楊鈺池
一、 前言
60年代中期，船舶自動化僅發展到「無人值班機艙」的水準。進入70年代後，隨著電子及電腦的廣泛應用，超自動化船舶在導航、貨物裝卸、報務，甚至醫療等方面已有了電腦化的自動控制和管理。智慧船的智慧系統包括綜合船舶航運系統、陸上保障系統、惡劣條件航行系統及異常事態處理系統。日本造船研究協會在研究開發人工智慧船方面領先一步，1988年初已進行綜合模擬實驗。這種人工智慧船備有先進的電腦系統，能自選最適航線、速度，航行中自我判斷風暴，避免撞船的危險。目前，人工智慧船要進入實用階段，還面臨三個主要課題：提高準確預測其他船位的精確度、發射具有大容量通信能力的第二代海洋衛星，以及進行船舶法等法規之修正。人工智慧船必須要能熟練做出諸如靠岸等細小的動作，其發展方向是無人自駕船。但是，當遭遇襲擊時的妥善應對，恐怕在相當長的一段時間內都難以達到。因此，隨著由數位、人工智能、物聯網和大數據所構成的第四次工業革命浪潮，海運業已面臨新型業務模式的適應，需面對智能航運技術創新的挑戰。
勞斯萊斯（Rolls-Royce）2016年3月公佈該公司遠程監控未來無人船舶陸基控制中心的願景。在一部6分鐘的短片，勞斯萊斯展示一個未來的願景。未來一個由7到14人組成的小組，進行監視無人船舶，以及全球船隊運作的控制。工作人員使用交互式的智能屏幕、語音識別系統及訊息圖，進行監視船上和船周邊所發生的事情。自駕船舶是海運業的未來，如同智能手機一樣，智能船將會在船舶設計和操作景觀方面，發生革命性的變化World Maritime News（2016.3）。
Mitsui O.S.K.（MOL）宣布，該公司已經與英國工程巨頭勞斯萊斯海洋公司（Rolls-Royce Marine）簽署了一項關於諮詢型智能感知系統（IAS）聯合研究的協議。IAS將在MOL運營的瀨戶內海渡輪上使用。該內陸海域是世界上最擁擠的海域之一，MOL和Rolls-Royce將收集和分析該地區的海流及船舶交通擁堵等情況的數據，用以促進該系統的實際應用和研究（safety4sea, 2017）。
歐盟專員維奧萊塔·布洛克（Violeta Bulc）公佈的歐盟自駕船計劃，強調新技術正慢慢地重塑整個海事部門，海運業已在創新方面投入巨資。預計小型全電動和自駕貨櫃船將在挪威沿岸營運，這將是自駕船真正重要的里程碑。她提出一個5層的模型，將自駕船隻納入整個運輸系統，歐盟國家可以共同合作，包括基礎設施、數據、應用程序、服務及網絡層。因此，她認為歐盟是未來自駕船的關鍵 （safety4sea, 2017）。
AI自駕船逐漸會像無人自駕車或自駕飛機一樣，逐漸普及，並投入運輸載具市場。這對於船舶、船員或者港口方面，皆將產生很大的變化。首先，在船舶方面，藉由AI系統和自駕船的技術發展，AI自駕船舶將可一年365天24小時運作，讓貨物流通更趨通暢。同時船上無工作船員，透過岸上控制中心人員來客觀冷靜應對。過去船舶碰撞事故原因約80%係與人為過失有關，而AI自駕船舶系統將讓人為疏忽或過失所造成船舶損害與人命傷亡的事故發生率下降。
在港口方面，人工自能自駕船進出港口時，港灣與棧埠作業要如何配合呢？首先，港灣作業的VTS、引水、拖船、加油、加水、船舶日用品，以及帶解纜業務如何進行等，相信均可以成為有趣的課題；其次，在棧埠作業方面，在因應船舶大型化與策略聯盟之情形下，自動化碼頭發展已日益成熟，自駕船如何與自動化貨櫃碼頭對接，讓貨櫃裝卸與儲存更為順遂有效率，此等問題相信將成為航港產業未雨綢繆需優先關注的課題。
二、AI自駕船之定義與概念
第四次產業革命，對自駕船之影響，讓無人時代已經脫穎而出。不用多久，船舶就能在沒有人力幫助的情況下自動航行。在無人駕駛汽車和無人駕駛飛機之後，現在將是無人駕駛船。第四次工業革命時代的互聯網、人工智能及大數據等的創新，將使船員從船上消失。一家英國公司計劃在2030年前，讓無人船在遠洋海域航行，屆時自動航行的「智能船」將出現在海上。
去年七月，世界的眼神都關注在挪威工業城市Forgesgrün這家世界上最大的化肥廠。全球農化公司Yara International宣布將在三年後，從2020年開始運營世界上第一艘商業無人駕駛船。拖車所運輸的肥料將裝運在無人船上，港口也將改為無人船專用碼頭。
