指導并提出相應的要求。在該指南中，IRClass直接采用了IMO在MSC.1/Circ.1638中對于船舶自主等級的分類，即將其分為具有自動化過程和決策支持的船舶、有海員在船的遠程控制船舶、無海員在船的遠程控制船舶和完全自主船舶。

表9 A BS的船舶自主水平劃分標準

（三）其他組織或機構(gòu)的船舶自主水平劃分標準

1.挪威自主船舶論壇的船舶自主水平劃分標準

2 0 1 7年1 0月1 0日，挪 威 自 主 船 舶 論 壇（Norwegian Forum for Autonomous Ships，NFAS）在其經(jīng)批準的第一個公開版本中，將自主船舶分為自主輔助駕駛臺（Autonomy Assisted Bridge，AAB）、定期無人駕駛臺（Periodically Unmanned Bridge，PUB）、定期無人駕駛船舶（Periodically Unmanned Ship，PUS）和持續(xù)無人駕駛船舶（Continuously Unmanned Ship，CUS）4類，見表10。同時，自主船舶的操作自主水平被分為決策支持、自動化、受限自主和完全自主4個等級，見表11。在此基礎上，NFAS定義了6種自主水平，分別面向有人駕駛臺和無人駕駛臺，見表12。

表10 NFA S對自主船舶的分類

表11 NFA S的操作自主水平劃分標準

自主水平?jīng)Q策支持自動化受限自主完全自主有人駕駛臺AAB/PUB直接控制（無自主）自動化駕駛臺— —無人駕駛臺（有船員在船）PUB—無人駕駛臺（無船員在船）PUS/CUS遠程控制自動化船舶受限自主遠程控制自動化控制受限自主完全自主

2.丹麥海事局的船舶自主水平劃分標準

丹麥海事局（Danish Maritime Authority，DMA）在其2017年提交給IMO的有關(guān)監(jiān)管障礙的分析報告中，將船舶的自主水平劃分為M、R、RU和A共4個等級，并詳細闡述了在不同自主水平下船舶操作員的角色內(nèi)容，見表13。該標準在一定程度上參考了LR自主水平劃分標準，其中，A級與AL6級均表明系統(tǒng)已經(jīng)具備自主決策、行動和對周圍船舶交通行為進行預測的能力，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障或提示人為干預，則由岸基控制人員參與決策。

表13 DM A的船舶自主水平劃分標準

3.英國海上自主系統(tǒng)監(jiān)管工作組的船舶自主水平劃分標準

2014年9月，由英國政府出資成立了海上自主系統(tǒng)監(jiān)管工作組（Maritime Autonomous System Regulatory Working Group，MASRWG），該工作組的主要職責在于識別和確認現(xiàn)行IMO監(jiān)管體系中與海上自主系統(tǒng)運行有關(guān)的問題，并提出相應的解決方法。2017年11月，MASRWG首次發(fā)布《自主船舶行業(yè)行為守則和實踐規(guī)范》（以下簡稱《行為守則》），旨在為24 m以下的自主和半自主船舶的設計、建造和安全操作提供實用指南，同時制定更詳細的自主船舶監(jiān)管框架。隨后，在2018年11月、2019年11月和2020年12月，MASRWG相繼發(fā)布了該《行為守則》的2.0版本、3.0版本和4.0版本。在最新版本中，MASRWG從控制能力的角度將自主船舶的自主水平分為0～5共6個等級，見表14。

表14 M A SRW G的船舶自主水平劃分標準

4.萊茵河航行中央委員會的船舶自主水平劃分標準

1816年成立的萊茵河航行中央委員會（Central Commission for the Navigation on the Rhine，CCNR）現(xiàn)有5個成員國，分別為德國、比利時、法國、荷蘭和瑞士，其主要職責是制定和修改有關(guān)萊茵河航運有關(guān)的規(guī)定，以保障萊茵河的環(huán)境和航運安全。2018年12月，CCNR通過了國際上第一個關(guān)于內(nèi)河航行自動化水平的定義，其將自主等同于完全自動化，并劃分為0~5共6個等級，見表15。

