Ученые из Техасского университета A&M разработали систему SMART-SEA (Ship collision avoidance of Machine learning And Radar Technology for Stationary Entities and Avoidance) — интеллектуальную технологию предотвращения столкновений судов, сочетающую машинное обучение и радиолокацию.
Казалось бы, в эпоху спутниковой навигации и автоматических систем аварии на воде должны остаться в прошлом. Но достаточно вбить в поиск «ship collision», чтобы увидеть мрачную галерею: от гребных лодок до супертанкеров, от яхт до военных кораблей, от пирсов до мостов — всё это регулярно встречается друг с другом самым нежелательным образом.
Страховые компании были бы рады списать всё на человеческий фактор. И он действительно играет роль — иногда весьма заметную. Однако проблема куда сложнее, чем просто «плохая морская практика». Именно поэтому создать эффективную систему предотвращения столкновений для судов гораздо труднее, чем для автомобилей.
Физика против интуиции
Море — это место, где сходятся физика, география, погода, технологии и человеческая психология. Особенно если речь идёт об огромных, полностью загруженных судах.
Начнём с торможения. Большой контейнеровоз не останавливается «по щелчку». Даже при полном реверсе его тормозной путь может измеряться километрами. Не случайно на мостиках таких судов висят таблички с напоминанием об этом — и именно поэтому тревога «человек за бортом» на крупных судах нередко заканчивается трагично.
Маневренность тоже подводит. При перекладке руля первым смещается кормовой свес, а не нос, как у автомобиля. В узких водах попытка избежать препятствия впереди может привести к удару о что-то задней частью судна. Добавьте сюда эффект присасывания (squat) на мелководье, когда падение давления под корпусом буквально тянет судно вниз.
А теперь умножьте всё это на ограничения радара, «слепые зоны», задержки датчиков, проблемы связи, ветер, течения, волны и переменчивую погоду. В итоге капитану приходится полагаться не только на приборы, но и на собственный опыт, интуицию и хладнокровие.
Что такое SMART-SEA и зачем он нужен
Проект SMART-SEA был разработан в рамках годичного контракта с участием Министерства внутренних дел и Министерства энергетики США при поддержке Института безопасности океанической энергетики (OESI). Руководит проектом доктор Мирьям Фюрт, доцент кафедры океанотехники Техасского университета A&M.
Цель SMART-SEA — снизить влияние человеческих ошибок в судоходстве. Но вместо полной автономии система делает ставку на концепцию human-in-the-loop: человек остаётся в процессе управления, а интеллектуальная система выступает в роли советника, подсказывающего оптимальные решения в реальном времени.
Как работает технология
В отличие от многих существующих решений, SMART-SEA опирается не на обработанные данные AIS (автоматической идентификационной системы), а на «сырые» радиолокационные сигналы. Это позволяет обнаруживать движущиеся объекты при любой погоде, даже там, где AIS бесполезен или недоступен.
Машинное обучение используется для классификации и распознавания стационарных опасностей — причалов, мостов, береговых объектов. Система также сопоставляет данные разных датчиков, чтобы точнее понимать поведение самого судна. Дополняет картину гибридная модель, объединяющая физику и ИИ, — она учитывает неопределённости, связанные с ветром и течениями.
В основе SMART-SEA лежит многоуровневая логическая система, созданная на базе реального опыта моряков. Преподаватели кампуса Texas A&M в Галвестоне — бывшие профессиональные мореплаватели — собрали фокус-группы, чтобы формализовать навыки принятия решений на море.
Эта логика работает в связке с модифицированным алгоритмом препятствий скорости (Velocity Obstacle) и моделью асимметричного серого облака (Asymmetric Grey Cloud). Вместе они оценивают риски, предлагают оптимальные манёвры и — что особенно важно — делают это в строгом соответствии с Международными правилами предупреждения столкновений судов в море (COLREGs).
«Многие столкновения происходят из-за человеческих ошибок. Используя данные и выдавая морякам подсказки в реальном времени, мы надеемся значительно сократить число морских аварий», — отмечает Мирьям Фюрт.
Если SMART-SEA оправдает ожидания, морская навигация может стать заметно безопаснее — не за счёт замены человека, а благодаря умному партнёрству с искусственным интеллектом.
Результаты исследования опубликованы в журнале Process Safety and Environmental Protection.
