Κέρδη:
- Δυνατότητα καθορισμού επιπέδων αυτόνομου και τηλεκατευθυνόμενου πλοίου (MASS) και του ρόλου των συστημάτων υποστήριξης αποφάσεων
- Δυνατότητα διαμόρφωσης λογικής αποφυγής σύγκρουσης (COLREG) που συνδυάζει δεδομένα AIS, ραντάρ και ECDIS με AI
- Η δυνατότητα επαλήθευσης ότι η τελική ευθύνη για τις αποφάσεις πλοήγησης με τεχνητή νοημοσύνη παραμένει στον κυβερνήτη και στους κανόνες της COLREG
Η συνάντηση δύο πλοίων στη θάλασσα είναι ένας λεπτός χορός που διέπεται από κανόνες αιώνων. Ένας λάθος ελιγμός σημαίνει σύγκρουση, απώλεια ζωών και μεγάλη περιβαλλοντική καταστροφή. Αποστέλλεται σήμερα. Είναι εξοπλισμένο με συστήματα υποστήριξης αποφάσεων που συνδυάζουν ραντάρ, AIS (Automatic Identification System, το σύστημα όπου τα πλοία μεταδίδουν την ταυτότητα, τη θέση και τις πληροφορίες διαδρομής τους), ECDIS (ηλεκτρονικός χάρτης) και δεδομένα κάμερας. Τα αυτόνομα και τηλεκατευθυνόμενα πλοία (MASS; Maritime Autonomous Surface Ships) βρίσκονται στην ημερήσια διάταξη. Η τεχνητή νοημοσύνη (AI) τροφοδοτεί αυτήν τη σύντηξη αισθητήρων, την αξιολόγηση της κατάστασης και τη σύσταση ελιγμών. Αλλά η ναυσιπλοΐα στη θάλασσα εξακολουθεί να είναι η περιοχή όπου η ασφάλεια της ζωής είναι πιο έντονη.
Απόλυτο όριο: Κανένας ελιγμός που προτείνεται από την AI δεν πρέπει να εκτελείται χωρίς επιβεβαίωση στο πλαίσιο των κανόνων αποφυγής σύγκρουσης (COLREG; Διεθνείς Κανονισμοί για την Αποφυγή Σύγκρουσης στη Θάλασσα) και από την αξιολόγηση του αξιωματικού/ πλοιάρχου που είναι υπεύθυνος για τη ναυσιπλοΐα. Όποιο κι αν είναι το επίπεδο αυτονομίας, η ευθύνη για τη συμμόρφωση με την COLREG, την καλή ναυτική πρακτική και την απόλυτη ασφάλεια βρίσκεται αμετάκλητα στην ανθρώπινη πλευρά (ή εντός των ορίων ενός πλήρως αυτόνομου, πιστοποιημένου και εγκεκριμένου από την κατηγορία συστήματος συστήματος).
Έννοιες: COLREG: Διεθνείς κανόνες που καθορίζουν τον τρόπο ελιγμών των πλοίων μεταξύ τους. CPA/TCPA: Πλησιέστερη απόσταση προσέγγισης και χρόνος που απομένει (Κοντινότερο σημείο προσέγγισης / Χρόνος στο CPA). Σύντηξη αισθητήρων: Συνδυάζει διαφορετικές πηγές όπως ραντάρ, AIS, κάμερα σε μια εικόνα κατάστασης. MASS: Αυτόνομο/τηλεκατευθυνόμενο θαλάσσιο όχημα. Καλή ναυτική ικανότητα: Ασφαλής συμπεριφορά βασισμένη στην εμπειρία, πέρα από κανόνες.