表15 CCNR的船舶自動化等級劃分標準

5.芬蘭自主海上生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟的船舶自主水平劃分標準

2016年，One Sea自主海上生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟（簡稱One Sea）成立，作為一家專注于自主船舶的泛行業(yè)全球聯(lián)盟，目前共有康士伯、瓦錫蘭等十余家成員單位，其目標是在2025年前帶來一個經(jīng)過充分研究、測驗并具有實力的自主航運網(wǎng)絡。2022年3月，One Sea發(fā)布了一份名為《自主船舶：規(guī)則制定參考術(shù)語》的白皮書，旨在為開發(fā)和實施自主船舶的國際監(jiān)管框架提供一條前進路線。在該白皮書中，將船舶自主水平劃分為0~5共6個等級，見表16。其中，自主被視為最高等級的自動化。同時，該白皮書強調(diào)，船舶自主水平的劃分不應與人員所處的位置和船舶配員水平混淆，應根據(jù)人類的關(guān)注度和參與度的需求來定義。

表16 One Sea的船舶自主水平劃分標準

三、船舶自主水平劃分標準評析

通過對以上15家機構(gòu)或組織的船舶自主水平劃分標準的梳理可知，目前所公布的船舶自主水平劃分標準總體上可分為4種主要類別，不同類別的劃分方法和思路各有不同，下面將對其進行逐一分析和評述。

（一）基于框架的船舶自主水平劃分標準

在該類別中，共有5家機構(gòu)或組織直接采用或基本采用了IMO所提出的4級自主水平劃分標準，包括IMO、CCS、RS、IRClass、DMA。其中，CCS和IRClass直接采用了該劃分標準，而RS則在該劃分標準的基礎上作了進一步的細化，由4個等級擴展為5個等級。在該類別的船舶自主水平劃分標準中，主要描述了對船舶自主水平的總體分類，并表明了處于不同自主水平時人員的配備情況和人員所處位置，但并未對具體的功能和操作進行拆解，是一種框架式的自主水平劃分標準。

值得注意的是，盡管該劃分標準較為粗略，但由于IMO的最高權(quán)威性使得其必然成為開展自主船舶相關(guān)研究的主要依據(jù)和準則，影響最為廣泛。同時，IMO提出該劃分標準的目的是用于監(jiān)管范圍界定工作的順利開展，而框架式的劃分有助于各成員國根據(jù)本國自身發(fā)展的實際情況提出更為詳盡的自主水平劃分標準，起到重要的指導作用。

（二）基于功能或操作的船舶自主水平劃分標準

在該類別中，以LR提出的船舶自主水平劃分標準為典型代表，還包括DNV、KR、NFAS和MASRWG，共有5家機構(gòu)或組織。相比于IMO提出的船舶自主水平劃分標準，此種劃分標準更為細致，主要以特定的功能或操作為對象，對其自主水平進行劃分，覆蓋手動操作到完全自主。例如，將船舶功能分成數(shù)據(jù)獲取和分析（環(huán)境感知）、制定決策、采取行動等階段，并在各階段詳細描述了不同自主等級下系統(tǒng)和人類的任務或職責，以及不同特定情景下人機交互的內(nèi)容和形式。

除直接采用IMO提出的分類標準外，基于該方法制定的自主水平劃分標準占據(jù)著重要地位，其思路也影響著其他船舶自主水平劃分方法。從航海實踐的角度來說，該類別的船舶自主水平劃分標準從特定、具體的功能或操作出發(fā)，詳細地闡明了處于不同自主水平時系統(tǒng)可實現(xiàn)哪些功能或操作的替代，能夠較好地回答船舶駕駛?cè)藛T的關(guān)切，實際應用價值更高、實踐性更強。

（三）基于智能到自主的船舶自主水平劃分標準

在該類別中，自主被視為智能的高級形式，船舶自主水平的發(fā)展需要經(jīng)過手動、智能、半自主和自主等4個階段。區(qū)別在于，智能僅能滿足由系統(tǒng)進行監(jiān)控和分析，而不能進行決策和行動。智能系統(tǒng)主要通過在監(jiān)控和分析階段提供相應的支持以實現(xiàn)人類能力的增強，并不直接制定決策。

