Автономные грузовые суда , также известные как автономные контейнеровозы или морские автономные надводные суда ( MASS ), представляют собой суда без экипажа , которые перевозят либо контейнеры , либо насыпные грузы по судоходным водам с небольшим или нулевым участием человека. Различные методы и уровни автономности могут быть достигнуты посредством мониторинга и дистанционного управления с ближайшего пилотируемого судна, берегового центра управления или с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения , позволяя самому судну определять курс действий. [1] [2]
По состоянию на 2019 год в разработке находилось несколько проектов автономных грузовых судов, наиболее заметным из которых является строительство MV Yara Birkeland , испытания которого изначально планировалось начать в 2019 году, а эксплуатация — в 2020 году. [3] В России группа компаний под эгидой Ассоциации промышленности MARINET инициировала проект испытаний автономной и дистанционной навигации . В рамках проекта три существующих судна были оборудованы для дистанционного управления и возможности работать в дистанционном режиме при выполнении реальных коммерческих рейсов. Судоходные компании, работающие в районе Великих озер, также активно используют эту технологию в партнерстве с различными фирмами, занимающимися морскими технологиями. [4]
По состоянию на 2020 год Япония сообщила в ИМО о первом испытании MASS с Iris Leader, чисто автомобильным перевозчиком грузовиков. [5] Франция сообщила об испытаниях с "VN REBEL", [6] 80-метровым торговым судном, базирующимся в гавани Тулона, которое дистанционно управлялось из Политехнической школы в районе Парижа. Китай сообщил об испытаниях, проведенных с судном Jin Dou Yun 0 Hao , [7] 12,9-метровым судном, управляемым с помощью автоматической навигационной технологии и дистанционного управления и питаемым от электростанции. [8]
В 2021 году российские компании провели испытания автономных навигационных систем в ходе 28 коммерческих рейсов. В связи с полученными многообещающими результатами морские власти России разрешили любым судоходным компаниям оснащать свои суда под флагом России автономными навигационными системами и эксплуатировать их в своей обычной деятельности в рамках национального эксперимента при соблюдении ряда условий.
Автономные грузовые суда рассматриваются некоторыми в судоходной отрасли как следующий логический шаг в морском судоходстве , отмечая общую тенденцию автоматизации задач и сокращения экипажей на судах. В 2016 году Оскар Левандер, вице-президент Rolls-Royce по морским инновациям, заявил: «Это происходит. Вопрос не в том, произойдет ли это, а в том, когда. Технологии, необходимые для того, чтобы сделать удаленные и автономные суда реальностью, существуют... Мы увидим дистанционно управляемое судно в коммерческом использовании к концу десятилетия». [9]
Другие же настроены более скептически, например, генеральный директор крупнейшей судоходной компании в мире Сёрен Скоу из Maersk , который заметил, что не видит преимуществ в удалении уже сокращенных экипажей с судов, добавив: «Я не ожидаю, что нам разрешат плавать на 400-метровых контейнеровозах весом 200 000 тонн без людей на борту […] Я не думаю, что это будет способствовать повышению эффективности, по крайней мере, в мое время». [10] [11] Проблемы нормативного регулирования, безопасности, права и охраны рассматриваются как самые большие препятствия на пути к воплощению автономных грузовых судов в реальность. [12]
Комитет по безопасности на море Международной морской организации (ИМО) предложил предварительное определение автономных судов как морских автономных надводных судов (MASS) , которое включает в себя степени автономности, при которых судно может работать независимо от взаимодействия с человеком: [13]
Исследователи из Университета Тромсё предложили различные концепции организации полуавтономного и полностью автономного парусного спорта. [1]
Система Master-Slave предполагает, что один управляемый «главный» корабль используется для координации и контроля за группой неуправляемых автономных «ведомых» кораблей, которые следуют за ним. Персонал с традиционной морской, инженерной и ИКТ-подготовкой будет присутствовать для того, чтобы иметь дело с внезапными событиями, такими как сбой связи, пожар или поисково-спасательная операция. Система Captain on Land предполагает, что корабли могут контролироваться и управляться обученной береговой командой в командном центре. Аудиовизуальная технология поможет команде получить ориентацию в окружающей среде. Это позволит судну быть полностью автономным в районах с низким трафиком, но управляться из командного центра в районах с высоким трафиком, таких как Суэцкий канал или Малаккский пролив . Полностью автономные операции позволят судну плыть без какого-либо вмешательства человека, собирая информацию и данные из своего окружения и принимая решение на их основе. Он также может отправлять и получать навигационные и позиционные данные от других автономных кораблей, аналогично бортовой системе предотвращения столкновений , что позволяет ему предпринимать безопасные действия при необходимости. [1]
Ассоциация промышленности MARINET представила подход, основанный на принципе полной функциональной эквивалентности . Принцип предполагает, что функции, предписанные для экипажа на борту действующим морским законодательством, должны полностью выполняться автоматически и под дистанционным управлением. Он позволяет постепенно автоматизировать судно, автоматизируя функции по одной и в полном объеме. [14]
Автономные суда достигают автономности за счет использования технологий, аналогичных тем, что используются в автономных автомобилях и автопилотах . Датчики предоставляют данные с помощью инфракрасных и визуальных спектральных камер, дополненных радаром , сонаром , лидаром , GPS и AIS , которые смогут предоставлять данные для навигационного использования. Другие данные, такие как метеорологические данные и системы глубоководной навигации и движения с береговых локаций, помогут судну проложить безопасный курс. Затем данные будут обрабатываться системами искусственного интеллекта либо на борту самого судна, либо на берегу, предлагая оптимальный маршрут и схему принятия решений. [15]
Данные с перечисленных выше датчиков обрабатываются несколькими системами: автономной навигационной системой, системой оптического наблюдения и анализа, системой координированного управления движением, системами управления двигателем, системами технического мониторинга и интерфейсами с человеком (пультом дистанционного управления и бортовыми интерфейсами).