Σύντηξη αισθητήρα και αξιολόγηση κατάστασης
Το πρώτο βήμα για την ασφάλεια πλοήγησης είναι η δημιουργία μιας ακριβούς εικόνας της γύρω κυκλοφορίας. Κάθε αισθητήρας έχει τις αδυναμίες του: το ραντάρ επηρεάζεται από τη βροχή και τα κύματα της θάλασσας, το AIS μπορεί να είναι απενεργοποιημένο ή να εκπέμπει ψευδείς/επεξεργασμένες πληροφορίες, η κάμερα είναι αδύναμη τη νύχτα και στην ομίχλη. Συνδυάζοντας αυτές τις πηγές, το AI υπολογίζει την τοποθεσία, τη διαδρομή, την ταχύτητα και το CPA/TCPA για κάθε προορισμό. Αλλά η ποιότητα της σύντηξης περιορίζεται από την ποιότητα των εισόδων: ένα μικρό ψαρόβαρκα με απενεργοποιημένο το AIS ή ένας στόχος στη σκιά του ραντάρ μπορεί να λείπει από την εικόνα του συστήματος. Επομένως, μόνο και μόνο επειδή η τεχνητή νοημοσύνη λέει "το περιβάλλον είναι καθαρό" δεν εξαλείφει τον ρόλο της εποπτείας.
Το δεύτερο βήμα είναι η αξιολόγηση του κινδύνου: ποιος στόχος εγκυμονεί τον κίνδυνο σύγκρουσης, ποια γεωμετρία συνάντησης υπάρχει (συνάντηση μετωπικά, διασταύρωση, σύγκρουση). Για κάθε γεωμετρία, η COLREG καθορίζει ποιος είναι το πλοίο "δώστε δρόμο" και ποιο είναι το "stand-on" πλοίο και πώς να ελιχθεί. Το AI κάνει αυτή την ταξινόμηση γρήγορα. αλλά η COLREG απαιτεί όχι μόνο γεωμετρία, αλλά «καλή ναυτική πρακτική»: έναν πρώιμο, διακριτό και μεγάλο ελιγμό, μια σαφή πρόθεση ορατή στο ραντάρ. Το AI μπορεί να τα προτείνει, αλλά ο αξιωματικός ερμηνεύει το πνεύμα του κανόνα και την τοπική κατάσταση.
Προσοχή: Αν και τα δεδομένα AIS μπορεί να φαίνονται αξιόπιστη πηγή ταυτότητας, ενδέχεται να είναι απενεργοποιημένα, εσφαλμένα διαμορφωμένα ή σκόπιμα πλαστά. Είναι επικίνδυνο να βασίζετε έναν ελιγμό αποκλειστικά στο AIS. Ραντάρ, οπτική παρατήρηση και καλή ναυτική πρακτική χρησιμοποιούνται μαζί.
Επίπεδα συμμόρφωσης και αυτονομίας COLREG
Η αυτονομία δεν είναι ένα πράγμα. Είναι μια κλίμακα από την υποστήριξη αποφάσεων (ο άνθρωπος αποφασίζει, το σύστημα συνιστά) στον τηλεχειρισμό και την πλήρη αυτονομία. Η λογοδοσία και η επαλήθευση είναι διαφορετικές σε κάθε βήμα, αλλά το κοινό νήμα είναι το εξής: το σύστημα πρέπει να συμμορφώνεται με το COLREG και ένας προτεινόμενος ελιγμός πρέπει να συμμορφώνεται τόσο με το γράμμα όσο και με το πνεύμα του κανόνα. Εάν ένας ελιγμός που προτείνεται από το AI υποδηλώνει μια παράνομη συντόμευση, όπως αντί να στραφεί προς τα δεξιά ως το πλοίο που υποχωρεί, η πρόταση θα απορριφθεί. Επιπλέον, η πρώιμη και σημαντική ενέργεια που απαιτείται από τους κανόνες όταν δύο πλοία «βλέπονται» διαφέρει από τη λογική της «μικρής διόρθωσης την τελευταία στιγμή».
Κρίσιμο ζήτημα ασφάλειας: τα αυτόνομα συστήματα ή τα συστήματα που υποστηρίζονται από αποφάσεις ενδέχεται να συμπεριφέρονται απροσδόκητα εκτός των σεναρίων στα οποία εκπαιδεύτηκαν ή δοκιμάστηκαν (π.χ. ασυνήθιστος τύπος σκάφους, ασυνήθιστη κίνηση, αστοχία αισθητήρα). Για αυτές τις «οριακές περιπτώσεις», η ανθρώπινη επίβλεψη και η ικανότητα ανάληψης είναι κρίσιμη.
