А-Навигация
Автономное судовождение (автономная навигация, a-Navigation[нет источника]) – автоматическое и дистанционное управление судами, применение морских автономных надводных судов (МАНС). Внедрение автономного судовождения должно повысить безопасность на море за счет сокращения количества ошибок, связанных с человеческим фактором[1].
Автономная навигация подразумевает исключение человеческого фактора из процессов навигации судна за счет применения автоматического управления и организации постоянного дистанционного мониторинга и контроля. На морском транспорте, как и на других видах транспорта, человеческий фактор является основной причиной аварий: на него приходится около 80% инцидентов на море[2][3]. Причем основными причинами ошибок, допускаемых людьми, остаются причины субъективного характера (снижение внимания, недостаточная координацией работы, нарушение известных требований, плохое самочувствие кого-либо из членов экипажа и др.)[4].
Развитие автономного судовождения[править]
Активные разработки и эксперименты в области автономной навигации начались в 2012 году с исследовательского проекта MUNIN (Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks, Морская беспилотная навигация с использованием интеллектуальных сетевых технологий)[5]. Впоследствии эксперименты в области автономной навигации были продемонстрированы компаниями Rolls-Royce Holdings[6], Kongsberg (Yara Birkeland), Sitronics (пилотный проект «БЭС-КФ»)[7], Nippon Yusen[8], Sea Machines Robotics[9], Wärtsilä[10], Samsung Heavy Industries[11] и другими.
В конце 2019 года Япония уведомила Международную морскую организацию (IMO)[12] о первых испытаниях нескольких систем автономной навигации на крупнотоннажном судне в реальных условиях.
В начале 2020 года Россия уведомила ИМО[13] о проведении крупнейшего в мире пилотного проекта с испытанием полного набора систем автономного судовождения на нескольких судах в условиях коммерческой эксплуатации.
В декабре 2020 года Российский морской регистр судоходства выдал одобрение в принципе на комплекс средств для автономной навигации[14], а правительство России утвердило проведение национального эксперимента по широкой опытной эксплуатации MAНС[15]. В рамках указанного эксперимента любая судоходная компании может оборудовать свое судно, зарегистрированное под российским флагом, системами автономного судовождения и использовать его в рамках своей коммерческой деятельности[16].
Российскими разработчиками также используется термин а-Навигация (a-Navigation), который изначально использовался в качестве аббревиатуры автономной навигации по аналогии с термином «e-Navigation» (концепция и стратегия ИМО по обмену данными и связи судно-судно, судно-берег)[17]. Позже термин стал применяться к российским технологиям автономной навигации, основанным на принципе полной функциональной эквивалентности[18] .
Принцип полной функциональной эквивалентности[править]
В основе российского подхода к автономной навигации лежит принцип полной функциональной эквивалентности. Он предполагает, что все функции экипажа на борту, предусмотренные действующими правилами по безопасности мореплавания (SOLAS , МППСС-72, ПДНВ), будут выполняться в полном объеме вне зависимости от методов управления, в том числе при использовании автоматического и дистанционного управления[19].
В соответствии с этим подходом, «чтобы обеспечить широкое использование МАНС в реальных условиях, они должны полностью обеспечивать выполнение всех существующих функций управления, предусмотренных действующими международными правилами для экипажа судна. Это обеспечит, с одной стороны, единообразие регулирования в отношении всего флота, а с другой стороны, снизит риски и опасения относительно новой технологии»[20].
Для соблюдения принципа полной функциональной эквивалентности эксплуатация МАНС предполагает симбиоз трех методов управления - автоматического, дистанционного и ручного, выбор каждого из которых определяет капитан и судоходная компания в зависимости от преобладающих условий, типа судна и характера его работы[21]. Например, автоматическое управление в открытом море при нормальных условиях в соответствии с МППСС-72, поддержание радиосвязи с другими судами с помощью дистанционного управления, переход к традиционному управлению в чрезвычайно сложных условиях (включая ситуации, когда от члена экипажа, отвечающего за вахту в данное время, требуется немедленно уведомить капитана судна о происходящем в соответствии с требованиями ПДНВ[22]). Но в любом случае, в каждый момент времени МАНС в целом должно соответствовать принципу полной функциональной эквивалентности, то есть на борту должны выполняться все функции, которые должен выполнять экипаж на традиционном судне[23].