世界上第一艘獨立式的無人貨櫃船「雅拉比雪蘭」在沒有任何人員協助下航行，時速20節（約60公里）。平均每天有80個貨櫃透過這艘3200噸的無人船運輸。當被問及「沒有人駕駛船舶安全嗎？」專家說：「是的」。1990年以來，船舶引入自主導航系統和防撞系統，航班數量增加，但事故率明顯下降。海上事故大約85％是由人為錯誤造成的，而非機器所造成的。無人船的核心是增加船舶自動化和安全管理運輸。挪威船廠（DNV-GL）海運部高級研究員說：「目前船舶的安全水平很差，無人船可以改善人為失誤，並在安全上產生正面的影響。」（Safety4sea,2017.9）。
英國海事局由英國海事自治系統工作組（MASRWG）成員所編製的「海上自動化系統船舶行業規範」（MASS）已經出版，其提供無人駕駛的船舶設計、施工及安全操作。該行業規範根據控制程度，可以區分為0 （載人）、1 （操作）、2 （主導）、3 （委託）、4 （監控）、5 （自動化）等六個階段（參見表1），每個階段的內容簡要說明如下表。
表1 自駕船舶控制程度
| 程度 | 名稱 | 說明 |
| 0 | 載人 | 船舶由船上的操作員控制 |
| 1 | 操作 | 在操作控制下，所有的認知功能都在操作人員端。操作員通過無線電（R / C）或電纜（UUV和ROV）直接與無人船舶接觸。 操作員作出所有決定，指導和控制所有船上及任務的功能。 |
| 2 | 主導 | 在直接控制下，一定程度的推理和反應能力皆由無人船實施。它可以感知環境，報告其狀態，並提出一個或數個動作。它也可能建議操作者採取可能的行動，例如，提示操作員其提供的信息或決定。但是作出決定的權力是歸操作員。無人船只有在被指示及/或允許的情況下才會採取行動。 |
| 3 | 委託 | 無人船被授權執行一些功能。它可以感知環境，報告其狀態，並定義行為，報告其意圖。操作員可以選擇否決無人駕駛船舶在一定時間內所宣布的意圖，之後無人船將採取行動。操作員和無人駕駛船共享決策。 |
| 4 | 監控 | 無人船將感知環境，並報告其狀態。無人駕駛船定義行動、決定行動和報告其行動。操作員可以監視事件。 |
| 5 | 自動化 | 無人船將感知環境，並報告其狀態。無人駕駛船定義行動、決定行動和報告其行動。操作員可以監視事件。 |
資料來源:Society of Maritime Industries （2016）.
韓國政府正展開一個為自主航運時代作準備的計劃項目，通商資源部計劃通過「智能自主船舶開發項目」，開發智能自主船舶的核心技術。2019～2024年將達到2000億韓元。韓國海洋水產部也推行一項計劃投資2020至2024年3000億制定「自主船舶和數位化技術平台，航運和港口發展」項目。
韓國造船企業估算運營一艘3000 TEU集裝箱自卸式貨櫃船，每年的成本比現有船舶可以減少5億韓元。但另一方面，在海上出現意想不到的情況時，人們因不能立即作出反應所產生之損失，則可能會增加。
世界第一個自主無人駕駛的貨櫃船亞拉伯克蘭（Yarra Berkland）正在挪威建造。這艘「海上特斯拉」的船將使用電力作為動力源。有人擔心安全問題，但似乎很難阻止自主船艦的來臨。英國的勞斯萊斯集團表示，到2020年將推出各種類型的自主船。該集團說：「在英國，我們預計在10年內，通常在2035年將出現一個無人駕駛的時代。」
三、AI自駕船之發展現況
全球自駕船舶市場區隔，依型式區分，可分區為部分自動化與全部自動化；依照用途區分，可區分為商業用途；依照地理區分，可區分為北美地區、歐洲地區、亞太地區和其他地區（safety4sea,2017）。勞斯萊斯公司對於未來自駕船的發展趨勢所作的推估，2020年遠程操作船舶，將透過遠程支援及某些功能的操作，來減少船員配置。2025年進行遙控無人駕駛沿海船舶、2030年進行遠端控制無人遠洋船舶、2035年進行自動化無人遠洋船舶。Levander認為，海運業正處於船舶智能化作為主要技術趨勢之一的時代，這些技術趨勢將推動諸如自動化程度提高，智能控制，機器人技術，優化/決策支持工具，設備/系統健康管理和預測維護計劃。（worldmaritimenews,2017）