συνάντηση
ρόλος COLREG
Αναμενόμενος ελιγμός
όριο AI
συνάντηση από την αρχή
Και οι δύο πλευρές υποχωρούν
Και τα δύο προς τα δεξιά
Ο αξιωματικός σχολιάζει εάν η γεωμετρία είναι ασαφής
ακραία μετάβαση
Αυτός που βλέπει τον άλλο στο πανό του υποχωρεί
Πρόωρη, σημαντική επιστροφή
Η ερμηνεία προτεραιότητας ανήκει στους ανθρώπους
προλάβω
Αυτός που μεγαλώνει υποχωρεί
ανοιχτό πέρασμα
Κάλυψη ή απόκλιση, οριακή κατάσταση
Στενό κανάλι/διαχωρισμός κυκλοφορίας
Τοπικοί κανόνες
Μην ακολουθείτε τη λωρίδα
Η τοπική γνώση μπορεί να λείπει στο AI
Μίνι Θήκες
Περίπτωση 1 — Παράνομος «αποτελεσματικός» ελιγμός. Ένα σύστημα υποστήριξης αποφάσεων συμβουλεύει το πλοίο που βρίσκεται σε θέση υποχώρησης να κάνει μια μικρή στροφή προς το λιμάνι καθώς αυτό είναι «αποδοτικό» όσον αφορά τα καύσιμα/χρόνο. Ωστόσο, η COLREG αναμένει έναν σαφή και ευδιάκριτο δεξιό ελιγμό σε αυτή τη γεωμετρία. Μια στροφή στο λιμάνι συσκοτίζει τις προθέσεις για το αντίπαλο πλοίο και αυξάνει τον κίνδυνο σύγκρουσης. Ο αξιωματικός απορρίπτει την πρόταση και, κατά κανόνα, στρέφεται προς τα δεξιά νωρίς και σαφώς. Μάθημα: ο ελιγμός πρέπει πρώτα να συμμορφώνεται με το COLREG. η αποτελεσματικότητα είναι δευτερεύουσα.
Περίπτωση 2 — Στόχος με απενεργοποιημένο το AIS. Ένα σύστημα λέει "δεν υπάρχουν στόχοι AIS στην περιοχή, η πλοήγηση είναι καθαρή". Στο ραντάρ και μέσα από κιάλια, η επιφυλακή παρατηρεί ένα μικρό ψαροκάικο με απενεργοποιημένο το AIS. Μια επικίνδυνη προσέγγιση θα μπορούσε να είχε συμβεί αν το AIS είχε βασιστεί μόνο στο AIS. Μάθημα: Η σύντηξη αισθητήρων λειτουργεί με ελλιπή δεδομένα. Η παρακολούθηση και η παρατήρηση με ραντάρ είναι απαραίτητα.
Περίπτωση 3 — Συνοριακή εξαγορά. Κατά τη διάρκεια της αυτόνομης δοκιμαστικής διαδρομής, ένα σκάφος συναντάται να εκτελεί έναν ασυνήθιστο ελιγμό που το σύστημα δεν έχει ξαναδεί. Το σύστημα παράγει μια διστακτική και καθυστερημένη σύσταση. Ο φύλακας στη γέφυρα αντιλαμβάνεται την κατάσταση νωρίς, αναλαμβάνει και εκτελεί χειροκίνητα τον ασφαλή ελιγμό. Μάθημα: η ανθρώπινη επίβλεψη και η ικανότητα ταχείας ανάληψης είναι απαραίτητες για τη συμπεριφορά οριακής κατάστασης των αυτόνομων συστημάτων.
Αντιγράψιμα πρότυπα προτροπής
Πρότυπο 1 — Αξιολόγηση συνάντησης (πλαίσιο COLREG):
Ρόλος: Είστε σύμβουλος υποστήριξης αποφάσεων για την ασφάλεια πλοήγησης. Πλαίσιο (αντιπροσωπευτικό, για εκπαιδευτικούς σκοπούς): το δικό μου μάθημα πλοίου [x], ταχύτητα [y]; ένα μάθημα στόχου [a], ταχύτητα [b], ρουλεμάν [c]. Εργασία:1) Προσδιορίστε τον τύπο της συνάντησης (κεφάλι/άουτ/προσπέραση).2) Ποιος υποχωρεί, ποιος παρακολουθεί, σύμφωνα με την COLREG. ανάλυση? Η πραγματική απόφαση ελιγμών λαμβάνεται από τον αξιωματικό που είναι υπεύθυνος για τη ναυσιπλοΐα, την COLREG και την καλή ναυτική ικανότητα. Μην βασίζεστε μόνο στο AIS. Επίσης δώστε έμφαση στην ραντάρ/οπτική παρατήρηση.