目前，在15家組織或機構(gòu)中，僅有ABS使用了該方法對船舶的自主水平進行劃分。由此可見，基于該方法的船舶自主水平劃分標準并未被廣泛接受，同時，智能與自主存在本質(zhì)區(qū)別，能否劃歸于統(tǒng)一范疇，存在一定的爭議。

（四）基于自動化到自主的船舶自主水平劃分標準

該類別的劃分標準將自主與自動化等同起來，使用自動化等級定義自主水平，其中，自主被視為最高等級的自動化。在上述15家組織或機構(gòu)中，共有4家采用該方法對船舶的自主水平進行劃分，包括BV、ClassNK、CCNR和One Sea，其中以BV和One Sea為典型代表。受到基于功能或操作的船舶自主水平劃分方法的影響，在對于自動化的等級劃分中也考慮并明確了系統(tǒng)和人類在不同功能和操作中扮演的角色。

在該類別的劃分標準中，主要依據(jù)自動化等級進行劃分，力求證明船舶自動化水平越高則自主水平越高，完全自動化被等同于自主。盡管有4家組織或機構(gòu)采用該思路制定了相應的分級標準，在相關(guān)研究中占據(jù)一席之地，但從本質(zhì)上來說，自主與自動化存在顯著差異，其對于船舶系統(tǒng)的本質(zhì)要求不具有相同的邏輯關(guān)系。船舶的自動化水平高，說明船舶的設備、系統(tǒng)或過程控制可以根據(jù)人的要求，準確地實現(xiàn)預設目標，但仍需要人的監(jiān)控、授權(quán)和批準[3]。無論何種等級的自動化均不具有“獨立于人的干預”自主完成任務或?qū)崿F(xiàn)功能的能力，僅可以作為預設范圍內(nèi)船員或岸基操作人員信息獲取和分析、制定決策、采取行動時的輔助和增強。

四、船舶智能化、自動化與自主化的區(qū)別與聯(lián)系

根據(jù)對以上不同類別船舶自主水平劃分標準的分析結(jié)果可知，不同類別的劃分標準采用的劃分方法和思路存在明顯不同，特別是基于智能到自主的船舶自主水平劃分標準和基于自動化到自主的船舶自主水平劃分標準。這兩類自主水平的劃分標準將智能與自主、自動化與自主劃歸到同一范疇，認為自主是智能的高級形式、自主等同于完全自動化。然而，從船舶自主化、船舶智能化和船舶自動化的角度來說，這三者間存在本質(zhì)區(qū)別。

（一）船舶智能化與船舶自主化

2017年，IMO在MSC 99上對自主船舶的定義進行了界定，自主船舶系指“在不同程度上，可以獨立于人的干預而運行的船舶”[3]。2015年和2020年，CCS在其發(fā)布的《智能船舶規(guī)范》和《智能船舶規(guī)范（2020年）》中對智能船舶進行了定義，即“智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護保養(yǎng)、貨物運輸?shù)确矫鎸崿F(xiàn)智能化運行的船舶，以使船舶更加安全、更加環(huán)保、更加經(jīng)濟和更加高效”。

從智能船舶的定義上看，智能船舶的本質(zhì)即“船舶智能化”。根據(jù)CCS的定義，智能化系指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、智能控制技術(shù)等匯集而成的針對某個對象的應用，這些應用通常包括但不限于評估、診斷、預測和決策等。從這個定義可以看出，智能是一個涵蓋一系列技術(shù)的統(tǒng)稱，包括數(shù)字化和新技術(shù)、節(jié)能和綠色運營、創(chuàng)新和可持續(xù)的解決方案等。與火車、汽車等運載平臺不同，船舶具有單個資產(chǎn)規(guī)模大、裝備系統(tǒng)復雜、航行環(huán)境多變、安全保障要求高等特點。因此，智能船舶技術(shù)將包括船舶設計、船舶制造和船舶裝備，并與智能港口、智能航運、智慧海事等技術(shù)緊密相關(guān)。因此，船舶智能化的根本目的并不是追求“無人”，而應是專注于支持數(shù)字能力的技術(shù)和解決方案，通過應用相關(guān)和可用的解決方案來優(yōu)化船舶整個生命周期的性能，進一步提高組織和決策效率、提高船舶性能、降低運營成本，從而實現(xiàn)來自運營者/船東、設計建造者、各服務和支持方以及監(jiān)管機構(gòu)對安全可靠性、經(jīng)濟性、環(huán)保性、便利性及可持續(xù)性的追求，最終推動船舶產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。

