天上飛的、地上爬的都要自動駕駛系統,海上漂的船舶當然也要

09 / 21 . 2020
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自從特斯拉電動車 (Tesla) 的自動駕駛技術問世以來,這項技術便開始吸引世人的目光,也讓1980年代影集《霹靂遊俠》劇中炫目的霹靂車不再是夢想。在自動駕駛技術發展的過程中,民航機的自動駕駛模式早已行之有年,讓機長得以在長途飛行中放鬆一下。汽車的應用最受到矚目,一來有媒體寵兒Tesla持續帶動話題,再者汽車本就是最頻繁使用的日常交通工具。

至於船舶,好像總不在人們的日常雷達範圍中。然而船舶自動駕駛技術並沒有因此就停止發展,尤其臺灣的造船產業舉世聞名,因此船舶中心也在經濟部技術處科技專案的支持下,研發出一條船舶自動駕駛技術的發展軌跡。

要了解自駕船的技術,必須從它各系統組成面向開始下手。各種自動駕駛的技術應用都離不開基本原則,就是把交通工具開得像個老司機一樣。因此自駕交通工具必須耳聰目明、腦袋清楚,能夠充分收集環境資訊並且加以分析。

換句技術人的話來說,一套完整的船舶自動駕駛包括六大系統:

感知系統:暸望偵測週遭環境資訊、是否有障礙物、障礙物距離等等

決策系統:電腦分析計算作出航行決策,以船上分工來說就是艦長。

控制系統:傳遞決策判斷結果,實際操縱船舶航行。

通訊系統:保持與外界聯繫溝通。

電推系統:控制引擎室運作,提供航行動力。

資安系統:資訊系統的虛擬防護罩。

其中較為特別的是,由於船舶的航行環境條件處於開闊的海域,通常是沒有「行動電話基地台」這種既平實又奢侈的設備,常以衛星來進行通聯;感知系統也不像市售車輛用幾顆鏡頭就能搞定,大多需要更加專業的航海雷達。而推進系統也需要考量到在海上航行時,隨時變化的海象對動力輸出的影響。因此,應用在船舶的自動駕駛技術,其實面臨著不同於汽車與飛機的考驗。

至於系統等級方面,則是與電動車類似,有著不同程度的自動駕駛等級。AL0 到 AL6的7個等級裡,從AL0人員操縱駕船,到船上完全沒有任何人員的AL6,電腦的聰明程度不一樣。AL1較為類似飛機自動駕駛,在設定好的航線上航行,但開法就是「直直衝」,不論什麼狀況就是裝航行指令執行到底。

AL2則是類似遙控玩具,為了安全起見,在船上還是需要有人監控的情況下,遠端遙控船的動向。進入了AL3之後,大致就是由電腦決策系統來決定船隻如何操駕,差別僅在於是否需要人員同意、或人員介入的時機不同。一直到了AL6,才是真正完全由電腦全權控制的最理想化駕駛模式。

若是把自動駕駛技術,放在封閉實驗海域環境裡面,系統所需運算的參數並不複雜,大致上是判斷前方是否有障礙物、障礙物距離多遠、目前船隻的航行方向、速度等等,再作出航行路線判斷。

但是場景換到海上就不同了,海上不是只有會跳出水面翻滾的可愛鯨豚,還有會橫跨三個車道來搶船頭的漁民,甚至將來也會有其它的自駕船。所遭遇到船隻也不會是靜止不動,再加上偶爾海象不佳,逆風的時候馬力開到最大船卻還是無法前進。

一套運作良好的船舶自動駕駛技術,必須將這些因素也考慮進來。航海是一個古老的技術,在海上討生活有一套潛規則,像是國際航海規則、海上避碰、AIS船舶識別系統等等。自動船舶駕駛技術也是在這樣的基礎上,培養像個老船長的駕船能力,再配合因應船舶自動駕駛所發展出的新技術,像是從碼頭伸出抓爪的自動停泊系統,讓自動駕駛成為可能。

 

若對自動駕駛船舶再加以探究,這項技術的起步也帶著一個哀傷的理由,在海上航行是非常辛苦的工作,船員水手們忍受著不理想的環境,動輒數十天的孤立,船一出港只能唱首「心愛的再會啦」,在在都是航海事業的心酸,同時也使得從業人員日漸短缺。

自動駕船在此一趨勢下因應而生,為的是希望緩解人力短缺對航海造成的影響,許多海上工作都可因此受惠。海洋設施監控檢查、海域環境與氣象調查研究、國防與海岸巡防應用、觀光遊覽、定點接駁。

由船舶中心投入研發的船舶自動駕駛技術,目前還處於實驗階段,若有機會到高雄愛河一遊,有可能會發現正在愛河上做實驗的自駕船呢。待未來整體技術更為成熟並且法規通過核准後,將可正式投入營運,將來會發現河面上的觀光船,便是運用自動駕駛來服務旅客喔!

對於海洋立國的臺灣而言,船舶自動駕駛技術能帶來許多價值,邁向AL6等級的旅途中,如何善用原先就強大的科技能量發展,在這場航程中更顯重要!