Технологии автономного судовождения[править]
Начиная с проекта MUNIN, практически все разрабатываемые технологии автономной навигации имеют схожую системную архитектуру[24]. Они предполагают интеграцию существующих конвенционных навигационных и технических систем (в том числе обязательных) на борту с новыми компьютерными системами. В настоящее время уже получили широкое применение как компьютеризированные навигационные системы, так и необслуживаемые машинные помещения, не требующие постоянного присутствия экипажа в машинном отделении[25]. Для обеспечения автоматического и дистанционного управления они объединяются в единый комплекс с ключевыми системами автономного судовождения[26]:
Автономная навигационная система (АНС)[править]
АНС выполняет функции автоматического анализа окружающей обстановки, перехода по заданному маршруту (в автоматическом режиме и в режиме дистанционного управления), предлагая автоматическое принятие решений о маневрировании судна с учетом его параметров и положений МППСС-72. В АНС входит подсистема обработки навигационной информации (ПОИ), подсистема автоматического маневрирования и расхождения (ПАМИР) и дисплей АНС (с расширенной функциональностью ЭКНИС).
Подсистема обработки навигационной информации (ПОИ) в режиме реального времени получает и автоматически интегрирует данные от всех доступных источников информации (радиолокационная станция, АИС, глобальные системы спутниковой навигации и позиционирования, метеостанция и др., включая оптические системы анализа) о целевой обстановке, собственном судне и состоянии систем управления движением. Аналогичным образом сейчас собирает и интегрирует данные на борту человек с помощью своего зрения и интеллекта.
Подсистема автоматического маневрирования и расхождения (ПАМИР) удерживает судно на маршруте и рассчитывает его маневры для предотвращения столкновений с другими судами и навигационными опасностями в соответствии с правилами, установленными МППСС-72. Применение строго определенных алгоритмов расхождения позволяет МАНС быть полностью предсказуемым, даже в сравнении с традиционным судном, управляемым человеком.
Для взаимодействия с человеком на дисплее АНС отображаются данные из всех обязательных и дополнительных электронных карт (таких как изображения ICE или SAT), а также любая другая необходимая информация аналогично ЭКНИС.
Оптическая система анализа ситуационной обстановки (ОСА)[править]
OСA - это оптическая система, которая автоматически обнаруживает и распознает окружающие объекты. Эти данные в машиночитаемой форме передаются в АНС, а обработанное видеоизображение передается на интерфейс пользователя (например, на пульт дистанционного управления).
OСA обеспечивает выполнение конвенционных требований по обеспечению визуального наблюдения как в полностью автономном режиме, так и во время дистанционного управления. Одновременно, OСA позволяет повысить качество ситуационной осведомленности экипажа как на борту, так и за пультом дистанционного управления, с помощью дополненной реальности (изображение с дополнительной целевой информацией) и даже полностью виртуальных моделей (в случае плохой видимости или проблем с каналом связи между пультом управления и судном).
Пульт дистанционного управления (ПДУ)[править]
ПДУ - это рабочее место оператора дистанционного управления, предназначенное для решения всего спектра задач дистанционного мониторинга и управления. Он расположен за пределами контролируемого судна и является эквивалентом высоко-эргономичного судового мостика и центрального поста управления.
Также технологический комплекс а-Навигации предполагает использование таких систем как:
Система скоординированного управления движением (СКУ)[править]
СКУ передает команды АНС на судовые исполнительные механизмы. Таким образом система выполняет те же функции, что и рулевой, который преобразует приказы офицера в действия для управления рулями и двигателем судна.
На традиционных судах уже широко применяются СКУ (системы следования по маршруту, системы динамического позиционирования и т.п.), которые позволяют следовать заданной человеком траектории с высокой точностью, с учетом существующих погодных условий и модели судна. Подключение СКУ к АНС позволяет управлять двигательными установками и системами рулевого управления как в автоматическом, так и дистанционном режиме.
Системы связи[править]
Все системы а-Навигации объединены в одну локальную сеть , включая VPN-соединения между бортовыми системами и пультом дистанционного управления. Эта локальная сеть должна быть защищена от несанкционированного доступа с помощью шифрования данных, брандмауэра для защиты периметра, а также контроля и ограничения сокетов.
Обмен данными между сегментом бортовой сети и удаленными системами осуществляется по беспроводным каналам связи . В зависимости от условий эксплуатации МАНС средства связи могут включать:
- спутниковую связь (в любых зонах): VSAT, Inmarsat, Iridium и др.;
- мобильную связь (в зоне покрытия мобильных сетей): CDMA , 3G , 4G;
- прямую радиосвязь (в зоне прямой видимости, например, при караванном управлении).
Каналы связи должны быть зарезервированы для обеспечения постоянной доступности и защиты от несанкционированного доступа[27].
