CC BY
342
УДК: 656.61.052
О НЕОБХОДИМОСТИ ВНЕДРЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ СУДОВ В ТОРГОВЫЙ
ФЛОТ РОССИИ
Кондратьев А.И., к.т.н., доцент кафедры «Технические средства судовождения», ФГБОУВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» Худяков О.А., аспирант ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» Попов А.Н., к.т.н., доцент кафедры «Технические средства судовождения», ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова»
В статье рассмотрен принцип работы беспилотного судна, а также причины, которые обуславливают необходимость разработки новых проектов и дальнейшего внедрения полностью автономных грузовых судов в эксплуатацию в Российской Федерации. На основании определенных факторов показано, насколько большой вклад может внести данная технология в современное судовождение.
Ключевые слова: беспилотное судно, МБНИС, безэкипажное судовождение, безопасность мореплавания, человеческий фактор.
ON THE IMPLEMENTATION OF UNMANNED VESSELS IN THE RUSSIAN
MERCHANT MARINE
Kondratiev A., associate professor of the TMN chair, FSEIHE «Admiral Ushakov Maritime State University»
Khudyakov O., the post-graduate student, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University» Popov А., Ph.D, associate professor of the TMN chair, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University»
The article discusses the principle of unmanned vessel's operation and the reasons, which motivate the developing of new projects and further implementation of a fully autonomous cargo vessel in operation in the Russian Federation. On the basis of certain factors it is shown what a large contribution this technology can make to the modern navigation.
Keywords: unmanned vessel, MUNIN, unmanned navigation, safety of navigation, human factor.
На сегодняшний день морская отрасль является одной из ключевых в глобальной экономике, она занимает свыше 80% объема всех мировых перевозок. Объем ключевых гражданских сегментов морской отрасли превышает 2,5 трлн долл. США в год: на первом месте - морская добыча полезных ископаемых (1,6 трлн долл. США), на втором - морской транспорт (500 млрд долл. США), далее рыбный промысел и производство аквакультуры (190 млрд долл. США), морской туризм (120 млрд долл. США) и судостроение (100 млрд долл. США). Морская отрасль неустанно развивается, технический прогресс не стоит на месте и не перестает удивлять своими изобретениями. Проекты, которые когда-то показались бы фантастическими, сегодня оказываются вполне реальными, а впоследствии станут неотъемлемой частью повседневной жизни. Хорошим примером может послужить идея создания автоматизированных, беспилотных судов.
Уже не первое десятилетие EU (Евросоюз) финансирует фундаментальное исследование "Морская беспилотная навигация", в рамках которого исследователи готовят прототип балкера для моделируемых ходовых испытаний с целью оценки затрат и выгод данной технологии. Этот исследовательский проект называется MUNIN (Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks). На данный момент MUNIN - это прототип сухогруза типа handymax водоизмещением 75000 тонн с рабочей скоростью 16 узл. Британский холдинг Rolls-Royce недавно также заявил о разработке беспилотных грузовых морских судов. Команда разработчиков Blue Ocean, входящая в структуру холдинга, уже создала в своем офисе в Олесунне (Норвегия) виртуальный прототип, который имитирует 360-градусный обзор судна с капитанского мостика. В компании даже заявляют, что капитаны, находясь на суше, в будущем смогут использовать подобные центры управления для командования несколькими судами сразу без участия экипажа. Глядя на все это, РФ тоже не могла просто остаться в стороне. На данный момент вопрос безэкипажного судовождения в России рассматривается в плане мероприятий («дорожной карте») Национальной Технологической Инициативы по направлению «Маринет (ДК НТИ «Маринет») [2].
План мероприятий ДК НТИ «Маринет» разработан в целях координации действий органов исполнительной власти как государственных, так и частных компаний, и общественных организаций по реализации инициатив, направленных на формирование лидерских позиций российского бизнеса на перспективных технологических рынках глобальной морской области.
