大數(shù)據(jù)技術(shù)在船舶管理中的應用分析

邢天任　朱偉

摘 要：信息化社會的到來，使得各類信息變得紛繁復雜，船舶管理技術(shù)的發(fā)展又表現(xiàn)出了許多新特征，如何充分利用海量的信息為船舶管理提供服務(wù)，對于船舶的制造、運營和管理部門有著重要的影響。在大數(shù)據(jù)時代背景下，船舶管理體制和技術(shù)革新迎來了又一輪新的挑戰(zhàn)。文章就大數(shù)據(jù)技術(shù)在船舶管理中的應用進行了深入的探討。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；船舶管理；應用分析

中圖分類號：U665.26 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0181-02

Abstract： With the coming of information society， all kinds of information become complicated， so the development of ship management technology shows many new features. How to make full use of massive information to provide services for ship management？ For the ship's manufacturing， operation and management departments have an important impact. In the context of big data era， ship management system and technological innovation ushered in another round of new challenges. This paper has carried on the thorough discussion on the big data technology in the ships management application.

Keywords： big data； ship management； application analysis

進入信息化社會以來，各種信息通過互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)更加快速的傳播，人們接觸到的信息量也出現(xiàn)爆發(fā)式增長，這給許多企業(yè)和行業(yè)迎來了信息化管理和大數(shù)據(jù)技術(shù)應用的良好契機。在信息化和大數(shù)據(jù)潮流中，船舶管理領(lǐng)域也迎來了新一輪的管理技術(shù)革新，開始廣泛應用大數(shù)據(jù)技術(shù)來對船舶管理的方方面面提供服務(wù)，大大提升了我國海上交通管理和水上安全管理的效率和質(zhì)量[1]。因此，對大數(shù)據(jù)技術(shù)在船舶管理中的應用進行全面分析具有重要的現(xiàn)實意義。

1 大數(shù)據(jù)簡介

大數(shù)據(jù)（Big Data）是指借助于計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)，捕捉到數(shù)量繁多、結(jié)構(gòu)復雜的數(shù)據(jù)或信息的集合體。大數(shù)據(jù)的“大”并非僅僅指數(shù)量繁多，但是指通過數(shù)據(jù)挖掘、分析，專業(yè)化的處理，蘊含的價值大。大數(shù)據(jù)具有5V的特點[2]：第一，Volume（大量），即數(shù)量繁多，形式多樣，雜亂無章。第二，Velocity（高速），即數(shù)量高速增長，呈幾何式增長，越到后期，其增長速度越快，對數(shù)據(jù)處理的速度不斷提高。第三，Variety（多樣），數(shù)量類型多樣、結(jié)構(gòu)復雜，表現(xiàn)形式不一，價值不等。第四，Value（低價值密度），包含大量無用信息，而有價值的信息往往被無用信息所覆蓋，使得數(shù)據(jù)的利用變得更加困難，即海量數(shù)據(jù)需采集、分析才能捕捉到有價值信息。第五，Veracity（真實性），即數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與處理是實時的，具有準確性。大數(shù)據(jù)的這些特點，使其具有巨大的應用潛力。

2 大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

大數(shù)據(jù)處理技術(shù)是以大數(shù)據(jù)為原料的，正是由數(shù)據(jù)量的巨大，才使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)無法繼續(xù)適用。因此大數(shù)據(jù)處理技術(shù)才會得到相應的發(fā)展。大數(shù)據(jù)之所以需要處理，是因為大數(shù)據(jù)如果不經(jīng)處理，那么它就是毫無價值的。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)成為了大數(shù)據(jù)服務(wù)于各行各業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展推動下，各種大數(shù)據(jù)處理方法已經(jīng)開始得到廣泛的應用。通常來說，大數(shù)據(jù)的處理過程包括數(shù)據(jù)的生成、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的存儲以及數(shù)據(jù)的分析，最后才有可能實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的應用。常見的大數(shù)據(jù)技術(shù)包括信息管理系統(tǒng)、NoSQL、分布式數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、類聚分析等。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進步得益于計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)學等基礎(chǔ)學科的發(fā)展，各種高性能的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和算法正在不斷涌現(xiàn)，服務(wù)各社會的各行各業(yè)，推動著社會的進步和人類文明的發(fā)展。隨著技術(shù)的進步，一些更加新穎高效的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)也應運而生，成為不斷推動大數(shù)據(jù)應用的強大驅(qū)動力。

3 大數(shù)據(jù)在船舶管理中的應用

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的進步和船舶工程技術(shù)的發(fā)展，越來越多的船舶管理單位開始引入大數(shù)據(jù)技術(shù)來為各種環(huán)節(jié)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。通過文獻檢索不難發(fā)現(xiàn)，全球文獻數(shù)據(jù)庫中與船舶領(lǐng)域相關(guān)的大數(shù)據(jù)技術(shù)文獻已經(jīng)超過10萬條記錄，可見大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用已經(jīng)受到船舶管理領(lǐng)域?qū)W者的工程人員的高度關(guān)注。從文獻檢索結(jié)果來看，其應用主要包含以下幾個方面。

