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第3章-海上自主船舶的定义和分类
3.1海上自主船舶的定义和分类
3.1.1船舶的定义
在国际法上，现行的海上安全与环境保护法律渊源于《联合国海洋法公约》、国际海事组织制定的《国际海上人命安全公约》、《国际海上避碰规则》、《海员培训、发证和值班标准国际公约》等国际公约和国际惯例。《联合国海洋法公约》没有对船舶作出定义，而是用“ship”和“vessel”两个词来指代。大多数研究者认为，在海商法中，无人船应属于船舶，而《联合国海洋法公约》也适用于无人船的船旗国和沿海国。
另一方面，调整船舶登记、海上安全和防污染的公约对船舶作出了定义，例如，联合国《船舶登记条件公约》将船舶定义为在国际海上贸易中用于运输货物、乘客或两者的任何自航海船，但总吨位小于500吨的船舶不适用。《科尔雷格公约》中船舶的定义是指用作或能够用作水上运输工具的各种类型的水上航行器，包括非排水船、地面翼船和水上飞机。SUA公约将船舶定义为任何类型的船舶，不是一直地附在海床上，包括动力船，潜水艇或任何其他浮船。《国际船舶残骸清除公约》也通过了类似的定义。根据这些海事公约，我们可以知道海员不是适用于公约的关键组成部分。因此，一些研究者认为，在《联合国海洋法公约》关于公海与专属经济区航行权和领海无害通过权的规定中，无人船也可以享有同样的权利。
上述船舶的定义是不包含海员作为关键因素，也不排除海上自主船舶。因此，海上自主船应属于上述船舶。
3.1.2海上自主船舶的定义
海上自主船舶，MASS就是其简称。目前，海上自主船舶正处于研制和试验阶段。国际公约和国内法律法规没有给出权威性的定义。在学术界，一些研究机构定义了海上自主船，如中国船级社。
中国船级社定义的自主船舶（智能船舶）是指利用传感、通信、物联网等技术手段，在计算机技术的基础上，自动感知和获取船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据。并以计算机技术、自动控制技术、大数据技术、智能化技术为基础，使船舶在航行、管理、维护、货物运输等方面智能化运行，使船舶更加安全、环保、经济、可靠。海上自主船舶的发展是一个循序渐进的过程，因此中国船级社采用了“更安全、更环保、更经济、更可靠”的说法。
海上自主船舶的特点：
1)具有感知能力，即感知船舶自身和周围环境信息的能力。
2具有记忆和思维能力，即储存感知信息和管理知识的能力，以及对现有知识进行分析、计算、比较、判断、联想和决策的能力。
3）具有学习和适应能力，即通过专业知识与环境的互动，不断学习和积累知识，适应环境的变化；
4）具有决策能力，即对自身情况和外部环境作出反应，对岸上人员进行决定和指导，甚至控制船舶的能力。
“无人船”是指船上没有船员的船舶。根据自动化程度的不同，船舶可以由一个或多个岸基控制进行远程操作，也可以在没有人为干预的情况下以全自动模式进行操作。操作的自动化程度不是固定的，但在一次航行中可能会改变。
日本在海上安全委员会（MSC）第99次会议上提出的关于海上自主船舶的有关原则中，“无人船”是指船上没有船员的船舶。根据自动化程度的不同，船舶可以由一个或多个岸基遥控器进行远程操作，也可以在没有人为干预的情况下以全自动模式进行操作。操作的自动化程度不是固定的，但在一次航行中可能会改变。无人驾驶船是指具有较高自主能力的船舶。
海上安全委员会第99次会议工作组报告从立法的角度对自主船进行了界定，将自主船划分为四个层次。
国际海事组织将海上自主船(MASS)定义为在某种程度上独立于人机交互的船舶。
本文的研究对象是自主船对船员职业发展和航海教育培训的影响。从自主船舶和船员的角度定义，海上自主船是指在一定程度上独立于人机交互的船舶，包括具有自动规划、航行、对周围环境自主感知能力的全自主船舶，非自主航行的遥控无人驾驶船舶和按照内置程序航行执行任务的半自主载人船舶。
3.1.3海上自主船的分类
研究自主船舶对船员职业发展和航海教育培训的影响具有重要意义。
表3-1：海上自主船舶的术语
表3-1船舶自主驾驶、遥控操作、遥控监控、自主航行相关术语
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商船人工航行 |
驾驶员向舵手或作为自动驾驶仪设置的舵手或船舶主机的机舱发出所需航向和航速的指令。驾驶员有电子海图和自己的位置和航线。雷达系统显示其他船只的航向和速度。 |
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自动航向操纵 |
航向操纵发生在编码位置之间；船舶的自动驾驶仪确保船舶从位置A驶离到B。 |
