【水路交通智能化】基于船岸同步的智能船端數(shù)據(jù)共享交換平臺

中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司 王敏

　　我國智能船舶的發(fā)展目前還處于起步階段。宏觀大背景主要是兩個戰(zhàn)略的制定。一個是中國制造2025，一個是一帶一路。中國制造2025的戰(zhàn)略給智能船舶發(fā)展提供了一個明確的發(fā)展的方向，一帶一路的戰(zhàn)略則給中國制造提供了一個落地實踐的機(jī)會，同時也給智能船舶提出了更高的要求。
　　1.智能網(wǎng)絡(luò)集成平臺明確的建設(shè)目標(biāo)能船舶的要求
　　首先第一階段應(yīng)該是僅限于船用設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)匯集階段。第二階段應(yīng)該是利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)給數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過連接岸上數(shù)據(jù)中心為船舶定時提供安全、環(huán)保和能效優(yōu)化建議，實現(xiàn)半自動化航行。第三個階段，在船舶數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，加入港口物流信息，實現(xiàn)船岸信息間的無縫連接，實時動態(tài)的完成航行、船期和港口操作的優(yōu)化。最后的階段，實現(xiàn)全自動化無人駕駛和港口自動化裝卸與物流。我國目前尚處于第一階段向第二階段過渡的階段。如圖1：

圖1  智能船舶發(fā)展階段

　　2016年CCS智能船舶規(guī)范發(fā)布，智能船舶指利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸崿F(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶，以便使船舶更加安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和可靠。CCS智能船舶規(guī)范相當(dāng)于給整個智能船舶的研究提供比較好的研究落地的范圍，或者是一個具體落地的方向。簡而言之，就是一個平臺加上5個應(yīng)用，并且CCS給平臺和應(yīng)用都有一個入級的標(biāo)志。本公司參與這個項目建設(shè)的就是其中智能集成平臺部分，智能集成平臺做的主要工作是，第一個相當(dāng)于數(shù)據(jù)中心，它會把船上的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分析、加工，存到數(shù)據(jù)倉庫里面。智能集成平臺里面的數(shù)據(jù)要為其他的智能應(yīng)用提供一個基礎(chǔ)，最后還會把各個智能應(yīng)用的結(jié)果進(jìn)行一個集成，提供一站式的服務(wù)。所以說智能平臺是一個中心位置，也是智能船舶的應(yīng)用基礎(chǔ)。智能船舶的主要特征是會感知，會思考，會決策，會學(xué)習(xí)。會感知是指在集成船上已有信息的基礎(chǔ)上實現(xiàn)全面感知能力，并利用數(shù)據(jù)分析方法，評估設(shè)備健康狀況；會思考指分析環(huán)境和自身狀態(tài)變化對運(yùn)行能力的影響，預(yù)測變化趨勢；會決策指融合自身狀態(tài)信息、環(huán)境、群體信息進(jìn)行決策優(yōu)化分析；會學(xué)習(xí)指與岸基進(jìn)行信息交流，自動獲取所需知識，與集群進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。這些是智能船舶的特征，實現(xiàn)這些特征主要是要依賴于數(shù)據(jù)，以及對數(shù)據(jù)的分析處理，這個數(shù)據(jù)不僅是船舶本身的數(shù)據(jù)，可能還會有一些外部的數(shù)據(jù)，再加上現(xiàn)在比較熱的人工智能的技術(shù)和信息化，包括深度學(xué)習(xí)，使這個船能夠具備一定程度上的人的一些感知、思考、決策和學(xué)習(xí)的智能。
　　關(guān)于近階段要做的事情，其實就是前面講的，如果要實現(xiàn)這些智能，目前階段主要需要解決的工作，第一個就是通過網(wǎng)絡(luò)集成平臺，解決所有數(shù)據(jù)的匯集的問題，形成船舶的大數(shù)據(jù)。在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)在人工智能的技術(shù)，深度學(xué)習(xí)的技術(shù)，能夠給智能船舶提供智能化的解決方案。
　　以標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議為載體，采用開放性系統(tǒng)架構(gòu)，建立與船舶各個設(shè)備或子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接，面向全船范圍整合混合異構(gòu)型信息網(wǎng)絡(luò)資源，構(gòu)建安全、可靠的智能船舶通信網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)由一網(wǎng)取代多網(wǎng)，一個系統(tǒng)整合所有系統(tǒng)的功能，滿足互聯(lián)互通互享互控技術(shù)要求，達(dá)到全船與船岸一體化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。通俗講就是在船端建一個數(shù)據(jù)中心，匯集船端各個設(shè)備資源的數(shù)據(jù)信息，然后為智能應(yīng)用提供服務(wù)。最后能夠把這個智能應(yīng)用的結(jié)果進(jìn)行一個集成，另外這個船端的數(shù)據(jù)中心與岸端的數(shù)據(jù)中心，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步，這個同步可能現(xiàn)在階段是單向的，把船端的傳到岸端的，最終的結(jié)果應(yīng)該是雙向的，會把輔助決策的信息反饋給船上，這個是下一階段的遠(yuǎn)程控制，可能就會有這個更多的船岸的交互。
　　關(guān)于做網(wǎng)絡(luò)集成平臺，當(dāng)前面臨的主要問題，第一個就是信息網(wǎng)絡(luò)不完整數(shù)據(jù)集成度低；第二個，通信協(xié)議不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享欠缺，缺少系統(tǒng)間的聯(lián)動；第三個，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開放性不夠，缺乏靈活性；最后，網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性脆弱。
　　關(guān)于做船端數(shù)據(jù)中心，用到的方法論還是傳統(tǒng)的做數(shù)據(jù)中心的方法論，主要包括數(shù)據(jù)采集與共享，信息資源目錄，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，數(shù)據(jù)質(zhì)量設(shè)計，數(shù)據(jù)安全設(shè)計，數(shù)據(jù)庫設(shè)計。各個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是交換規(guī)范，模型的規(guī)范，存儲的規(guī)范等各種規(guī)范的集合。數(shù)據(jù)質(zhì)量的設(shè)計主要是數(shù)據(jù)的完整性，一致性等等，關(guān)于安全設(shè)計，這個安全不僅是一個技術(shù)的問題，可能涉及到管理上的問題，是技術(shù)和管理的匯集。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計就是物理設(shè)計，邏輯設(shè)計，最后是一個解決方案。
　　2.船端數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)
　　船端數(shù)據(jù)中心的總體架構(gòu)，包括采集的數(shù)據(jù)源，這個船上的數(shù)據(jù)源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，主要是機(jī)艙的數(shù)據(jù)，航行的數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換存到這個船端數(shù)據(jù)庫中。在船端就有了小型的數(shù)據(jù)中心的概念了，不像以前就是簡單的幾臺服務(wù)器，麻雀雖小五臟俱全。這個數(shù)據(jù)中心跟岸端有一些交互，為智能系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。并且把智能系統(tǒng)的結(jié)果也存到數(shù)據(jù)中心里面來，如圖2：

