物聯(lián)網(wǎng)綜合航運(yùn)信息系統(tǒng)

樓于海

一、引言

提高船舶航行安全監(jiān)控水平，提高運(yùn)輸管理效率，解決船舶管理和營運(yùn)成本高，信息服務(wù)質(zhì)量難以滿足需求等，一直是困擾航運(yùn)企業(yè)和航運(yùn)信息化建設(shè)亟待解決的共性問題。

隨著信息與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)以其“全面感知、可靠傳遞、智能應(yīng)用”的優(yōu)勢，推進(jìn)船岸一體的信息平臺(tái)和數(shù)據(jù)挖掘共享，致力于解決船舶和貨物管理運(yùn)營成本較高，提高航行效率和服務(wù)品質(zhì)，加強(qiáng)安全管理等問題。實(shí)現(xiàn)航運(yùn)企業(yè)對船舶運(yùn)輸全過程智能控制與管理，有效調(diào)控遠(yuǎn)洋船舶運(yùn)力和船隊(duì)結(jié)構(gòu)，降低物流成本，節(jié)能減排。增強(qiáng)船舶運(yùn)輸信息服務(wù)手段和服務(wù)能力，促進(jìn)航運(yùn)業(yè)生產(chǎn)和管理方式向網(wǎng)絡(luò)化、精細(xì)化、智能化的轉(zhuǎn)變，提高船舶和貨物安全管理和科學(xué)決策水平。

二、物聯(lián)網(wǎng)航運(yùn)綜合信息管理系統(tǒng)

1.物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)的英文名是Internet of Things（IOT），也稱為Web of Things，是指通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)的特征來劃分，物聯(lián)網(wǎng)主要有三大技術(shù)體系，一是感知技術(shù)體系；二是通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系；三是智能技術(shù)體系以及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行機(jī)制。

2.感知、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)航運(yùn)綜合信息管理系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)通信、無線通信、衛(wèi)星通信、3G通信、有線通信等，在數(shù)據(jù)采集上通過視頻與圖像感知技術(shù)、傳感器感知技術(shù)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行機(jī)制，船舶通導(dǎo)、電氣設(shè)備和E-navigation相關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合智能計(jì)算、云計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算、ERP、數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)貨物自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)感知、自動(dòng)定位、過程追溯、在線追蹤、在線調(diào)度、動(dòng)態(tài)監(jiān)控等應(yīng)用。

3.智能技術(shù)體系應(yīng)用

通過友好界面和便捷操作，支持移動(dòng)終端，實(shí)時(shí)顯示船舶綜合信息，引入全球的岸基AIS、衛(wèi)星AIS、船舶AIS，LRIT、 POLLING等船位數(shù)據(jù)，全球的電子海圖、船舶動(dòng)態(tài)日報(bào)表、船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、航行氣象、天文潮汐、電航數(shù)據(jù)、機(jī)艙監(jiān)控、視頻監(jiān)控、燃潤料消耗、貨物監(jiān)控等數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、智能調(diào)度技術(shù)、優(yōu)化運(yùn)籌技術(shù)等等，結(jié)合航線輔助設(shè)計(jì)和專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)輸智能化、可視化、自動(dòng)化和岸基支持，增強(qiáng)船舶運(yùn)輸信息服務(wù)能力，為航運(yùn)管理、輔助決策和應(yīng)急指揮提供強(qiáng)大支撐。

三、物聯(lián)網(wǎng)航運(yùn)管理業(yè)務(wù)邏輯

業(yè)務(wù)邏輯總體分為船端、公司端和二者之間的通信系統(tǒng)三部分。業(yè)務(wù)邏輯如下圖1所示：

圖1

1.船端

通過采集航行數(shù)據(jù)、采集機(jī)艙狀態(tài)、監(jiān)控視頻、貨物狀態(tài)（冷藏箱的溫度、濕度）等感知?jiǎng)討B(tài)信息，通過數(shù)據(jù)匯總和分析處理，既用于船端的航行管理、貨物監(jiān)控、能效監(jiān)管等，另一方面通過船載通信設(shè)備，定時(shí)向岸基進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

2.通信系統(tǒng)

船岸之間通信的橋梁。船舶利用無線局域網(wǎng)、AIS、無線電通信、3G通信、海事衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星、VAST衛(wèi)星、銥星等傳輸各類數(shù)據(jù)。

3.公司端

接收船端信息，完善岸基視頻監(jiān)控和海圖監(jiān)控等動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對船端數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和綜合分析，通過調(diào)度和應(yīng)急指揮系統(tǒng)，綜合分析和輔助決策系統(tǒng)生成航行方案或處置方案，將指令發(fā)給船端。同時(shí)，與企業(yè)現(xiàn)有的船舶安全管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，為后者提供實(shí)時(shí)查詢、異常報(bào)警、航行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

四、總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體框架包括數(shù)據(jù)采集終端、船岸通信、基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、業(yè)務(wù)應(yīng)用和系統(tǒng)用戶等6個(gè)層次，包含了物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層和應(yīng)用層，與物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相融合。如圖2所示。