Одними из приоритетных рыночных сегментов «дорожной карты» на сегодняшний день определены следующие позиции: е-Навигация (e-Navigation) и инновационное судостроение. Реализация проектов в рамках приоритетных рыночных сегментов
«Маринет» не только позволит российским компаниям в будущем занять лидирующее положение на мировых рынках, но и обеспечить России ведущую роль в глобальном процессе формирования информационной среды и стандартов, усиление конкурентоспособности российских судоходных компаний, отечественного судостроения и снижение зависимости от зарубежных технологий.
Для того, чтобы определить насколько сильно технология беспилотного судовождения нужна нашей стране, рассмотрим главные выгоды, которые могут получить судоходные компании от приобретения в своем штатном флоте полностью автономных судов.
Безопасность является основным качеством, необходимым для
Рисунок 1 - Соотношение состояния аварийности на море по месту аварийных случаев
Рисунок 2 - Показатели аварийности на море по видам
всех видов транспорта. Особое значение она приобретает в морском судоходстве. Значительные размеры морских судов, рост скоростей движения, увеличение интенсивности движения на морских путях, плавание судов в сложных метеорологических условиях и многие другие причины делают проблему безопасности мореплавания наиболее приоритетной и актуальной при оценке современного состояния и развития морского судоходства.
Ниже на диаграммах приведена статистика аварийности с судами, плавающими под флагом РФ на море внутренних водных путях (ВВП) за 2015 г. [6].
Приведенная выше статистика говорит о том, что в 2015 г. на водном транспорте произошло аварий на 59% больше чем за аналогичный период в 2014 г. (в 2015 - 79 аварий, в 2014 - 49). Всего при аварийных случаях погиб 91 человек, все - члены экипажей судов, 1 член экипажа получил тяжкие телесные повреждения. С судами на море произошло 72 аварии, из них 49 - с судами торгового мореплавания, 23 - с судами рыбопромыслового флота. При аварийных случаях на море погибло 86 членов экипажа, 1 член экипажа получил тяжкие телесные повреждения.
Все эти показатели говорят о том, что даже с ростом технического прогресса и совершенствования навигационного оборудования число катастроф и аварий на море заметно не сокращается.
По данным Allianz Global Corporate & Specialty AG причиной большинства несчастных случаев на море является человеческий фактор. Согласно презентации университета Clamber University of Technology (Гетеборг, Швеция) человеческий фактор - основная причина морских аварий по всему миру. Даже несмотря на значительное снижение показателя усталости вахтенного состава, посредством внедрения новых технологий, таких как электронная картография, спутниковая навигация, совершенствование систем управления судами и энергетическими установками, общие потери все еще остаются достаточно большими, потому что человеку свойственно ошибаться. Следовательно, процент аварийности на море всегда будет иметь место до тех пор, пока у руля будет стоять человек [1].
Согласно прогнозам разработчиков проекта MUNIN их творение сможет существенно снизить статистику навигационной аварийности в море, т.к. там отсутствует сам элемент, допускающий ошибки - человек. Так как же тогда осуществляется управление? Вся система состоит из нескольких блоков.
Блок сенсорного управления, который выполняет обязанности по наблюдению за навигационной обстановкой посредством непрерывного приема информации с таких навигационных систем, как радар и АИС в сочетании с инфракрасной камерой.
На беспилотном судне датчики и процесс обработки данных заменяют вахтенного офицера и таким образом являются важнейшим элементом в реализации полной автономии. Данный блок отвечает за обнаружение объектов на пути следования судна, их классификацию и восприятие. Для этого используются данные, полученные от визуальных инфракрасных камер, радара и АИС. В процессе обработки полученная информация тщательно анализируется, и робот-компьютер определяет - представляет ли обнаруженная цель опасность для судна или стоит ли уделить этой цели какое-то особое внимание. Например, чтобы определить, что находится впереди спасательный плот с людьми, потерпевшими бедствие или какие-либо препятствия, представляющие опасность для плавания. Кроме того, система собирает и анализирует данные от метеорологических датчиков, чтобы построить локальную карту текущей обстановки со всеми опасностями. Данные из всех этих датчиков сливаются вместе, чтобы уменьшить общую неопределенность и улучшить качество и целостность воспринимаемой обстановки. Это общее восприятие используется в качестве основы для определения соответствующих действий в сложившихся условиях. Данные с сенсоров в основном использует автономная навигационная система, но те же самые данные безусловно будут отображаться и на экранах мониторов в Береговом Контрольном Центре.
