《长期自主海事系统的需求探索》112页报告

在海洋领域中长达数周至数月的无船员任务对自主系统提出了独特的挑战。在这些任务长度中，平台必须承担自我评估和任务规划任务，以及诸如导航等短期自主任务。这里报告了一个探索这些挑战的四管齐下的研究计划的结果。对现有的船只进行了审查和分析，并构建了一个新的评级系统。对人类船员进行了访谈，以确定评估和规划方法。一个简化的模拟和一个受STPA启发的分析被用来确定那些研究将是有益的领域。从这些调查中可以看出，现有的规划系统在很大程度上依赖人类来整合不同的信息来源。今天，人类根据共同的经验和隐含的标准来做决定。将这个过程自动化是一个重大的挑战。提出了三个测试案例来探索已确定的研究需求，一个是关于燃料管理，一个是关于机械系统的设计和操作支持，还有一个是关于在服务中适应和更新风险标准。

事实证明，使海事平台在海上执行数周至数月的长期任务时具有自主性，这与无船员的空中和地面车辆所面临的挑战根本不同。自我健康评估、任务规划和后勤考虑对于可能一次出海数周至数月的海洋船舶来说都是非常重要的。然而，目前人们对有船员的船只如何进行这种评估和任务规划还不是很了解，这使得对这一领域的算法的研究变得困难。

这项工作报告了对这种长期任务的风险关注的广泛框架，然后回顾了目前正在使用的海洋系统。现有的平台显示了平台的复杂性和可实现的续航能力之间的明显权衡。滑翔机和简单的平台已经完成了数周至数月的航行，但损失率很高。更复杂的船只仍然处于几天到几周的任务长度范围内，而且目前没有船只能自主地进行长期规划。提出了一个新的由三部分组成的评级系统来跟踪平台，使用平台的决策、耐力和平台复杂性作为衡量标准。现有的平台用这个系统进行了可视化，证实了能力的差距。

通过对船舶和岸上人员的一系列访谈，试图确定今天是如何进行这种规划的。这个过程显示，机械系统是平台健康的核心问题。机械的维护在船舶的预防性维护系统（PMS）中是高度结构化的。然而，整合平台的整体健康状况和权衡风险的规划是以人为中心的方式进行的。这种规划没有标准化，也没有记录在正式的程序中，而是使用了大量的人类经验和隐性标准。岸上的支持也被广泛用于诊断问题、计划维修和支持船上的决定。因此，访谈产生了一个关注的清单，但没有一个明确的可以自动化的规划方法。

一个高层次的基于模拟的方法被用来观察围绕平台健康的规划必须有多精确才能提高运营绩效。一支由10艘船组成的船队被用来维持离支持基地不同距离的巡逻线，每艘船都有一个随机退化的健康参数。对四种不同的规划方法进行了比较，结果表明，即使是不完善的长期规划系统也可能在平台有效性方面比基于静态规则的方法产生巨大的收益。

最后，一个修改过的STPA方法被用来尝试探索长期规划系统的重大风险领域。比较了两种STPA公式，更狭隘地专注于任务规划的方法能够确定现有算法可能不足的广泛领域。构建了一个由此产生的挑战领域的表格，并提出了三个开发案例研究来解决表格中的差距。这些案例被设计成对基础研究的探索是可行的，但涉及足够多的学科，以广泛代表海上任务规划问题。这三个案例研究包括一个燃料管理研究，一个机械设计和支持案例，以及一个可适应的风险水平案例。报告最后提出了实施这些案例研究的建议，以及进一步的工作。