船載終端主要包括船載通信設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，即船載的GPS、AIS、船舶數(shù)據(jù)記錄儀（VDR）、操舵儀、羅電經(jīng)、機(jī)艙集控等航行終端和各類傳感器、RFID、流量儀、攝像機(jī)等，實(shí)現(xiàn)對船舶航行狀況和貨物狀態(tài)信息的感知與采集，組成感知層。

船岸通信主要依靠通信衛(wèi)星、有線和無線通信網(wǎng)、INTERNET等，搭建物聯(lián)網(wǎng)傳輸層鏈路，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息，實(shí)現(xiàn)船舶與岸基的數(shù)據(jù)和視頻內(nèi)容傳輸。

軟硬件支撐平臺(tái)分為船端和岸端，分別包括相應(yīng)的服務(wù)器主機(jī)、存儲(chǔ)備份系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)備等。

數(shù)據(jù)資源包括船端的航行數(shù)據(jù)、貨物數(shù)據(jù)、機(jī)艙數(shù)據(jù)，岸端的調(diào)度數(shù)據(jù)、應(yīng)急指揮相關(guān)數(shù)據(jù)、輔助決策數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻，以及其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫等。

業(yè)務(wù)應(yīng)用包括船端的數(shù)據(jù)采集與處理、船舶貨物監(jiān)控、船舶能效監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)；岸端包括岸基監(jiān)控信息支持、岸基船舶監(jiān)控調(diào)度和應(yīng)急指揮、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、綜合分析和輔助決策系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

整個(gè)應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，遵循物聯(lián)網(wǎng)已有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并對其進(jìn)行補(bǔ)充完善，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，最終為船東、貨主、貨代、船代、港口、政府監(jiān)管部門等單位用戶提供服務(wù)。同時(shí)還需研究制定相應(yīng)的運(yùn)行管理機(jī)制，以提供長期運(yùn)行的保障。

五、物聯(lián)網(wǎng)航運(yùn)管理系統(tǒng)功能

1.船端應(yīng)用

船載數(shù)據(jù)采集與處理功能，對船舶航行參數(shù)、海況和氣象環(huán)境、船舶機(jī)務(wù)狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整合處理、事件檢測和記錄，并通過船舶通信設(shè)備，定時(shí)向岸基傳輸。

船舶貨物監(jiān)控功能，對油輪裝載的原油等貨物進(jìn)行安全監(jiān)控；對集裝箱冷藏箱的箱、貨、流進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。

船舶能效監(jiān)控和管理功能，對船舶的運(yùn)行情況及能源使用情況進(jìn)行監(jiān)控。

同時(shí)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過傳感器實(shí)現(xiàn)船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集與動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)，提高數(shù)據(jù)采集的效率與質(zhì)量，使管理人員從繁瑣的數(shù)字輸入中解放出來，把精力集中在機(jī)艙工控、燃油的跟蹤和科學(xué)監(jiān)控上；實(shí)現(xiàn)船舶主副機(jī)、油料消耗定額的實(shí)時(shí)優(yōu)化，使之更貼近船舶動(dòng)力設(shè)備和燃油消耗的實(shí)際情況，為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和燃油監(jiān)控與異常消耗預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

2.公司端應(yīng)用

岸基監(jiān)控信息支持功能，接收船端上傳的信息，進(jìn)行檢測、處理和綜合分析集成，提供信息支持管理和服務(wù)應(yīng)用。

岸基船舶監(jiān)控調(diào)度和應(yīng)急指揮功能。建立多態(tài)自適應(yīng)模型，對船舶航行進(jìn)行綜合調(diào)度，達(dá)到生產(chǎn)資源的最優(yōu)化配置。為船長提供風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方案和參考處理方案，一旦船舶發(fā)生緊急情況，可調(diào)動(dòng)岸上的各類資源，給出優(yōu)化的應(yīng)急處置方案。

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。根據(jù)需要對船舶運(yùn)行狀況進(jìn)行查看，提高岸基航行支持、防海盜、技術(shù)支持和遠(yuǎn)程醫(yī)療能力。

綜合分析和輔助決策功能。進(jìn)行遠(yuǎn)洋船舶綜合分析，從設(shè)備運(yùn)行、海況氣象、航行計(jì)劃等方面分析是否存在異常情況，并引入全球海洋氣象中心的氣象數(shù)據(jù)和第三方提供的航線規(guī)劃數(shù)據(jù)，把生產(chǎn)調(diào)度、周邊氣象環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合，合理判斷和分析船舶在航狀態(tài)，確定機(jī)艙工控、油耗，對單船的性能和油耗實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、精確掌握和控制，制訂與優(yōu)化船舶航線、航速、主機(jī)轉(zhuǎn)速、燃料補(bǔ)給等方案，進(jìn)行航行成本分析和經(jīng)濟(jì)航速、航線計(jì)算，生成最優(yōu)航行方案提供給船端。

六、結(jié)束語

以物聯(lián)網(wǎng)為核心的信息技術(shù)發(fā)展被譽(yù)為第三次信息技術(shù)革命，航運(yùn)管理作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，也將會(huì)越來越受到航運(yùn)界的關(guān)注?？梢韵嘈?，隨著物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的進(jìn)一步深化，航運(yùn)管理信息化必將進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。