Исследование, проведенное Allianz в 2018 году, показало, что от 75% до 96% морских аварий вызваны человеческим фактором, вызванным усталостью сотрудников, ошибками в личных суждениях, халатностью и/или ненадлежащей подготовкой. Человеческая ошибка привела к 2712 жертвам в 2018 году и обошлась в 1,6 миллиарда долларов убытков с 2011 по 2016 год; на грузовые суда пришлось 56% всех потерянных судов. [16] Работа на палубе, например, во время швартовных операций, по оценкам, в 5–16 раз опаснее, чем работа на берегу. [17] Некоторые утверждают, что внедрение полностью автономных и полуавтономных судов сократит количество и серьезность этих аварий из-за отсутствия экипажа на борту и лучшей производительности, которую обеспечивают автономные системы. [1] [18]
Согласно исследованию, проведенному Техническим университетом Дании , предполагается, что расходы на члена экипажа на борту в виде заработной платы, страховки и бортовых запасов составляют около 1 миллиона датских крон или 150 000 долларов США в год, [15] при этом расходы на экипаж обычно составляют около 20–30% от общей стоимости поездки грузового судна. Полуавтономные или полностью автономные суда могут потенциально сократить и устранить эти расходы, создавая стимул для судоходных компаний, которые стремятся к сокращению расходов на все более конкурентном рынке. Однако автономные суда могут увеличить береговые расходы в виде крупных первоначальных инвестиций и содержания центров управления и операций, датчиков, серверов данных и коммуникационных активов, таких как спутники с высокой пропускной способностью. [19]
Удаление человеческих экипажей позволит строить корабли без судовых объектов, необходимых для человеческой деятельности, таких как мостик или для человеческой жизни, таких как спальные помещения, сантехника, столовая и электропроводка, что снизит вес и повысит надежность. Это позволит строить автономные корабли легче и использовать меньшую часть своего размера для экипажа, что снизит расход топлива и воздействие на окружающую среду. [15]
Rolls-Royce утверждает, что низкотехнологичная пиратская деятельность, направленная на корабли и их экипажи, сократится в результате того, что корабли станут автономными. Корабли могут быть сконструированы так, что на них будет трудно попасть, а доступ к грузу и ручное управление будут недоступны. В случае пиратства центры управления могут обездвижить корабль или заставить его плыть по определенному курсу, пока до него не доберутся военно-морские власти. Без присутствия команды, которая могла бы удерживать заложников и требовать выкуп, грузовые суда, как утверждается, являются менее ценными целями для пиратов. [20]
В настоящее время большинство экипажей на борту коммерческих грузовых судов в основном состоят из штурманов и машинистов, которые обслуживают судовые пропульсивные машины, вспомогательные машины, генераторы для получения электроэнергии, сепараторы, насосы, систему охлаждения. Эти системы часто довольно сложны и требуют регулярного обслуживания. Увеличение избыточности рассматривается как решение, либо путем использования двух систем двигателей, либо путем использования различных методов движения, которые содержат меньше движущихся частей, таких как электричество на MV Yara Birkeland . [15]
Международное регулирование рассматривается как одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются автономные суда. Правило 5 Международных правил предупреждения столкновений судов в море (COLREG) требует, чтобы наблюдатель присутствовал для предотвращения столкновений, а Международная конвенция по охране человеческой жизни на море (SOLAS) требует, чтобы суда могли оказывать помощь в поисково-спасательных операциях, таких как подбор выживших в случае кораблекрушения. Без людей на борту автономных судов будет сложно соблюдать эти правила. ИМО начала работу по пересмотру частей трактатов, которые затрагивают автономное судоходство, [21] однако некоторые утверждают [ кто? ] , что работа идет слишком медленно, поскольку прогресс уже достигнут, а автономные суда уже готовятся к спуску на воду. [22]
По состоянию на 2021 год Комитет по безопасности на море, Юридический комитет, Комитет по упрощению формальностей и Комитет по защите морской среды Международной морской организации провели нормативную оценку использования MASS. [23]
Существуют государства, которые уже разработали и внедрили свое национальное регулирование в области МАС. Среди них в Российской Федерации принято Постановление Правительства № 2031 «О проведении испытаний автономных судов под Государственным флагом Российской Федерации» [24] , «Методические рекомендации по применению МППСС в области МАС» [25] , а также разработан Федеральный закон «О правоотношениях, возникающих при использовании автономных судов».