Автономная навигационная система предназначена главным образом для того, чтобы следить за тем, чтобы судно придерживалось запланированного маршрута в пределах допустимых отклонений от заданных параметров. Отклонения могут быть вызваны неблагоприятными погодными условиями или для избегания сближений с объектами на слишком близких дистанциях или для выполнения каких-либо национальных требований по правилам плавания.
Для того, чтобы полностью управлять судном без участия человека проект MUNIN ввел в действие свой вариант автономной навигационной системы, которая:
• определяет обязательства согласно МППСС-72 по отношению к другим судам и в случае необходимости маневрирует строго так, как предписано данными правилами;
• оптимизирует трансокеанские планы перехода на основе полученных метеопрогнозов;
• безопасно управляет судном в суровых погодных условиях согласно критериям ММО [3].
Эта навигационная система может работать полностью автономно, но также и позволяет оператору из Берегового Контрольного Центра при необходимости взять судно под свой контроль дистанционно.
Система дистанционного маневрирования помогает в проведении необходимых маневров для предотвращения столкновений во время навигации в узкостях и на территории акваторий портов. Предоставляя предполагаемую траекторию движения судна, она имеет существенное значение для безопасной и эффективной автономной работы беспилотных судов. Система обеспечивает предсказание движения судна в результате различных команд руля или градации хода двигателя для конкретного судна в своей конкретной среде. Таким образом, система дистанционного маневрирования обеспечивает расчеты и отображение необходимой информации о предполагаемых движениях судна при ограниченных способностях маневрирования. Эти расчеты могут производиться как полностью автономно, так и вводиться оператором берегового центра.
Блок автономного управления двигателем и системой управления является усовершенствованием уже существующей судовой автономной системы управления. Основная цель заключается в том, чтобы добавить более усовершенствованный метод слежения за функциональными возможностями. Непрерывный мониторинг технической системы имеет решающее значение для предотвращения сбоев во время морского перехода. Мониторинг состояния двигателя также очень важен и для более эффективного планирования технического обслуживания. Тщательный автоматический мониторинг и диагностика системы для полностью автономного судна были разработаны таким образом, чтобы обеспечить своевременное обнаружение различных возможных поломок, например сгоревшего поршня. Система также своевременно обнаруживает и тепловые перегрузки.
Береговой Контрольный Центр, который постоянно наблюдает и следит за правильным движением судна и окружающей обстановкой. Береговой контрольный центр действует как непрерывная наблюдательная станция для мониторинга и управления флотом автономных судов. Большую часть времени суда будут работать без какого-либо вмешательства с берега, и будут принимать участие в управлении только в тех случаях, когда система сама не сможет справиться с поставленной задачей.
Иными словами вся эта уже разработанная в Европе концепция может существенно увеличить безопасность за счет своей полной автономности, но с возможным участием человека (при острой необходимости), который будет находиться в Береговом Центре. Безопасность человеческой жизни в этом случае стопроцентная.
Беспилотные суда будут способствовать снижению и таких рисков как пиратство, поскольку захват заложников становится невозможным. Соответственно судовладельцам не нужно будет
| Содержание экипажей ■ Накладные расходы
I Техническая эксплуатация | Смазочные масла
■ Страхование Щ ^капитализируемые
расходы на докование Рисунок 3 - Структура эксплуатационных расходов в 2015 г., %
Рисунок 4 - Проект MUNIN в сравнении с обычным современным судном
тратить большие суммы на выкуп и репатриацию моряков или на своевременное обеспечение судна специализированной охраной.
Эффективность - параметр, который напрямую влияет на эксплуатационные расходы. Судоходные компании во всем мире постоянно работают над снижением эксплуатационных расходов, особенно после введения ряда экологических норм, которые увеличивают затраты на внедрение передовых технологий и мер безопасности. Вдобавок, многие объекты и системы на борту судна работают только за тем, чтобы убедиться, что экипаж обеспечен всем необходимым.