圖2  數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施

　　本項目數(shù)據(jù)中心采用的技術(shù)是基于MuleESB的數(shù)據(jù)共享交換平臺，它的主要目的針對船端異構(gòu)的問題，為智能應(yīng)用提供服務(wù)，所以ESB的這個架構(gòu)能夠很好解決這個異構(gòu)的集成以及服務(wù)提供的問題。
　　智能船舶網(wǎng)絡(luò)設(shè)計考慮因素：安全、可靠、實時、高速、開放。本項目最關(guān)注的還是實時，大多數(shù)的船舶沒有達(dá)到控制的程度，所以安全性的要求還沒有那么高，可能后期船舶有這個遠(yuǎn)端的控制，因此對這個要求非常之高。
　　智能船舶異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺總體架構(gòu)，從網(wǎng)絡(luò)的特點來看，整個網(wǎng)里面，有工業(yè)總線，有以太網(wǎng)，還有衛(wèi)星通訊，它是一個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，這個平臺相當(dāng)于把異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)集成在一起，我們通過防火墻的技術(shù)做到隔離。架構(gòu)解決了可靠性的問題，我們對核心的構(gòu)件采用冗余的技術(shù)?？煽啃缘募夹g(shù)，主要是隔離的技術(shù)，冗余的技術(shù)。另外網(wǎng)絡(luò)安全解決方案里面主要包含系統(tǒng)本身的安全，應(yīng)用軟件的安全，這個其實是傳統(tǒng)的安全技術(shù)，關(guān)于船端的安全有一些特殊的考慮，這個是本項目后期研究的重點的方向。如圖3：

圖3  船岸通訊系統(tǒng)

　　最后還要講一下這個船岸通訊的問題，從目前現(xiàn)階段來講，考慮到網(wǎng)絡(luò)的問題，成本的問題，所以通訊的數(shù)據(jù)量還不能那么大，所以數(shù)據(jù)通訊的時候，壓縮技術(shù)是必須的，另外通訊的安全性問題也需要加密。并且采用了智能的通訊網(wǎng)關(guān)，在不同的條件下能夠智能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的切換，可以實現(xiàn)船岸的有效通訊。
　　3.展望
　　關(guān)于未來智能船舶智能平臺的展望，包括了協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，衛(wèi)星寬帶化，計算云端化，信息網(wǎng)絡(luò)化等。