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自動駕駛船舶之技術概況與未來發展機會

林姿伶/ 發布日期:2020/08/28/ 瀏覽次數:179

一、前言

自動駕駛船舶不需要船長駕駛,僅需透過感測器進行環境監控、導航、物體檢測,確認船舶的狀態,即可自動航行,可增加安全性、降低環境設備的運營成本與船上人員支出費用、減少溫室氣體排放量,進而增加航運產業之未來發展機會。

 

二、應用領域

自動駕駛船舶包含水下載具(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)、遙控潛水器(remotely operated underwater vehicles, ROVs)、海上自動駕駛船舶(Maritime Autonomous. Surface Ship, MASS)三大應用領域;其中,水下載具可作為水下勘查與觀測、船體檢查、海洋調查、水舌追踪、物體的辨識與檢測之用途;遙控潛水器由操作員在母艦上控制與監視,作為母艦的管線安裝、維護檢查之用途;海上自動駕駛船舶可作為海上搜救行動、港口監控、水下檢查工作、軍事防禦、海洋採樣作業、水文地質調查之用途。

 

三、技術概況

為了提高船舶的運營效率、降低成本、增加安全性,以推動自動駕駛船舶發展,目前,自動駕駛船舶之相關研發投入與技術布局如下(圖一):

(一)通訊衛星:提供準確的船舶位置與時間訊息,並共享、分析大量數據資料
依據聯合國外太空事務廳(United Nations Office for Outer Space Affairs, UNOOSA)之資料顯示,約有4,600顆衛星繞地球,作為全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)之訊號,能夠提供準確位置與時間訊息。於海事領域中,藉由氣象和海洋(Meteorological and Oceanographic, METOC)成像技術、自動識別系統(Automatic Identification System, AIS)、感測器來接收環境影像、檢測物體,並連接寬頻衛星通訊系統,共享來自感測器的大量數據資料分析,有助於船上決策過程的安全性與可靠性,推動自動駕駛船舶之發展。

(二)海平面環境監測:透過視覺影像的感測,獲得即時環境訊息
藉由全球衛星導航系統、電子海圖與訊息系統(Electronic Chart Display and Information System, ECDIS),以及將圖像感測器結合雷達、聲納,確認船舶的即時位置;另配備具環境監測功能的無人機,擴大自動駕駛船舶的視野,並獲得風速、風向、溫度、大氣壓力、濕度、海洋溫度之即時訊息,有助於船舶未來的航行環境與路徑預測。

(三)海面下環境評估:檢測並即時評估海面下的環境狀況,以提供精確的導航功能
將回音測深術(Eco Sounder)、側掃聲納(Side-scan Sonar)與感測器結合,提供高解析度的成像功能,即時檢測並評估海面下的環境狀況,進行精確導航、地形追踪,以及海底地標查看。

 

四、    新興技術與未來發展機會

近年來,隨著全球貿易市場日益攀升,航運產業也積極投入研發與製造,期望能透過新興技術,加速船舶的自動化與智慧化轉型,提升競爭優勢(圖2),如下:

(一)AI技術:提供船舶更高自動化等級,減少錯誤與事故發生
AI技術為船舶提供自動化的快速發展,受航運產業關注。使用AI演算法於船舶中,獲得天氣與洋流的數據資料,檢測人員操作與設備狀態是否異常,規劃船舶航線,以及預測分析,管理與維護船舶安全,減少人為錯誤與事故發生的可能性,進而增加安全性、降低油耗量;另外,還可依據用戶的喜好行為,提供客製化服務,提高運營效率。

(二)區塊鏈:提供更快速、更輕鬆、更透明的文件檔案編制方式與物流資訊
區塊鏈技術將改變航運產業的商業模式,帶動產業經濟成長。在文書工作方面,藉由區塊鏈技術制定智慧合約,並存在於分散式帳本,可自動履行合約、共享文檔、安全監管,取代傳統的文書工作,減少處理時間;在貨運系統方面,可幫助公司開發交易平台,提高定價透明度,並且提供運輸過程中的貨運資訊,以利貨物追蹤與管理,從而降低物流成本。

(三)虛擬實境(VR)/擴增實境(AR):提供更清晰視野的周圍環境視圖,以及身臨其境的互動體驗
將虛擬實境(VR)/擴增實境(AR)結合於智慧頭盔或眼鏡,為技術人員提供更清晰的周圍環境視圖,獲得工作所需之數據資料,以解決航行中發生的問題;還能透過該技術來定期檢查、維護設備,確保船舶在海上航行的安全性;另外,該技術可用以模擬緊急情況,提供技術人員身臨其境的互動體驗與學習,以及作為船隻的設計開發與建造之用。

(四)大數據:有效地分析與評估船舶數據資料,提供更強大的決策能力
隨著航運產業的數位化與現代化,感測器與智慧設備將產生大量的數據資料,資料的複雜度亦增加。在船舶方面,可藉由感測器所收集到的資料,幫助公司管理船舶訊息之歷史資料與即時運營資料,避免被開罰,並且提供船舶生命週期內的維護記錄,進行數據分析,評估操作流程的優先順序,以及問題診斷與修復之協助;在貨運物流方面,可用於追踪貨運成本,尋找合適的船舶,亦可提供貨運公司船舶預計即時抵達時間,以減少港口區域的擁堵,有效處理貨物。

(五)雲端運算:提供更容易操作、更高效率、可共同協作之方法
雲端運算於航運產業的應用最為廣泛,船運公司可共同編輯協作平台,使用雲端資料庫來採購燃料,進行即時貨物管理、中央系統之維護,有助於提升物流系統之溝通效率,提升追蹤系統之透明度,具低成本、高效益之優勢;也能即時更新全球天氣狀況,提供船舶安全資訊,減少自然災害造成的危險。

 

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