茲就本研究所蒐集主要海事國家的自駕船發展現況，概要說明如下：
（一）英國
無人船技術的船舶遠程控制是由勞斯萊斯，NYK及chilrae發展，其中勞斯萊斯以遙控器來操作拖船的技術，正在哥本哈根的岸上駕駛艙遙控實驗中。勞斯萊斯並計劃在2020年和2035年分別經營一艘全尺寸的船舶。該研究由VTT和坦佩雷大學研究中心TAUCHI（坦佩雷計算機人機交互部門）與勞斯萊斯合作進行。
2015年9月勞斯萊斯海事公司工程與技術副總裁Oskar Levander稱，基於船舶智能解決方案運營效率研究的新浪潮，第一艘遙控渡輪示範裝置可能會在四到五年內投入使用。
（二）美國
美國海軍研究辦公室（ONR）已經取得了技術突破，將允許任何無人駕駛的水面艦艇（unmanned surface vehicle, USV）不僅保護海軍艦艇，而且還能首先自主攻擊敵方船隻。被稱為Control Architecture for Robotic Agent Command and Sensing （CARACaS,機器人代理指令和傳感的控制體系結構）的技術，正由ONR開發，該技術可以置入可移動的工具箱內，並安裝在任何船舶上。它允許船隻自主操作，而不需要船員進行操縱，此包括與其他無人船舶同步操作、選擇自己的路線、採取蜂擁攔截敵船戰術，並護航/保護海軍資產。這會使我們的船員和海軍陸戰隊員擺脫許多危險的境況，例如當他們需要接近敵對或可疑的船隻時，如果一個對手開著USV，沒有人會受到威脅。USV的任何武器火力都需要由一名監督任務的水手啟動（worldmaritimenews,2017）。
（三）挪威
挪威在2015年啟動智能海洋網絡，其主要目標是提高能源效率，減少有害排放，最終提高挪威海運業的競爭力。2017年10月挪威海事管理局稱，挪威已經在自駕船方面發展邁出一步 （worldmaritimenews,2017）。
（四）丹麥
未來自駕船隊可能在丹麥將扮演重要的角色。丹麥科技大學（DTU）和丹麥海事管理局的分析指出，需要開發技術解決方案的結合。這些年來，整個交通運輸業都在大力發展自主的解決方案。特別是汽車和卡車方面的發展將會出現，而航運業也將會看到更多新的自主技術解決方案，就像無人機技術會越來越普遍。因此，2016年10月丹麥海事管理局（DMA）已經向無人船舶邁進了一步，其與DTU合作，展開自駕船舶的先期研究。（worldmaritimenews,2016）。
四、AI自駕船對港埠物流之影響
所謂港埠物流，係經由港埠將有形與無形之經濟財從供給者到需求者有效克服時間與空間的隔閡，以港口場站為基礎，在港口執行物理的經濟活動而言（市來清也，1996）。該作者認為港埠物流由三個主要次系統所組成，分別為港埠作業系統（船舶與貨物作業）、上游海側連接系統（船舶在港區或在停泊，但無船舶作業或貨物裝卸）以及下游陸側連接系統（配合在港口與陸地介面之複合運輸作業）。
港埠物流之活動型態，大抵有裝卸、運送、保管、包裝，以及資訊等五大功能。由於港埠之特殊性在於成為船舶運輸與陸上運輸環節點之貨運場站，所以裝卸成為其活動之主體，其他伴隨而來之運輸、保管、包裝與資訊等活動為輔。近來由於IT與EDI之資訊化功能投入港埠產業，使得港埠物流系統營運之合理化更趨完善（市來清也，1996）。為滿足顧客對綜合物流系統的最適當要求，港埠物流已超越過去僅單純處理裝卸、保管功能，將其範疇擴大囊括了航海支援系統、內陸連接系統及港埠資訊系統。是故所謂港埠物流系統，包括航海支援系統、裝卸搬運系統、保管系統、內陸連接系統及港埠資訊系統等系統，方算是完整的物流系統（韓國海洋水產開發院，1998）。
根據由英國勞氏船級社，QinetiQ公司和南安普敦大學開展自主海事系統的未來的報告指出，未來十年海上的活動將通過無人水面和水下船隻進行。
該項報告是「2030年全球海洋技術趨勢」的後續報告，其主要的挑戰包括將這些自治系統納入當前的海上作業，法律和監管要求，未來的船員可能會成為岸基人員，從遠程辦公室或海上管理船隻，這就需要新的培訓和技能。
