文章專區

電影《神鬼奇航》（Pirates of the Caribbean）中在幽靈海上航行的鬼盜船讓許多人印象深刻。在將來的日子裡，像電影裡無須駕駛員操作就會自動行駛的「無人船」場景將有機會真實地搬上現實生活。

生活中常聽到的「無人船」（maritime autonomous surface ship, MASS）其實指的就是「自主船」或「自駕船」，而英文的「MASS」一詞源自2018年聯合國國際海事組織（International Maritime Organization,IMO）與海事安全委員會（Maritime Safety Committee,MSC）於第99次會議中確立。在此之前，世界各國都以無人船（unmanned）、智慧船（intelligent）、智能船（smart）或自駕船（autonomous ship）等類似名詞稱呼它。雖然，目前英文名稱已經定義完成，但現階段的中文稱呼上，在公開場合、專題演講、報章雜誌或書籍等對於MASS的中文稱呼仍未統一，坊間仍有許多不同的用詞。作者在此建議應以財團法人中國驗船中心（CR Classification Society）於2018年12月公布的「海上自主水面船舶準則」（Guidelines for Maritime Autonomous Surface Ship）所稱中文名稱「海上自主水面船舶」為主，並簡稱為「自主船」。

自主船的演變與對船員的影響

自主船如同自駕車一樣，是一種利用運輸載體（如車體、船體等）、電腦晶片、驅動系統，以及各式感測器高度整合而成的系統。自主船並不是一個新穎的概念，最早的構想，源自於1898年塞爾維亞裔美籍科學家特斯拉（Nikola Tesla），但當時受限於技術無法突破的因素，發展並不順利。隨著近年來半導體及資訊科技的快速發展，自主船又逐漸獲得重視。歐盟、美國、英國、中國等，都已經開始著手研發自主船相關領域的技術，並且視自主船科技為未來海事發展的重點。也因為如此，使得自主船的發展有了嶄新的契機。

有鑑於自主船的發展逐漸受到重視，隨之而來的就是船舶及船員將直接面臨的影響。以船員而言，傳統船舶的運作若以人員工作性質區分時，可以分為甲板及輪機最主要的兩個工作部門。甲板部門負責規劃航行路線、操控船舶、航行瞭望及貨物管理等。而輪機部門則在於主機保養維修、系統監測及維持動力、機電系統等的運作。一艘船要完成航行，在甲板及輪機部門之間，如何妥適地保持彼此工作的順暢，是一件非常重要的任務，攸關人員、船貨、船舶本身的安全。當自主船逐漸普遍化，傳統船舶的船員人力顯然將因船舶本身型態的改變而產生明顯的變化。對於人力的影響，可以由2018年聯合國國際海事組織海事安全委員會第100次會議中確立的四個自主等級一窺端倪：

• 「第一等級」為配備自動化流程和決策支持的船舶：船員在船上操作和控制船上系統和功能；有些操作可能是自動化的，有時可無人監督，但船上有船員隨時準備好進行接管控制權。
• 「第二等級」為有船員在船上的遠程控制船舶：船舶是受異地遠程控制和操作；船上有船員可接管控制權及操作船上系統和功能。
• 「第三等級」為無船員在船上的遠程控制船舶：船舶是受異地遠程控制和操作；船上無船員。
• 「第四等級」為全自主船：船舶的作業系統能夠自主決策並採取行動。

此處「自主決策」一詞，意指「由系統監控人員設定船舶起始點與目的地後、船上作業系統能夠自主規劃最佳路徑」。

另外從以上的描述可以發現，從傳統船舶發展為自主船的過程中，船員的數量、工作的性質，以及工作環境的改變將受到嚴重的衝擊。例如，目前可容納兩萬個20英尺貨櫃（Twenty-foot Equivalent Unit, TEU）的傳統船，船上的船員總數約20人左右，未來可能僅剩一至二人、甚至無人。抑或者未來在自主船上工作的船員，不論是甲板或輪機部門，工作內容可能只是處理岸際中心（Shore-side）無法以遠端連線處理的船舶技術問題而已。船員的工作量改變，工作型態也由於船舶的功能而有所改變，甚至遭船舶部分設備取代。