Внутреннее видеонаблюдение[править]
Внутреннее видеонаблюдение также широко используется на российских судах, в т.ч. для выполнения требований транспортной безопасности. Оно обеспечивает выполнение различных задач: автоматический контроль состояния помещений (движение, изменение геометрических параметров и т. д.), оборудования (изменение индикации, состояния переключателей и т. д.), груза (смещение, осыпание, наклон и т. д.), а также передачу этой видеоинформации на пульт дистанционного управления.
Вопросы регулирования автономного судовождения[править]
Правовое регулирование является одним из ключевых факторов для внедрения технологий автономной навигации.
«Автономные суда развиваются быстрыми темпами, тем самым демонстрируя, что проблема не в самой технологии, а в том, чтобы соответствовать существующим правовым рамкам»[28]
На 98-й сессии Комитета по безопасности на море (КБМ) ИМО, прошедшей с 7 по 16 июня 2017, было принято решение о включении предмета автономного судоходства в сферу деятельности ИМО и впервые в истории введен термин «морские автономные надводные суда» с соответствующей аббревиатурой «МАНС»[29].
В результате следующих двух сессий КБМ, 99-ой и 100-ой, проведенных в 2018 г. с 16 по 25 мая и с 3 по 7 ноября, соответственно, был инициирован обзор правового регулирования (RSE) в отношении автономного судоходства, сформулировано и одобрено определение МАНС как судна, которое может функционировать в некоторой степени независимо от человека[30].
На 101-й сессии КБМ, состоявшейся в июне 2019 года, было принято Временное руководство по испытаниям МАНС[31]. Именно этот документ в дальнейшем был использован в качестве основы для постановления правительства РФ о проведении национального эксперимента по широкой опытной эксплуатации МАНС в Российской Федерации[32]. Постановлением правительства также поручено Федеральному агентству морского и речного транспорта (Росморречфлот) разработать рекомендации по применению МППСС-72 в автономном судоходстве; эти рекомендации должны обеспечить на национальном уровне правильное толкование требований данной Международной конвенции для автономных судов. Рекомендации Росморречфлота опубликованы в январе 2021 года и используются для разработки алгоритмов расхождения в компьютерных системах.[33]
На 103-м заседании КБМ, проходившем с 5 по 14 мая 2021 года, был завершен обзор правового регулирования МАНС[34] . Эти результаты, а также результаты обзора регулирования МАНС, выполненного Юридическим комитетом ИМО, были использованы при разработке Федерального закона «О внесении изменений в Кодекс торгового мореплавания Российской Федерации и отдельные законодательные акты в части правоотношений, возникающих при эксплуатации автономных судов», подготовленным Минпромторгом России совместно с Отраслевым центром МАРИНЕТ[35]. В частности, в законе определены такие вопросы, как понятие автономного судна, внешнего экипажа, ответственности за возможный ущерб и другие.
Экономические аспекты автономного судовождения[править]
Внедрение автономной навигации позволяет сократить убытки от аварий и затраты на эксплуатацию судов. По данным одного из крупнейших финансовых и страховых концернов Allianz Global Corporate & Specialty AG убытки в морском транспорте, понесенные по причине ошибок человека, в 2017 году составили 1,6 млрд долларов[36]. Повышение безопасности и контроля позволяет не только снизить эти потери, но и сократить расходы на страхование судов и грузов.
В то же время для судовладельцев расходы на содержание экипажа на борту судна являются второй по величине статьей расходов на эксплуатацию судна после затрат на топливо[37]. Снижение нагрузки на экипаж на борту за счет автоматизации функций судовождения и использования дистанционного управления снизит численность экипажа на борту и, как следствие, расходы на эксплуатацию судна.
Сегодня в судоходной отрасли наблюдается острая нехватка квалифицированных моряков: по прогнозу BIMCO в 2025 году она оценивается более чем в 150 000 человек[38]. Одной из причин этого является снижение привлекательности для моряков работы в суровых морских условиях, что обострилось во время пандемии COVID-19[39] . Внедрение автономной снизит потребность в членах экипажа на борту и создаст новые вакансии дистанционных операторов судов, работающих в более комфортных береговых условиях. Последнее также будет способствовать развитию инклюзивности в морском транспорте[40].
В перспективе появляется возможность кардинально изменить конструкцию судов при отсутствии или значительном сокращении численности экипажа на борту: сокращение помещений для экипажа, систем жизнеобеспечения и спасения и т. д[41].
Примечания[править]
- ↑ S. Ahvenjärvi Platform for Development of the Autonomous Ship Technology. — CRC Press, 2017. — С. 359-363. — ISBN 9781315099132.
