海洋自治：挪威前往

Kongsberg的Yara Birkeland无人驾驶集装箱船的概念。 （Image：Kongsberg）

Asgeir JohanSørensen教授（照片来自NTNU AMOS，由Thor Nielsen提供）

Oceaneering的自由概念，在奥斯陆的Subsea Valley会议上以3D打印的模型形式展示。 （照片：Elaine Maslin）

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海洋自治系统在独立工作和相互连接的系统中工作，正迅速成为海洋工业领域的增长部门，包括石油和天然气工业。

新的海洋自治系统的出现似乎每周都会发生。由于从传感器到卫星等众多领域的成本已经降低，这些系统中的一些也在普通公民以及海洋科学家的掌握之下，希望解开深海的秘密。

对于这些系统来说，至少在石油和天然气行业中，部分原因是减少使用有人驾驶的水面船舶，这种船舶操作和排放烟雾成本很高。

挪威挪威科技大学（NTNU）的目标是在多个石油和天然气作业中减少80％的水面船舶的使用。 NTNU的自主海洋作战与系统中心（AMOS）的任务是寻找解决方案来实现这一目标，并且目标是以十分之一的成本将测绘和监测覆盖面提高10倍。另一个目标是“在任何海上州的任何地方进行安全的海上作业，成本的十分之一”，AMOS教授兼董事Asgeir JohanSørensen说。

挪威还有其他鼓励生产先进的海洋技术。 Sørensen说，该国的海洋面积比陆地面积大五至六倍。其主要工业跨越渔业，海运和过去50年的石油和天然气。 “我们现在正在进入海上风能和水产养殖，”Sørensen说。 “为了保持竞争力，我们（挪威人）总是需要高质量和低成本，”这就是企业探索使用自治系统的原因。 “在涉及海洋的治理和管理方面，挪威也负有巨大的责任，包括进入北极。”

最初，这是石油和天然气部门的工作，为了避免潜水员的风险，导致挪威寻求远程操作的海底技术。近来业界一直在寻求开发更加自主的海底系统，从处理设备到海底车辆，例如管道跟踪自主水下车辆。

在过去的一年里，挪威国家石油公司一直致力于实现海底驻地车概念，部署两个不同的远程操作车辆（ROV），一个来自休斯顿总部的Oceaneering（e-Novus），一个来自挪威的IKM，多周甚至一个月的部署。然而，尽管这些部署意味着这些车辆是独立的，因此他们不再需要一艘辅助船，但它们仍然受到陆上工作人员的束缚和操作。

下一步将是无需系绳操作的车辆，如Oceaneering的新Freedom自由概念，它在奥斯陆Subsea Valley会议上公布。这是一个基于混合动力车辆的常驻ROV概念，它可以住在海底扩展坞中，并能够以系留（远程操作）或无限制（自动）模式飞行任务。这将有车载电池，将在其对接站充电和一个工具“杂志”，它可以选择。 ROV运营经理Arve Iversen在Subsea Valley表示，该公司希望能够在明年进行原型试验，预计长约3.3米。

但是，要开发自治系统还有很多工作要做。 NTNU AMOS成立于挪威国立大学海洋技术与工程控制系的部门，与其他国际研究伙伴和挪威公司合作，作为挪威研究理事会2013年度卓越中心（CoE）的支持，为期10年。自2013年以来，它已经注入53名博士生和其他多个派生人员，包括无人机公司Scout和BluEye，一个观察ROV（最深的水下商业无人机）公司，具有Go-Pro风格的可用性。这些公司的组合给出了研究的领域，即系统的互联网络。

除了努力提高电力系统等系统的智能性，使其更加智能化以优化能耗和电池使用外，AMOS还在研究涉及空中和海底无人机以及无人驾驶自动驾驶的群集和异构系统水面船只将通过卫星基础设施进行通信和连接。

Sørensen说，有用的是，将卫星送入太空的成本已经降低到390,000-52万美元。 “虽然他们的功能有限，只有三到五年的时间，但它们对于自治系统很重要，”他说。 “我们可以使用卫星，发出无人机，与无人船一起工作，进行联合行动。”