國際商港港埠物流作業的港灣作業或棧埠作業可以透過船務代理業來申請，船務代理業可以幫船公司向港務公司申請碼頭；裝卸公司則負責棧埠作業的申請與執行，但是問題是許多產業可能於未來會面臨存廢的問題，公司的人員未來可能被AI時代整合所取代或消失。在自駕船時代，由於無船員在船上工作，岸上航港相關業務人員如何跟船舶的AI溝通或者透過資訊科技與岸上管控人員溝通，進行港灣與棧埠作業，相信均是未來值得關注的課題，值得觀察。
到底AI自駕船時代的來臨，對港埠物流作業有何影響？謹就個人淺見摡要說明，並提出幾個看法如下：
(一) VTS作業
主要是由航管塔台人員與船舶服務船員來溝通船舶的進出港排序，颱風來臨時，進出港緊急應變程序的通知與處理，但是未來VTS人員如何跟自駕船聯繫溝通又將成為新課題。
(二) 引水作業
引水作業似乎無需如以往一樣的傳統登輪作業方式，可透過遠端溝通方式與自駕船的AI進行溝通或輸入導航數據。屆時引水人的工作可以簡化，並節省時間，屆時可與自駕船遠端遙控人員進行溝通或是和自駕船的AI進行溝通而輸入導航數據。如此，依照引水人的指示，自駕船遠端遙控人員就可以透過遠端傳感遙控船舶，駕駛進出港區航線與停靠碼頭作業。
(三) 拖船作業
由於自駕船無船員在上面工作，所以將面臨拖船員無法拋繩給船上船員，讓拖船協助船舶進出港與停靠碼頭服務工作的問題。
(四) 船舶日常用品作業
由於船舶無配置船員，因此傳統上船員所需日常伙食與日用品，似乎已無須供應，如有需要，則由船務代理業者與船舶日常供應商進行溝通即可。
(五) 帶解纜作業
過去船舶需要岸上工人協助帶解纜，未來由於船上無人，如何進行帶解纜作業，或者利用自動化帶解纜設備，均是值得檢討議題。
(六) 加油與加水作業
由於自動化船舶會使用電力或LNG（液態瓦斯），並不需要加入柴油或重油，所以岸電設備（AMP）快速充電或液態瓦斯加氣設施配置，將會如雨後春筍般的增加。至於加水部分，船上是否仍需要過去廚房和船員所需大量飲用水，仍須要看未來發展趨勢而定。
(七) 裝卸作業
如果是自動化碼頭裝卸作業，則溝通問題較少。由於自動化碼頭作業仍是由遠端控制室人員來負責，平均一人控制三台自動化橋式機或雙吊小車橋式機。因此裝卸作業可以透過船方遠端遙控人員與貨櫃碼頭方遠端遙控人員相互溝通船積圖與裝卸作業即可；但是如果是人工貨櫃碼頭作業，則仍需要與船方遠端遙控人員來進行溝通，否則裝卸作業進行仍有許多現場或有異常事件需要緊急處理，例如貨櫃裝卸不當作業時掉落地面，應該如何處理問題。
五、結論
一艘無人船，你所擔心第一個問題是安全問題。但專家說，無人駕駛飛機可以更安全。目前約有85％的船舶事故是由於人為因素，透過船上安裝數萬個傳感器作為船長的眼睛，能夠24小時觀察和控制船內外的情況，而且加裝導航系統（例如動態位置控制系統）可以增加安全性。
大數據在分析各種事故情況的基礎上，能提供優化的因應手冊，提供使自動化機器快速因應事故情況的軟件，在發生事故時，透過能準確判斷的人工智能，其可靠性得到了改善。
本文針對航港產業4.0之AI自駕船時代來臨與挑戰，提供幾點結論如下：
（一）自駕貨櫃船之發展，對經濟面性有很大的預期，特別是船舶營運成本方面。根據韓國造船企業估算，如果營運一艘3000TEU級自駕貨櫃船，每年的成本比現有船舶減少5億韓元。目前3000TEU船舶上有20名船員，但是自駕船的船員數量可減少到4人，減少了約10億韓元的勞動力成本。另一方面，通過使用昂貴系統及自動化設備，預計維護成本將增加5億韓元。自駕貨櫃船在未來成本考量方面，有一定競爭優勢，對於船東而言，可以節省很多船員薪資及營運上的成本負擔。
（二）根據美國海岸警衛隊的資料，96％的海上人員傷亡都是由於人為錯誤所造成的。自駕船是最先進的海運技術，可以應對海上運輸的競爭力，安全性和可持續性之挑戰。自駕船能夠解決與海上運輸有關的許多問題，如人為失誤，傷亡損失，惡劣天氣和犯罪活動。此外，自駕船還具有其他優點，例如有效利用船舶設計空間，提高燃油效率，減少運輸時間。預期自駕船舶將通過運營改進及流程優化，以及有效的資源管理來改變海上運輸。再者，無人自駕船可以減少因船舶航行中的人為錯誤而導致索賠數量顯著減少的潛在優勢。原先船上工作的船員將會面臨失業或者調職到岸上負責監控測自駕船。