與智能化不同，自主化主要用于描述工程系統(tǒng)在執(zhí)行不同任務時自行決定其行為而無須外部系統(tǒng)或人員參與的能力，其表達的是行為方式。從IMO對自主船舶的定義來看，自主船舶或船舶自主化強調(diào)的是船舶能夠獨立于人的干預而運行，包括自主感知、自主決策和自主行動，最終目的是實現(xiàn)系統(tǒng)對人的等效替代。

由此可見，從某種程度上來說，智能船舶與自主船舶并不是線性發(fā)展的關(guān)系，而是兩個不同范疇的概念，其代表了船舶領(lǐng)域數(shù)字化發(fā)展的兩個不同維度。

（二）船舶自動化與船舶自主化

對于自動化船舶來說，其早在20世紀50年代便得以蓬勃發(fā)展，大致可分為單元自動化、機艙自動化、全船自動化3個主要階段，其相關(guān)技術(shù)始于機艙設備的自動控制，由機艙自動化發(fā)展至航行自動化、貨物裝卸自動化、錨泊及動力定位自動化，直至形成集成船舶管理系統(tǒng)。目前，自動舵、電站自動控制系統(tǒng)、液貨裝卸自動化系統(tǒng)等系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟并得到了廣泛應用。

為了更好地理解船舶自動化與船舶自主化的區(qū)別，需要從這兩種技術(shù)的工作原理入手進行分析?！白詣踊╝utomated）”一般是被用于過程的通用語言，意為通過多種信息化手段使船舶能夠在無人控制的情況下進行某些操作，其名詞形式“automation”主要用于描述機械工作過程中對計算機指令的響應能力，是已預設的決策和控制程序，系統(tǒng)無須根據(jù)實際情況以任何不同的方式進行選擇。也就是說，自動化的核心在于通過機械或電子設備替代人工對設備、過程或系統(tǒng)進行自動控制和操作。但上述任務必須是在預定條件下的常規(guī)或重復性任務，即外部觸發(fā)輸入必須處于預設的邊界條件之內(nèi)，系統(tǒng)才能自動判斷，并執(zhí)行相應的功能指令。相同的邊界條件下，功能指令執(zhí)行相同。然而，自動化系統(tǒng)中的預設命令主要源于人類的歷史經(jīng)驗，即將人類經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為邊界條件并在系統(tǒng)中進行預設。當系統(tǒng)功能較為復雜或現(xiàn)有的人類經(jīng)驗不能覆蓋新的任務場景時，自動化技術(shù)則難以滿足保障船舶安全的基本需求。

