自動駕駛船舶：自主航行船的崛起

根據Sam Fortescue 報導，自動駕駛船舶和自主航行技術有了最新發展。其中，自主航行技術正蓄勢待發，準備在天氣監測及航運等眾多領域派上用場。

隨著業界競相開發新一代搭載人工智慧（AI）技術的自駕船，「無人船」勢將獲得重新定義。然而，這對其他水上使用者又會有哪些影響呢？
當今世人都相當熟悉無人載具的概念。而隨著自駕車被視為下一個發展前緣，若干矽谷科技巨擘亦躍躍欲試，急著找出能讓這場美夢化為可能的工具。
鮮為人知的是，這在海洋工業亦有跡可循。從民間發明家到技術大廠勞斯萊斯（Rolls-Royce）等，對於所謂的無人自駕船，又稱海上無人機，無不興致勃勃。

而根據用途的不同，從氣象學、海洋學、貨運、監測到國防所需，自駕船的形狀和大小各有不同。從外觀上來看，有些就像一般的多體帆船。

您可能從來不曉得，總部位於北愛首府貝爾法斯特（Belfast）的Artemis曾推出自動駕駛雙體船（catamaran），最高航速可達 50 節。這家科技公司以2017 年美洲盃（America’s Cup）帆船賽的技術為靈感，設計出一艘全長45公尺的自主航行船舶 (ASV)。

Artemis 科技的自動駕駛船舶，靈感來自2017 年美洲盃帆船賽

這艘雙體船擁有兩支固定式翼帆，由四個水翼撐起，在風速僅20 節的情況下即可全速前進。兩支水翼上的再生制動式螺旋槳可透過船上大型電池組充電，採集能量後可使船速恢復到 30 節。
在較微弱的 8 節風速下，船仍以 20 節的速度航行，電動馬達旋轉螺旋槳則可將速度恢復到最佳的30 節。Artemis 認為，這款產品可作為貨運用的定速商船。
與此同時，一個包括 IBM 在內的財團正在普利茅斯（Plymouth）測試新的「五月花號」（Mayflower）。這是一艘 15公尺長的動力式三體船，上面裝有太陽能板，使該船足以單次獨立運作數月之久。它的電動馬達可透過太陽能電池充電，最高航速可達 10 節。
該船主要用於蒐集海洋資料，例如透過船上感應器蒐集海洋哺乳動物、海洋塑膠、海平面測繪和海上網路安全等相關資訊。
「看到並避撞」某些自動駕駛船體的龐大程度以及 Artemis自主航行船舶的驚人速度，凸顯出安全導航的必要性。此類船舶裝配了大量防撞系統。儘管自動辨識系統（AIS）技術在過去十年間已對避撞技術發揮革命性作用，卻仍未獲漁船或遊艇廣為採用。

儘管近海是海上交通最密集的地方，許多日常用船卻連一具雷達反射器也沒有，成為有待解決的課題。

電腦巨擘 IBM 的自動駕駛船舶「五月花號」全長 15公尺，
預計2021 年 4 月在大西洋展開處女航

在「五月花號」上，電腦巨擘IBM安裝了 PowerAI Vision 技術，由使用一般可見光與紅外線的隨船攝影機提供分析資料。
在開發階段，所謂的「深度學習」（deep learning）有助於電腦察覺航運危害，大自浮標，小至漂浮碎片，一網打盡。
這就彌補了雷達和雷射測距的不足，幫助船上軟體決定最佳迴避策略。「五月花號」自動駕駛船舶專案負責人之一的Brett Phaneuf表示：「這套系統尚在測試中，但它的設計遵照國際海上避碰規則公約（COLREG），因此即使小如划槳船上的人員，系統仍足以察覺並迴避。」。
「這套系統經過編程後，可偵測並辨識出各種海上物體，從形形色色的船隻到浮標和皮筏，盡可掌握。系統了解這些物體的習性，因此能預測它們的動向，並決定船隻如何應對進退。」
原則上，它所能追蹤的數量並沒有限制。但在近海交通量最大的區域，將有一個高頻寬數據連結；必要時可由人員介入，為「五月花號」做出決定。Phaneuf 補充道：「固定會有一個低頻寬的衛星連接方式，如此一來，我們便可以在船隻求救時提供協助。最高宗旨就是『避免任何碰撞』。」
「五月花號」的處女航目前已延到 2021 年 4 月中旬，屆時它可望成為首批橫渡大西洋的全尺寸自動駕駛船舶之一。這項技術一旦通過考驗，未來發展潛力無窮。