Πρότυπο 2 — Ανάλυση κενού σύντηξης αισθητήρα:
Αξιολογήστε μια εικόνα κατάστασης πλοήγησης (αντιπροσωπευτική): ραντάρ, AIS και σύνοψη δεδομένων κάμερας [...].1) Ποιοι στόχοι φαίνονται μόνο με έναν αισθητήρα (κίνδυνος); 2) Πώς πρέπει να χειριστώ την πιθανότητα απενεργοποίησης/ύποπτων στόχων του AIS; 3) Καταγράψτε καταστάσεις όπου αυτή η εικόνα μπορεί να λείπει (σκιά ραντάρ, ομίχλη, μικρό σκάφος). Constraint: Never clear; Απαιτείται επιφυλακή.
Πρότυπο 3 — Σενάριο ανάληψης αυτονομίας:
Δημιουργήστε ένα σχέδιο σχεδίου εξαγοράς για ένα αυτόνομο/υποβοηθούμενο με αποφάσεις σύστημα πλοήγησης:1) Σε ποιες περιπτώσεις πρέπει να αναλάβει ο άνθρωπος (οριακές περιπτώσεις, αστοχία αισθητήρα, ασυνήθιστη κυκλοφορία); 2) Προειδοποίηση και χρόνος που απαιτείται για την εξαγορά. 3) Ποια είναι η ασφαλής προεπιλεγμένη συμπεριφορά όταν το σύστημα είναι αναξιόπιστο; Περιορισμός: Τονίστε ότι η τελική ευθύνη για την ανθρώπινη ασφάλεια παραμένει στο σύστημα.
Πρότυπο 4 — Έλεγχος σύστασης ελιγμών:
Ελέγξτε την ακόλουθη πρόταση ελιγμού για το COLREG:[προτεινόμενος ελιγμός και γεωμετρία].1) Αυτός ο ελιγμός ακολουθεί το γράμμα του κανόνα; 2) Είναι πρώιμος, ευδιάκριτος και μεγάλος (καλή ναυτιλία); 3) Είναι ξεκάθαρη η πρόθεση για το αντίπαλο πλοίο; 4) Αποκλίνει από τον κανόνα για λόγους που δεν είναι παράνομοι;
Αδύναμη προτροπή / Ισχυρή προτροπή
Αδύναμη προτροπή:
Αυτά τα δύο πλοία πλησιάζουν, τι να κάνω; Πες μου τη συντομότερη διαδρομή.
Ισχυρή προτροπή:
Ρόλος: Είστε σύμβουλος εκπαίδευσης σε θέματα ασφάλειας πλοήγησης. Πλαίσιο (αναπαράσταση): γεωμετρία συνάντησης του δικού μου πλοίου και στόχος[περιγραφή]. Επισυνάπτεται η περίληψη δεδομένων ραντάρ+AIS+Εργασία:1) Προσδιορισμός του τύπου συνάντησης και των ρόλων COLREG.2) Προτείνετε νόμιμο, πρώιμο και προφανή ελιγμό.3) Πώς μπορώ να επαληθεύσω εάν το AIS λείπει/ύποπτο; Περιορισμός: Προτείνετε τον ελιγμό που είναι κατάλληλος για την COLREG και την καλή ναυτική δοκιμασία, όχι το "; Δηλώστε ότι η τελική απόφαση ανήκει στον αξιωματικό πλοήγησης.
Το αδύναμο μήνυμα ζητά μόνο "συντομότερο μονοπάτι" και αγνοεί τον κανόνα. Η ισχυρή προτροπή COLREG επικεντρώνεται στους ρόλους, την πιστοποίηση ταυτότητας και την ανθρώπινη εξουσία.