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决策支持 |
决策支持包括规划航线和速度剖面，以便在给定时间到达港口，并预测海况和风况。更广泛的决策支持可包括指导航行船员在狭窄水域执行规避行动。 |
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遥控航行 |
远程操作用于远程操作自动驾驶仪的一个点的可能性以及对推进机械的影响。 |
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远程监控 |
例如，机舱、航向和速度传感器的测量值在岸上或另一艘船上的操作中心实时显示。全面监控包括传输电视监控和雷达图像，以便操作中心有足够的关于船舶及其周围环境的信息，能够执行远程操作航行。 |
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部分自主 |
该船有评估情况和结果的系统，并就如何反应向航行船员提供建议。航行船员不一定亲自出现在船的驾驶台上。 |
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完全自主 |
对情况进行感知和评估，并在不受人类干预的情况下决定采取何种行动。 |
目前，学术界在根据自身需要进行相关研究时，对自主船舶进行了多种分类。更权威的分类如下：
1） 在海事人力资源研究所（MHRI）的协调下，国际海事组织工作组在研究对《海员培训、发证和值班标准国际公约》有关自主船舶的规定进行必要修正时，将自主船舶分为三种情况。
案例1：具有岸上遥控选项的常规船舶（船上海员）。
案例2：配备高度自动化的驾驶台/发动机值班系统的船舶，以便减轻驾驶员/机工值班工作的工作量（船上海员）。
案例3：无人驾驶船舶，由岸上远程操作员操作（非船上海员）。
2） 劳氏船级社根据自主级别分为7个级别，分别是：AL0手动操舵、AL1船上支持的决策、AL2船上或岸上支持的决策、AL3船上监督和批准人的执行、AL4船上监督和干预人的执行、AL5监控自主性，AL6完全自主。
劳埃德船级社的分类是基于所使用的技术和操作者角色之间的差异，这种分类方法只涉及航行。详细分类如下表3-2：
表3-2按劳埃德船级社列出的船舶自主水平
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说明 |
操作角色 |
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AL 0：手动转向。转向控制装置或航向设定点等都是手动操作。 |
操作员在船上或通过无线电进行远程控制。 |
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AL 1：船上决策支持。根据给定的参考和路线图，自动驾驶航向和速度。航向和速度由船上的传感器测量。 |
操作员以“路线点”和所需速度的形式插入路线。必要时，操作员监控并改变航向和速度。 |
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AL 2：船上或岸上决策支持。通过一系列需要的位置引导路线。路线的计算是为了遵守既定计划。外部系统能够上载新的路线计划。 |
监控操作和周围环境。如果某种情况需要改变航向和速度。干预建议可以通过算法给出。 |
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AL 3：监控和批准的命令由人执行。系统根据船舶及其周围环境的传感器信息提出航行决定。 |
监控系统的功能在执行前批准操作。 |
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AL 4：监控和干预的命令由人执行。航行命令和操作行动的决定由系统计算，系统执行根据操作员批准计算的结果。 |
操作员监控系统的运行，并在必要时进行干预。监测可以是岸基的。 |
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AL 5：监控自主性。航行和操作的总体决策由系统计算。其后果和风险将尽可能地被抵消。传感器检测周围环境中的相关元素，系统解释情况。系统计算自己的操作并执行这些操作。如果对情况的解释不确定，请联系操作员。 |
系统执行自己计算的行动。除非系统非常确定其对周围环境、自身条件以及由此计算的作用的解释，否则将联系操作员。总体目标由操作人员确定。监测可能基于海岸。 |