自動駕駛技術意味著，船長不用出海也能獨力指揮世界各地數千噸的航運

無人商船的開發目前正是兵家必爭之地。有了這套技術，人員只要在控制室即可遠端監控數十艘大型貨櫃船。勞斯萊斯早在將海事部門出售給競爭對手康士伯海事（Kongsberg Maritime）之前，便已著手研究這項課題。
該公司認為十年內，最快五年後就會跨出沿海船隻遙控的第一步。然而，此後至少還要十年，才會出現全自動駕駛船舶。過去在勞斯萊斯海事部門擔任總裁 的Mikael Mäkinen 解釋道：「自主航行是海運業的未來。正如智慧型手機的破壞式創新，智慧型船舶將顛覆船舶設計和營運的格局。」
軍方亦希望利用這項技術取代身處前線的士官兵，這些人負責繁瑣或危險的任務，如監控等。英國皇家海軍已斥資1億8,400萬英鎊，用於開發無人獵雷艦。
美國海軍已經完成了一項試驗，「幽靈艦隊大君主計畫」（Ghost Fleet Overlord Program）一艘無人艦從墨西哥灣啟航，穿越巴拿馬運河後順利抵達加州，途中沒有發生任何事故。
美國國防部發言人Josh Frey指出：「這艘船本次航行 4,700 多英哩，其中有97%係處於自動駕駛模式，刷新本計劃的記錄。」

一、 小型自動駕駛船舶
目前也有越來越多可到處蒐集資料的小型自駕船，例如 Liquid Robotics 的 Wave Glider。這艘小艇長3.05公尺，可由 192瓦的太陽能板發電操作，並透過水下元件捕捉波動情況。

由於船體總重 155 公斤，且移動速度僅1.3 節，Liquid Robotics 團隊並不認為它會造成航運危害。行銷總監 Leigh Martins指出：「Wave Glider 非常嬌小，它才是需要避開他船航道的一方。因此，我們的軟體採用AIS進行船隻偵測與迴避，以確保安全。」

Wave Glider的水下推進元件

日前有兩艘近似Wave Glider的小艇被沖上蘇格蘭海邊，但查無拖曳水下元件。

與此同時，挪威公司 Offshore Sensing 正在開發的Sailbuoy，也是以秒避碰撞為設計出發點。

Sailbuoy長2公尺，重60公斤。「保持淨空」（Keep Clear）是該船印在平衡翼帆上的一段話，也是它避免碰撞的唯一方法。Offshore Sensing 執行長David Peddie 解釋道：「對此，我們的解決方案是確保它足以承受外海上的碰撞。像Sailbuoy這樣的小船並不會對其他船隻構成任何危險。」

Offshore Sensing也在官網放上一段影片，內容記錄Sailbuoy在測試過程中遭一艘小型貨輪撞倒後，在上下搖擺淨空之前便靠著重型龍骨自行扶正。

Sailbuoy以秒避碰撞為設計出發點

這些小艇的設計旨在探勘週圍環境，並且可以像浮標一樣保持靜止，或沿著預定路線緩慢行駛。
這已被證明是一項穩當的做法：Sailbuoy 在去年的世界機器人航行錦標賽（World Robotic Sailing Championship）中，成為首艘成功橫渡大西洋的自駕船。
Saildrone 則針對旗下自駕船採取不同的方法。它的「探索者」（Explorer）系列體積更大 – 總長7公尺、吃水2.5公尺以及 0.75 噸的排水量。這種規模的船體通常需要更穩當的防撞方法。
Saildrone採用AIS察覺海上其他船隻的同時，也在加州阿拉美達（Alameda）的控制中心派員隨時監督自駕船。
Saildrone 還將相關設計延伸至 72 呎高的「無人水面載具」（unmanned surface vehicle）。「勘測者」（Surveyor）系列所配備的深海測量設備，掃描範圍約水下7,000公尺，且空載吃水可達18公尺深。
與系出同門的小型自駕船如出一轍，「勘測者」也無時不刻享有人為遠端監控的待遇，以避免碰撞。不過，「勘測者」亦配備了攝影機，攝得影像後交由船上處理器作分析，以辨識出其他船隻。
該公司計畫推出一支無人艦隊前往世界各大洋，由1,000 艘無人船執行一系列任務，內容從天候監測、蒐集海洋資料，到查緝走私和非法捕魚的邊境水域巡邏不等。

二、 即時天氣預報
而最令船員們振奮的功能之一，莫過於自駕船可即時回報天氣資訊。

Saildrone 上由艉翼控制的翼帆

Saildrone 創辦人Richard Jenkins 從小就在穿梭於英國索倫特（Solent）海峽的環境下長大。他的公司在2019 年Cowes Week帆船賽中，提供了超級詳盡的天氣預報。資料來源除了公開取得的天氣預報外，還會佐以Saildrone在地的「機密」測量資料，加強可信度。
上述天氣預報的解析度高達200公尺。法國 ENSTA 工程學院機器人學教授 Luc Jaulet 警告，自動駕駛船舶的用途最終將有如衛星一般包羅萬象，但也跟任何新技術一樣，有存在危險之虞。法國 ENSTA 工程學院目前正在開發一款名為Vaimos的自駕船。
當自駕概念變得司空見慣時，全世界將不得不制定適合的規則來維護海洋安全。Jaulet 教授認為為：「自駕技術基本上已準備就緒，我們要做的是先完成立法程序，再行投資即可。」

 

資料取自:Yachting World，04/22/2021