反觀自主化系統(tǒng)，其一般不進行邊界條件的預設，不僅可以執(zhí)行預定義的動作，還可以結(jié)合其他條件的態(tài)勢感知和機器學習的經(jīng)驗對外部觸發(fā)進行判斷，進而生成決策和控制方案。同時，系統(tǒng)能夠自適應環(huán)境條件，并在最佳或最適合的選項中進行自主選擇，而不受預設的邊界條件或外部控制的影響。因此，自主船舶之所以被稱為“自主”，主要體現(xiàn)在人的控制行為或其發(fā)揮的作用將逐步由系統(tǒng)自主完成，船舶會像人（船員）一樣能感知、能思考、能決策、能行動等，即船舶自主化技術(shù)的核心是實現(xiàn)船舶控制的“人機等效替代”。船舶自主化系統(tǒng)與人類對于特定事件的處理流程類似，主要分為信息采集、信息分析、決策和行動選擇、行動實施等4個階段，分別位于自主化系統(tǒng)架構(gòu)的感知層、決策層和控制層，如圖1所示。其中，感知層包括信息采集和信息分析，基于傳感器感知和/或人類感知采集相關(guān)信息，并對獲取的有效信息分析、融合、解釋為態(tài)勢理解，從而為決策層提供信息輸入；決策層利用訓練數(shù)據(jù)庫和推理算法，同時根據(jù)感知層輸入的信息制定決策，并將系統(tǒng)性能保持在適用框架內(nèi)；控制層根據(jù)生成的執(zhí)行方案控制船舶，以實現(xiàn)控制參數(shù)的調(diào)整。感知層和決策層將主要依靠自主化技術(shù)實現(xiàn)，而控制層一般采用自動化技術(shù)即可實現(xiàn)，與基于現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)系統(tǒng)差異不大。

圖1 船舶自主化系統(tǒng)架構(gòu)

因此，船舶自動化與船舶自主化存在著本質(zhì)區(qū)別，如圖2所示。但從技術(shù)應用的角度來說，自動化技術(shù)仍可以在自主化系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，使得高級自動化系統(tǒng)可以具有自主化的外觀，即在預設的邊界條件內(nèi)或預定范圍內(nèi)，任務或功能可以通過自動化技術(shù)實現(xiàn)，然而一旦超出預定范圍，則需要自主化技術(shù)的介入，由系統(tǒng)進行自主決策和行動選擇。

圖2 船舶自動化與船舶自主化的區(qū)別

綜上所述，自主船舶、智能船舶、自動化船舶的概念、構(gòu)想、目的和發(fā)展路線各不相同，卻又相互聯(lián)系。從本質(zhì)與內(nèi)涵出發(fā)，船舶自主化、船舶智能化和船舶自動化分別從不同維度表征了船舶的行為方式和完成行為過程的能力，其最大差異體現(xiàn)在人在控制環(huán)路中發(fā)揮的作用。但從技術(shù)手段上來說，自動化技術(shù)、智能化技術(shù)又可以促進自主化技術(shù)的發(fā)展，三者間相互聯(lián)系、相互融合。以制定決策和行動選擇階段為例，在系統(tǒng)預設的邊界條件內(nèi)，可采用自動化技術(shù)；而在系統(tǒng)預設的邊界條件之外，則可利用智能技術(shù)提供一整套的決策或行動備選方案，以供人類選擇；或采用自主化技術(shù)獨立于人的干預自主決策并采取行動。

五、結(jié)語

近年來，將以更為安全、高效、綠色的方式運載貨物和乘客的自主船舶正受到航運領(lǐng)域研究機構(gòu)、學者的廣泛關(guān)注，業(yè)已成為航運業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和新技術(shù)革新的典型代表。眾多機構(gòu)或組織對于自主船舶進行了大量有益探索，部分研究成果已取得突破性進展，同時針對船舶自主水平提出了不同的劃分標準。然而，不同劃分標準的背后彰顯著不同的劃分思路，尤其是對于船舶智能化、船舶自動化與船舶自主化的理解各異，三者間的區(qū)別和聯(lián)系辨識不清。

本文通過梳理全球范圍內(nèi)15家權(quán)威組織或機構(gòu)的船舶自主水平劃分標準，將其劃分為4個主要類別，并逐一評析其劃分方法和思路。分析結(jié)果表明，自動化船舶、智能船舶與自主船舶并非是線性發(fā)展的關(guān)系，存在本質(zhì)區(qū)別，不應將其混淆或劃歸到同一范疇。但從所采用的技術(shù)手段來說，自動化技術(shù)、智能技術(shù)又促進了自主化技術(shù)，乃至自主船舶的發(fā)展和進步。在厘清船舶智能化、船舶自動化與船舶自主化的同時，本文的研究結(jié)論在一定程度上可為我國航海教育面向船舶自主化進行的適應性調(diào)整提供參考。