На рисунке 3 представлена структура эксплуатационных расходов по группе компаний «Совкомфлот» за 2015 г. в процентном соотношении. Как видно из диаграммы, в этой структуре большая часть расходов приходится именно на содержание экипажей - 59%, техническую эксплуатацию - 20% и некапитализируемые расходы на докование - 6%.
Если исключить или хотя бы уменьшить необходимость в людях, конструкции судов могли быть радикально упрощены.
Беспилотные суда как раз позволят экономить уже во время постройки, поскольку в их конструкции отсутствует мостик и помещения, где проживает экипаж. Соответственно не нужно будет тратиться на установку и дальнейшее обслуживание электричества, водоснабжения, системы кондиционирования воздуха данных помещений. Отсутствие экипажа также позволит сэкономить солидную сумму средств. Все это уже делает судно дешевле в эксплуатации. Станет легче разработать конструктивный дизайн, помогающий снизить расход топлива. Такие суда перед погрузкой будут на 5% легче обычных и следовательно потребление топлива также сократится на 12-15%. В результате такое беспилотное судно сможет выполнять более длинные переходы, что повысит эффективность и в добавок сможет взять на борт больше груза, тем самым увеличив и прибыль судовладельца.
Экипаж на беспилотных судах заменят компьютеры, которые будут постоянно анализировать ситуацию на судне и за его пределами. В этом им будут помогать камеры и датчики, способные гораздо лучше, чем человеческий глаз, обнаружить предполагаемые опасности. Согласно разработке команды проекта MUNIN полностью автоматизированное судно будет гораздо выгоднее стандартных конвенционных судов. Их данные помещены на рисунке 4 [4].
Подводя итог можно сделать вывод, что технология беспилотных судов весьма перспективна на сегодняшний день [5]. Ей усердно занимаются в странах Европы, и очевидно, что в существующих условиях основой для новых стандартов станут решения, выработанные в Западной Европе и США, ориентированные на их специфику, выгодные для этих регионов, их портов и судоходных компаний.
Позиции стран на технологических рынках морского транспорта во многом коррелируют с географическим распределением флота: ключевым регионом является Европа, за ней следуют страны Дальнего Востока (Япония, Корея и Китай) и США. Поэтому на традиционных сегментах морского транспортного рынка России сложно претендовать в нынешних условиях не только на лидерство, но и на заметную долю.
Это является своеобразной угрозой для России, поскольку
технологии и стандарты беспилотного судовождения во многом определяют не только требования к безопасности судоходства, но и то, насколько активно транспортные потоки пойдут через ту или иную страну, а это не только будет определять привлекательность страны, как транзитера, но и вовлечение ее промышленности в глобальные производственные цепочки. Россия ни в коем случае не должна отставать от западных конкурентов.
Т.е., для России создание и опережающее развитие новых технологий и стандартов, таких как беспилотное судовождение, является не просто способом повысить эффективность судоходной отрасли, но и жизненно важным вопросом влияния на будущие стандарты мировой транспортной системы.
Данная технология сможет поднять экономику страны на новый уровень, беспилотные суда могут быть весьма эффективными, дешевыми относительно конвенционных современных транспортных судов, а прибыли принести еще больше. Но самое главное, беспилотные судна решают извечный вопрос, связанный с безопасностью судовождения, а именно значительным уменьшением человеческого фактора, практически сводя его к нулю.
Литература:
1. Решетов, Н.А. Еще раз о роли человеческого фактора в системах менеджмента качества / Н.А.Решетов, С.С. Кощий, В.Е. Швец // Науч.-техн.сб. Российского морского регистра судоходства. Вып. 29.- СПб., 2006.- С. 20-27.
2. http://www.rvc.ru/nti/roadmaps/.
3. Bruhn, W.; Burmeister, H.-C. (2013): MUNIN D5.2: Process Map for Autonomous Navigation.
4. Bruhn,W.; Burmeister, H.-C.; Porathe, T.; Rodseth, O.J. (2013): Can unmanned ships improve navigational safety?. Paris: Proceedings to TRA conference.
5. http://www.unmanned-ship.org.
6. http://rostransnadzor.ru.