Кибератаки стали растущей угрозой в морском судоходстве, где хакерам удалось взломать такие системы, как AIS, используя дешевые глушители для подделки сигналов GPS и взламывая серверы контейнерных терминалов с целью получения грузовых манифестов. [26] Морскую отрасль критиковали за то, что она не в состоянии идти в ногу с технологическими инновациями, отставая на 10–20 лет от других отраслей и оставляя компьютерные сети незащищенными и открытыми для вторжения организованной преступности и государственных деятелей. [27]
Из-за возросшей зависимости от информационно-коммуникационных технологий в полуавтономных и полностью автономных судах кибербезопасность становится еще более серьезной проблемой, которую компаниям необходимо решать. Бортовые элементы управления и данные судна могут быть скомпрометированы и уязвимы для кибератак, поскольку автономным судам требуется постоянное подключение для обеспечения мониторинга и управления. Сложность конструкции судна с различными компонентами от разных поставщиков может затруднить обнаружение и предотвращение кибератак. Если автономное судно подвергнется кибератаке, восстановление контроля над судном может стать затруднительным из-за отсутствия на борту экипажа, который мог бы взять управление вручную. Для решения этой проблемы предлагаются специальные системы и оценки рисков для автономных судов. [28]
Другая проблема заключается в том, что из-за возросшей передачи данных, которые необходимо отправлять туда и обратно между кораблями и береговыми командными центрами, увеличивается вероятность «затопления данных», когда будут производиться и передаваться огромные объемы необработанных данных. Для достижения более эффективного использования емкости хранилища и связи необходимы интеллектуальные схемы предварительной обработки и сжатия, чтобы снизить вероятность «затопления данных». [1]
В то время как ожидается, что автономные суда станут обычной частью мировой судоходной отрасли, [29] переходный этап потребует человеческого управления и вмешательства. В настоящее время не хватает подготовки для человеческих операций, связанных с уровнями один, два и три [30] морских автономных надводных судов, что создает небезопасную рабочую среду. Основная регулирующая конвенция ИМО включает в себя документ под названием «Международная конвенция о стандартах подготовки, сертификации и несения вахты для моряков 1978 года», в которой излагаются минимальные стандарты компетентности, требуемые для операторов-людей. [31] Кодекс ПДНВ последний раз был изменен в 2018 году, [31] поэтому он довольно устарел и не содержит стандартов обучения, связанных с любым уровнем автономии MASS.
Недостаточное и неправильное обучение автономных судов быстро увеличивает вероятность столкновения судов. В настоящее время основными причинами столкновений пилотируемых и автономных судов являются неопытность, низкий уровень укомплектованности экипажем, плохая подготовка, незнание оборудования и неправильное принятие решений. [32] Такие должности, как операторы беспилотных судов, супервайзеры автономных судов и вахтенные офицеры, пользуются большим спросом, однако необходимо решить проблему нестандартизированных процедур обучения, чтобы обеспечить глубокое понимание этими лицами всех возможностей, а также ограничений автономных и неавтономных систем. [32]
Обучение кибербезопасности для экипажа — еще одно упускаемое из виду обучение, которое создает нестабильную среду безопасности. В настоящее время обучение кибербезопасности для экипажа не требуется. [33] Однако, поскольку киберинциденты увеличиваются в объеме, их управление может повлиять на пригодность пилотируемых и автономных судов. [33] Отсутствие надлежащего обучения кибербезопасности делает судно уязвимым для подключения персональных устройств, глушения критически важных для безопасности сетей, целевого фишинга и системной инженерии. [33] Простое обучение кибергигиене с учетом разницы между бортовыми сетями для оперативного использования и рекреационного может оказать значительное влияние на безопасность автономных судов.
Неясно, кто будет нести ответственность в случае аварии с автономным судном: несколько сторон, таких как компания, поставщик программного обеспечения, поставщик оборудования или береговые станции мониторинга могут быть виновны. Исторически считается, что капитаны полностью командуют своими судами и первыми подвергаются проверке, если что-то происходит. Без четкого лидера, отвечающего за это, международное регулирование должно определить, кто в конечном итоге несет ответственность за любые инциденты с участием автономных судов. [34]