自主船技術的感測特點

前面有提及，實現自主船的誕生，需要前述的運輸載體（如車體、船體等）、電腦晶片、驅動系統等。但自主船要能安全地在海上航行，或者在進出港時，能避免與岸際發生碰撞，還需要具備更多的能力。自主船由大量的感知系統、控制系統，以及決策系統所組成。若以感知系統而言，自主船需要具備接受外界變化的感測能力，以下我們就來簡要說明完成自主船所需重要的感知功能。

圖一 國際海事組織確立的四個海上自主水面船舶等級（123RF）

視覺：了解即時動態的的攝影機

為了即時了解自主船在海上的航行動態，視覺攝影機（camera）肩負起觀測海象及環境的工作。基本上，自主船的視覺功能元件包含視覺攝影機、超音波雷達等，每一個設備的功能不同，相對的也就會在不同的情況上各自發揮。如視覺攝影機除了作為觀測船舶以外的視覺情況外，當然也監控船舶內部的工作情況。但是，視覺攝影機很難精確地判斷出距離的遠近，解決的方法除了仰賴昂貴的光達之外，還有發展中的演算系統。若僅能利用視覺攝影機提供的資訊，要來判斷距離就變成一項很困難的技術，目前主要應用視覺演算系統於自動駕駛系統上，透過結合多種角度的視覺圖片，來演算出觀測物的距離遠近及相關物體的空間關係。

聽覺：傳來外界訊息的船聯網

大家對於物聯網（Internet of Things, IoT）這個詞大概不陌生，但對於「船聯網」（Internet of Vessels, IoV）可能就不常聽到了。船聯網的概念就像物聯網一樣。物聯網是將所有的資訊藉由網路來聯繫；相對的，船聯網是藉由網路來聯繫所有與船舶有關的資訊。自主船要安全地航行在汪洋大海上，資訊的掌握及取得非常重要。許多設備的運作可以藉由網路的連結，使設備間可以進行資料的互換，讓船舶的運作更為靈活及方便。更重要的是藉由船聯網的運作，並配合人工智慧（artificial intelligence, AI）、演算法等，可使船舶自行判斷航行情況，以逐漸實踐自主船在海上航行的可能。目前，挪威科技集團康士伯（Kongsberg）已經著手進行船聯網的資訊交換工作，他的目的仍在於取得主導船聯網的技術領先地位。另外，船聯網仍有許多需克服的問題，包括網路攻擊、網路隱私及網路竊取等隱憂。

觸覺：感觸外界變化的光達

自主船有個重要核心技術為「光達」（light detection and ranging, LiDAR），最主要用來定位及環境辨識。光達是一種光學遙測技術， 主要發射波長600∼1100奈米（nm）的雷射光束，並透過接收及反射的時間差，來精確的辨識環境；還更利用許多雷射光束所構成的點雲（point cloud）高精細地圖來完成自主船的定位。光達普遍應用在無人駕駛科技（自駕車最常使用）上，能夠補強全球定位系統（global positioning system, GPS）在多因素反射的問題，並且提供了高精細地圖。因此，有了光達提供高精細地圖的資訊，自主船的定位程度可以達到公分等級的精確度。不過，光達在目前的應用上仍有許多問題急需克服，例如：遭遇惡劣海象時會造成精度降低、需仰賴高效能的計算處理儲存空間，以及造價成本高等。

定位：提供指引的全球定位系統

GPS是無人駕駛系統中不可或缺的一項技術，它主要的功能是提供航行定位的資訊。GPS目前由24顆衛星所組成，主要是利用衛星量測無線電訊號所傳來的時間，推算出距離的遠近，並且以構成三角定位的原理來獲得定位的結果。目前最普遍利用差分GPS來減少定位上的誤差，這是因為目前的GPS更新頻率較低，大約10∼20赫茲（Hz）左右，使得船舶在海上航行時較不易獲得精確的即時定位。目前解決的方法是利用三軸的陀螺儀（gyroscopes）和三個方向的加速度計（accelerometers）所構成的慣性量測單元感測器（inertial measurement unit, IMU），來測量物體在三維空間中的角速度和加速度，並算出受測物體的動態情況。

圖二 海上自主水面船舶的重要感測元件（123RF）

結語

自主船的演進有著現代科技發展的輪廓，以及面對未來世界的想像，更關係到將來全球運輸及貿易體制的轉變。身處在資訊科技爆炸的時代，我們不能不知道自主船發展的過程。期待將來海運朝向無人化演進，為這世界帶來更多的驚喜及更豐富的想像空間，迎來更便捷及更安全的海運環境。