（三）國際商港港埠物流作業的港灣作業或棧埠作業可以透過船務代理業來申請，船務代理業可以幫船公司向港務公司申請碼頭；裝卸公司則負責棧埠作業的申請與執行，但是問題是許多產業可能於未來會面臨存廢的問題，公司的人員未來可能被AI時代整合所取代或消失。在自駕船時代，由於無船員在船上工作，岸上航港相關業務人員如何跟船舶的AI溝通或者透過資訊科技與岸上管控人員溝通，進行港灣與棧埠作業，相信均是未來值得關注的課題，值得觀察。
（四）AI自駕船之學術研究，在先進海事國家如火如荼的進行，特別是歐洲如英國、挪威及美國，歐洲國家研究的目的主要在關注商業方面的研究，而美國則主要是偏重於軍事作戰方面。韓國為提升貨櫃自駕船的建造能力，希望趕上與歐美國家建造高科技自駕船的水平，其經濟資源部與海洋水產部已編列研究預算鼓勵民間業者或學校投入AI自駕船的研發工作。本文藉由回顧主要海事國家自駕船發展的現況與政策，可提供我政府在規劃獎勵民間業者和研究機構投入自駕船的研究，藉以提升我國造船技術與關聯產業的商機創造，讓自駕船產業得以發展。
（五）在實務應用方面，AI自駕船的製造，可以降低船員人數與人事費用，但是也產生由於自駕船上無船員在上面工作，容易產生船舶航行安全與緊急事故處理的問題，特別是自駕船舶在進出港時，無論港灣作業或棧埠作業，過去皆設計是以有人駕駛船舶的操作為主，無人自駕船產生勢必對於拖船與引水，甚至裝卸業產生諸多磨合適應的問題，甚至造成效率降低問題，該等問題均成為實務界所值得關注的課題。為因應第四次革命應用於航運產業，政府應該應關注自駕船發展的新趨勢及自駕船對於國際商港港埠物流的影響，未雨綢繆盡早規畫自駕船舶進出港與裝卸貨櫃所需要擬訂的管理辦法與獎勵措施，以因應新局勢的發展與變化。
參考文獻
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- Safety4sea （2017.9）, EU: Autonomous shipping is key to the future, https://www.safety4sea.com/eu-autonomous-shipping-is-key-to-the-future/.
- Thomas, B.J., 1985, Operations Planning in Ports, University of Wales Institute of Science Technology, Cardiff, UK.
- World Maritime News （2015.9）, Rolls-Royce: First Unmanned Ferry Could Be Just Five Years Away, https://worldmaritimenews.com/archives/171582/rolls-royce-first-unmanned-ferry-could-be-just-five-years-away/
- World Maritime News （2016.3）, Take a Peek into the Future of Unmanned Ships , https://worldmaritimenews.com/archives/186615/video-take-a-peek-into-the-future-of-unmanned-ships/
- World Maritime News （2016.5）, Norway Opens First Test Area for Unmanned Ships, https://worldmaritimenews.com/archives/203369/norway-opens-first-test-area-for-unmanned-ships/
- World maritime news （2016.10）, Denmark to Initiate Study on Unmanned Ships, https://worldmaritimenews.com/archives/204672/denmark-to-initiate-study-on-unmanned-ships/
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