挪威正在成为这些技术的试验场，其中包括挪威北部的特隆赫姆峡湾（Trondheimsfjord），挪威西部最北端的斯托尔福德峡湾（Storfjord）等多个被认为适合测试和开发传感器技术的渡口。管理体系，以及挪威南部奥斯陆峡湾的霍尔滕。

事实上，在自主航运中大量使用的Kongsberg，包括“自动和全电动”集装箱船Yara Birkeland，正在与NTNU无人驾驶的水下居民“蛇”机器人分离出Eelume。康斯伯格还参与了其他一些项目（已经与Munin和Hugin AUV建立了自主水下航行器（AUV）市场的地位），其中包括Sea-Kit，一种混合​​型AUV-ASV，该型号将运动Kongsberg K-MATE自主水面舰船控制系统。

但是，与自动化相比，我们需要小心如何定义自主性，Sørensen说。 “自动化是您在没有人为干预的情况下执行定义明确的任务的方式自治是在处理非结构化环境和不确定性时。当有三个D时，你通常会进入无人系统：无聊，肮脏和危险。自治是当我们没有联系，这也是为什么海底领先这个领域。它（一个系统或车辆）必须独立存在并作出决定。预先计划的任务不是自治。当发生意外事件并且必须作出决定时，它才是自治。“

他说，还有不同的自主权水平和不同的方法。其一，人类还处于循环之中。二，通过同意进行管理，使用远程操作员，这是一个由于延迟信号中断而在航天工业开始的领域。三，管理例外。 “许多石油和天然气钻井平台和海上设施都处于第三级，由例外管理。在船上，有数千个信号来控制发电厂。所以这个系统或多或少是自治的。四，高度自治。 Sørensen说完全自治倾向于不被使用 - 讨论变得相当哲学。

自治如何实施也可以采取不同的形式。平台可以感知，然后行动或感觉，建模，规划并行动。 Sørensen举了一个例子，Kongsberg的动力定位电源管理系统有自主权，但它没有那么多的重新配置和慎重的选择。同样，无人平台不是自治的，它是被动的，他说。通过引入审慎控制体系结构可以使它变得更加自主。再走一步，系统可以通过感知和做事来学习。

重要的是，需要建立情境意识，以提供高度的自主权。 “这是与传感器技术相关的关键领域之一，”影响系统对环境的感知程度。 “它是否能够感知和感知信息，然后开始将这些信息投影到未来（即进行预测并对其采取行动）？这是我们正在研究的关键研究领域之一。“

这方面的例子包括绘图系统，它们能够在任务期间自行检测他们收集的数据中的任何空白，并返回并填写它们。像这样的智能系统被用来跟踪浮游生物在水柱中，必须首先找到浮游生物，然后按照它。 Sørensen说，当系统与海底石油和天然气系统一起工作时，这些能力将是至关重要的，海底石油和天然气系统预计将成为需要自治系统的主要领域之一，同时还有海洋科学。

无论出于何种目的，无论是石油和天然气勘探，可再生能源或水产养殖开发，航运还是海洋科学，海底设备和辅助和支持系统的范围和能力正日益扩大，ICT，纳米技术甚至生物技术（例如Eelume使用的蛇运动），包括新材料，微电子机械系统和大数据。作为一个例子，Sørensen说，正在开发的系统可以感知和分布水下车辆的车身，以补偿或减少阻力。他还引用了微观到宏观的驱动和感应，以及使用高光谱感应的机器视觉系统，它可以采用任何波长来分类和检测我们以前无法做到的事情。可能性很大。

Sørensen也看到了这个空间的“民主化”。 Sørensen说，随着更便宜的卫星和商用水下无人机向公众开放，“每个人都可以成为海洋科学家。”这是一项及时获得的技术。 “每个人都应该知道海洋，以及我们如何照顾他们。把塑料放在海洋里，我们不会逃避，公众会越来越多地看到它。

Sørensen说：“我们发现无人自治系统具有巨大的潜力，从太空到海底用于测绘和监测海洋。”

这个世界将如何被统治和管理尚未得到回答。也有人担心网络安全。但是，人们还需要看看他们的商业模式，Sørensen说。 “你坐在哪里，我会担心我的商业模式。有变化，你需要清醒，“索伦森说。


（如发布于2018年4月版的海洋技术报告 ）