- ↑ Рита Греч, Мишель; Джон Хорберри, Тим; Кестер, Томас Человеческий фактор в морской сфере. — Boca Raton: CRC Press, 2008. — 2016 с. — ISBN 9780429355417.
- ↑ Санчес-Баскоэчеа, Хавьер; Бастерретксеа-Ирибар, Иманол; Сотес, Иранзу; Мачадо, Мария де лас Мерседес Марури Человеческая ошибка в морских авариях: всегда ли виноват экипаж? (анг.) // Исследования морского транспорта. — 2021. — № 2. — ISSN 2666-822X.
- ↑ Электронный бюллетень https://www.mpa.gov.sg/assets/srs/e-bulletins/Issue1/SRS-Issue1-EDM.html
- ↑ MUNIN | Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks.
- ↑ Rolls-Royce представляет будущее беспилотных кораблей.
- ↑ Российские компании могут извлечь выгоду из автономной навигации.
- ↑ NYK проводит первые в мире испытания морских автономных надводных кораблей.
- ↑ The Machine Odyssey – 1000NM Autonomous Voyage Around Denmark.
- ↑ Первые ходовые испытания успешно завершены новаторским проектом "IntelliTug" Wärtsilä и PSA Marine.
- ↑ Self-sailing boat makes successful test voyage near Samsung shipyard.
- ↑ MSC102/INF.8. Report on MASS trials conducted in accordance with the Interim guidelines for MASS trials. Submitted by Japan.
- ↑ MSC 102/5/29. Ongoing MASS trials in the Russian Federation. Submitted by the Russian Federation.
- ↑ РС принципиально одобрил технологию автоматического и дистанционного судовождения. Проверено 23 декабря 2021.
- ↑ Постановление Правительства РФ от 5 декабря 2020 г. № 2031« О проведении эксперимента по опытной эксплуатации автономных судов под Государственным флагом РФ.
- ↑ Россия открывает широкую опытную эксплуатацию морских автономных судов. Новости кипрского судоходства. 10 декабря 2020 года.
- ↑ Построение будущего с автономным судоходством // Splach247. — 2021.
- ↑ а-Навигация. Автоматическое и дистанционное судовождение.
- ↑ a-Navigation. HOW IT WORKS. Проверено 23 декабря 2021.
- ↑ MSC 103/5/12. Comments submitted by Russian Federation.
- ↑ a-Navigation Conference (рус.). Проверено 23 декабря 2021.
- ↑ Кодекс ПДНВ (Часть A, Глава VIII - Вахтенное дело).
- ↑ Принцип полной функциональной эквивалентности в работе автоматизации судов (рус.). Проверено 23 декабря 2021.
- ↑ MUNIN Results | MUNIN. Проверено 23 декабря 2021.
- ↑ Preparation for UMS Operation On Ships.
- ↑ a-Navigation. Как это работает.
- ↑ Российский морской регистр судоходства. Положения по классификации морских автономных и дистанционно управляемых надводных судов (МАНС). НД № 2-030101-037 (рус.).
- ↑ Stephanie Guerra, Ready about, Here Comes AI: Potential Maritime Law Challenges for Autonomous Shipping,. — 30 U.S.F. Mar. L.J. 69, 2017.
- ↑ Maritime Safety Committee (MSC), 98th session, 7-16 June 2017. Проверено 23 декабря 2021.
- ↑ Maritime Safety Committee (MSC), 100th session, 3-7 December 2018. Проверено 23 декабря 2021.
- ↑ MSC.1-Circ.1604. Interim Guidelines For MASS Trials.
- ↑ Постановление Правительства РФ от 5 декабря 2020 г. № 2031"О проведении эксперимента по опытной эксплуатации автономных судов под Государственным флагом РФ".
- ↑ Рекомендации по применению Международных правил предотвращения столкновения судов 1972 года (МППСС-72) автономными судами.
- ↑ 103 MSC.
- ↑ О внесении изменений в Кодекс торгового мореплавания Российской Федерации.
- ↑ Allianz Global Corporate & Specialty SE. Обзор безопасности и доставки. 2018.
- ↑ Н. Гардинер Судовые эксплуатационные расходы 2011-2012: Годовой обзор и прогноз. — Drewry Maritime Research, 2011.
- ↑ Отчет о кадрах BIMCO / ICS прогнозирует потенциальную нехватку почти 150 000 сотрудников к 2025 г..
- ↑ Дрюри: Отрасль столкнется с растущей нехваткой офицеров к 2026 году.
- ↑ A-Navigation откроет новые возможности для женщин, занимающихся судоходством.
- ↑ What are the benefits of adopting autonomy technology for the maritime industry? (en-GB) (2019-11-05). Проверено 23 декабря 2021.