Συνήθη λάθη
- Βάζοντας την αποτελεσματικότητα πάνω από την COLREG. Ο ελιγμός πρέπει πρώτα να συμμορφώνεται με τους κανόνες και την καλή ναυτιλία. καύσιμο/χρόνος είναι δευτερεύον.
- Βασιζόμενοι αποκλειστικά στο AIS. Το AIS μπορεί να είναι κατεστραμμένο, ελαττωματικό ή πλαστό. Το ραντάρ και η οπτική παρατήρηση είναι απαραίτητα.
- Υποθέτοντας ότι το «περιβάλλον είναι καθαρό» το αποτέλεσμα είναι σίγουρο. Η σύντηξη αισθητήρων λειτουργεί με ελλιπή δεδομένα. Η επιφυλακή είναι απαραίτητη.
- Αγνοώντας οριακές καταστάσεις. Το αυτόνομο σύστημα μπορεί να είναι αναξιόπιστο στο σενάριο που δεν βλέπει. Απαιτείται σχέδιο εξαγοράς.
- Κάνοντας τον ελιγμό αργά και μικρό. Το COLREG απαιτεί πρώιμους, σημαντικούς και σημαντικούς ελιγμούς. Η διόρθωση της τελευταίας στιγμής κρύβει την πρόθεση.
Συνοπτικά
Η ασφάλεια πλοήγησης και η αποφυγή σύγκρουσης είναι ο τομέας όπου η τεχνητή νοημοσύνη υποστηρίζεται από τη σύντηξη αισθητήρων και την αξιολόγηση κατάστασης, αλλά η ασφάλεια ζωής είναι η πιο ευκρινής. Κάθε σύσταση ελιγμών πρέπει να συμμορφώνεται με το γράμμα και το πνεύμα της COLREG, το AIS δεν πρέπει να βασίζεται μόνο σε αυτό, το αποτέλεσμα «το περιβάλλον είναι καθαρό» δεν πρέπει να εξαλείφει την επιφυλακή και η ικανότητα ανάληψης από τον άνθρωπο για αυτόνομα συστήματα θα πρέπει να διατηρηθεί. Η απόλυτη ευθύνη για την ασφάλεια ανήκει στον αξιωματικό ναυσιπλοΐας και τον καπετάνιο.
Εργασία εφαρμογής
Δημιουργήστε ένα αντιπροσωπευτικό σενάριο συνάντησης (το σκάφος σας και ένας στόχος, γεωμετρία και δεδομένα αισθητήρα). Ζητήστε από το AI να εφαρμόσει το πρότυπο «αξιολόγησης συνάντησης» και να καθορίσετε τον τύπο συνάντησης και τους ρόλους COLREG. Ελέγξτε τη συμμόρφωση του προτεινόμενου ελιγμού με το πρότυπο "έλεγχος σύστασης ελιγμών". Προσθέστε τη δυνατότητα ενός στόχου που καλύπτεται από AIS και συζητήστε τα κενά της σύντηξης αισθητήρων. Γράψτε ποιος έχει την τελική απόφαση και τους όρους της εξαγοράς.
λίστα ελέγχου
- [ ] Αξιολόγησα αρχικά τον ελιγμό με βάση το COLREG και την καλή ναυτική ικανότητα.
- [ ] Δεν θεωρούσα το AIS τη μόνη πηγή. Συμπεριέλαβα ραντάρ και οπτική παρατήρηση.
- [ ] Δημιούργησα αντίγραφα ασφαλείας για το αποτέλεσμα "Το περιβάλλον είναι καθαρό" αναζητώντας το.
- [ ] Σκέφτηκα ότι λείπουν περιπτώσεις σύντηξης αισθητήρων (μικρό σκάφος, ομίχλη).
- [ ] Καθόρισα τους όρους εξαγοράς για το αυτόνομο/υποστηριζόμενο σύστημα λήψης αποφάσεων.
- [ ] Άφησα την τελική απόφαση πλοήγησης/ελιγμού στον υπεύθυνο αξιωματικό και στον καπετάνιο.