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.

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. 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.).

Развитие автономного судовождения

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). Впоследствии эксперименты в области автономной навигации были продемонстрированы компаниями  Rolls-Royce Holdings, Kongsberg (Yara Birkeland), Sitronics (пилотный проект «БЭС-КФ»), Nippon Yusen, Sea Machines Robotics, Wärtsilä, Samsung Heavy Industries и другими.

В конце 2019 года Япония уведомила Международную морскую организацию (IMO) о первых испытаниях нескольких систем автономной навигации на крупнотоннажном судне в реальных условиях.

В начале 2020 года Россия уведомила ИМО 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, а правительство России утвердило проведение национального эксперимента по широкой опытной эксплуатации MAНС. 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.

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).  Позже термин стал применяться к российским технологиям автономной навигации, основанным на принципе полной функциональной эквивалентности .

Принцип полной функциональной эквивалентности

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.

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».

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. 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). 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.

Технологии автономного судовождения

Начиная с проекта MUNIN, практически все разрабатываемые технологии автономной навигации имеют схожую системную архитектуру. 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. Для обеспечения автоматического и дистанционного управления они объединяются в единый комплекс с ключевыми системами автономного судовождения:

Файл:Arc-rus.png

Системная архитектура комплекса а-Навигации

Автономная навигационная система (АНС)

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)

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)

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)

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

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.

Внутреннее видеонаблюдение

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

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»

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».

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.

На 101-й сессии КБМ, состоявшейся в июне 2019 года, было принято Временное руководство по испытаниям МАНС. 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. 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.

На 103-м заседании КБМ, проходившем с 5 по 14 мая 2021 года, был завершен обзор правового регулирования МАНС . 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. В частности, в законе определены такие вопросы, как понятие автономного судна, внешнего экипажа, ответственности за возможный ущерб и другие.

Экономические аспекты автономного судовождения

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. 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. 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. Одной из причин этого является снижение привлекательности для моряков работы в суровых морских условиях, что обострилось во время пандемии COVID-19 . 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.

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.