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AL 6：完全自主。航行和操作的总体决策由系统计算。计算后果和风险。这个系统是根据它自己的分析和计算而起作用的能力和环境的反应。在“智能机器”级别中包含了对周围环境以及以前和典型事件的知识。 |
系统自己做决策，决定自己的行动。自身能力计算和周边交通预期反应预测。当系统不确定时，操作者参与决策。系统可能已经确定了总体目标。岸基监测。 |
3）从海事监督的角度看，丹麦海事管理局在“分析使用自主船舶的监管障碍”的研究报告中，根据船舶的自主程度，将自主船舶分为四个等级。它们是M、R、RU和A.M，分别代表带自动化过程和决策支持的手操航行，R代表带有船员的远程控制船，RU代表不带船员的远程控制船，以及A代表全自动船。具体分类见下表3（MSC 99/INF.3）。
表3-3本条例下的自主级别
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自主水平 |
操作员角色 |
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M：具有自动化流程和决策支持的手操航行 |
操纵员（船长）在船上控制船舶，按照现行的人员配备标准配备人员。根据足够的技术支持选项和警报系统，驾驶室有时可能无人驾驶，一名船员随时待命，随时可以控制和承担航行值班。 |
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R：船上有船员的远控船 |
该船只是在岸上或从另一艘船只控制和操作的，但一名受过船舶航行值班和操纵训练的人员将在船上待命，随时准备接受控制并担任航行值班，在这种情况下，自主权级别移到M级。 |
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RU：无船员的遥控船 |
该船由岸上或另一艘船控制，船上没有任何船员。 |
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A：自主船 |
船舶的操作系统计算结果和风险。这个系统能够自己做决定和决定行动。只有当系统出现故障或提示人工干预时，岸上操作员才参与决策，在这种情况下，自主级别将转移到R或RU级别，具体取决于船上是否有船员。 |
考虑到本研究的内容是自主船舶对海员职业发展和海事教育培训的影响，并考虑到船舶配备人数，海上远程控制人员的设置和海上教育培训（包括对船上自主船舶船员和岸上远控人员的教育培训），该主题旨在根据海上安全委员会分类对自主船舶进行分类。研究分为以下几个层次：
1） 具有过程自动化和决策支持的船舶：船舶配备了一些系统或设备，可以帮助海员实现航行任务的过程自动化和决策支持。船舶的航行决策是由海员自己作出的，从外界获得的信息对海员的决策起着补充作用。
2） 带海员的遥控船舶：船上装有遥控系统或设备，可帮助船下人员（如岸上人员或其他设备）完成航行任务。船舶的航行决策由非船上人员作出，海员应按照遥控人员的指令执行。
3） 无海员遥控船舶：船舶装有遥控系统或设备，可帮助船下人员（如岸上人员或其他设备）完成航行任务。船舶的航行决策完全由非船上人员作出，船上没有人员。
3.2自主船舶技术发展现状
自主船舶的发展涉及信息物理系统、综合船桥系统、环境信息感知、避碰路径规划、轨道控制、物联网、云计算、大数据、传感器、自动化技术、网络信息安全等技术的综合应用，远程控制技术、卫星和通信技术、处理决策支持的大数据分析技术、设备和系统的状态分析和故障诊断技术、船体状态监测和分析技术。
3.2.1自主船舶关键技术开发
1） 信息物理系统
信息物理系统（CPS）是计算过程和物理过程之间的集成和交互。也就是说，它可以通过嵌入式计算机和网络对物理过程进行检测和控制，通过反馈环实现物理过程对计算过程的影响。它不同于传统的计算系统和物理系统的概念，通过自适应和反馈闭环控制，将信息世界和物理世界结合起来，主要考虑功能上的性能优化。它是一种集计算、通信和控制技术（3C）于一体的智能技术，具有实时性、安全性、可靠性和高性能等特点。自主船舶是一个复杂的、异构的、高可靠性的应用系统，能够满足CPS的要求。智能化的实现需要多源异构信息的支持，如船舶自身的航行状态、周围环境、设备状态以及船间、船岸交互等。
2） 综合船桥系统（IBS）
综合船桥系统是一个综合的系统，体现在完善的导航、行车控制、避碰、信息集中显示、报警监控、通信、岸站保障、航行管理和控制自动化等多种功能上。方便驾驶员和岸基人员观察和操作，同时优化各设备的信息，使综合船桥系统在保证船舶安全航行、降低人员成本方面比单独使用设备发挥更大的作用
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