3.1 船舶調(diào)度管理

隨著我國海運事業(yè)的不斷發(fā)展，船舶數(shù)量迅速增長，但港口和航道的建設(shè)步伐越來越難以跟上，造成港口和航道的通行環(huán)境日益復雜，船舶調(diào)度難度進一步增加。大規(guī)模船舶在復雜港口的調(diào)度受到諸多因素的影響，如果把這些因素都數(shù)字化，則表現(xiàn)為一個大數(shù)據(jù)的采集的與處理問題。在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)日益完善的背景下，船舶的調(diào)度管理開始利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來提高效率，并在一些港口和航道中實現(xiàn)了初步的應用。首先把大量的船舶信息預先存入調(diào)度中心的數(shù)據(jù)庫中，然后對其進行集成處理，利用大數(shù)據(jù)挖掘和處理技術(shù)，對船舶的實時動態(tài)進行分析和調(diào)度，實現(xiàn)了船舶調(diào)度的信息化和科學化，在很大程度上緩解了港口和航道建設(shè)的不足。當前已有學者提出了多種基于大數(shù)據(jù)的船舶調(diào)度方法，例如圖譜特征分析、關(guān)聯(lián)特征匹配、數(shù)據(jù)挖掘等等，實現(xiàn)了船舶調(diào)度管理的優(yōu)化。

3.2 船舶自動識別

水上交通安全是水路運輸管理領(lǐng)域的重要方面，近年來，我國水運事業(yè)的蓬勃發(fā)展使船舶數(shù)量進一步增加，港口和海洋復雜的通行環(huán)境使船舶碰撞的可能性大大提高。當前解決該問題的方法有很多，其中通過船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）來提高船舶航行的安全性成為一種較通用的方法。在科學技術(shù)的推動下，當前的AIS系統(tǒng)可以裝載在衛(wèi)星上，使信號傳輸距離達到了上千公里，為全球海洋環(huán)境的船舶識別與跟蹤提供了可能，但在AIS數(shù)據(jù)處理上仍然有較明顯的瓶頸，統(tǒng)計表明，AIS系統(tǒng)每天至少會產(chǎn)生上億條數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)的處理帶來了困難，主要是密集區(qū)的數(shù)據(jù)沖突和丟失問題。而通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以通過對AIS歷史數(shù)據(jù)進行挖掘和提取，對全球范圍內(nèi)船舶數(shù)據(jù)進行研究。為了滿足海量船舶數(shù)據(jù)的處理要求，目前已形成了以分布式存儲架構(gòu)為基礎(chǔ)的彈性數(shù)據(jù)集處理技術(shù)，基本上滿足了對AIS數(shù)據(jù)的深度挖掘、規(guī)律分析和航道提取等要求，在軍事安全、海洋執(zhí)法、海洋環(huán)境保護等領(lǐng)域有著較大的應用前景，但其距離高效實用還有一定的距離。

3.3 船舶導航和航跡預測

在海上交通運輸中，由于水上環(huán)境的特殊性，船舶必須依靠一定的導航設(shè)備才能到達目的地，海事管理部門也需要對船舶的航跡進行預測，才能對海上交通動態(tài)有一個預先的認識，避免事故的發(fā)生。隨著船舶成為一種越來越重要的交通和運輸工具，船舶定位和航跡預測的應用更加突顯，成為了近年海上船舶管理領(lǐng)域的熱點話題。可以實現(xiàn)船舶定位和航跡預測的方法有很多，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色模型、貝葉斯等等，其核心思想都是通過船舶定位數(shù)據(jù)進行曲線擬合，進而完成船舶定位導航和航跡估計。這些方法在實際中已經(jīng)有所應用，但其準確性和可靠性還不夠高，系統(tǒng)性能仍然有待進一步提高，例如如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要建立在大量的歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上才能取得較高精度，灰色模型法還局限于線性擬合場合。大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)和應用，為船舶導航和航跡預測系統(tǒng)的性能提升奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，例如通過引入大數(shù)據(jù)技術(shù)中的卡爾曼濾波算法可以使船舶定位導航和航跡預測更加精確可靠，定位速度也有了很大的提升，滿足了海上運輸和船舶管理的實時性要求，具有很大的市場空間。

3.4 船舶監(jiān)控數(shù)據(jù)管理

船舶數(shù)量的劇增使船舶系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化趨勢越來越明顯，船舶之間的數(shù)據(jù)交換成為了可能，這就為船舶之間組建船聯(lián)網(wǎng)成為了必須的發(fā)展趨勢。對于船舶管理而言，船舶監(jiān)控是十分必要的，但由于船舶數(shù)量過多，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)頻率又要求較高，因此海量監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理成為了船舶監(jiān)控系統(tǒng)高效應用的關(guān)鍵。引進一套適用于船舶監(jiān)控數(shù)據(jù)管理的平臺系統(tǒng)和技術(shù)體系迫在眉睫。從技術(shù)特點上看，船舶監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理屬于物聯(lián)網(wǎng)范疇，而大數(shù)據(jù)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用已比較成熟，有許多成功案例可以參考。因此船舶監(jiān)控數(shù)據(jù)管理采用大數(shù)據(jù)技術(shù)是一種必然。典型的船舶監(jiān)控數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)主要有用戶信息、船舶航線信息、船舶設(shè)備信息、船舶參數(shù)信息和預備檔案等等，其數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、數(shù)據(jù)的加工、數(shù)據(jù)的查找、事件的處理以及數(shù)據(jù)的維護均由大數(shù)據(jù)處理模塊為核心，通過各種大數(shù)據(jù)技術(shù)來完成。大數(shù)據(jù)技術(shù)使數(shù)據(jù)的存儲、加工、轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計、分析等工作變得更加方便快捷，使各種雜亂無章的海量數(shù)量可以得到高效的提取和應用，快速識別有價值的信息。船舶監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理體系通常包含通信模塊、數(shù)據(jù)管理器和WEB服務(wù)器三大層次，其中數(shù)據(jù)管理器成為整個系統(tǒng)的核心組成部分。大數(shù)據(jù)技術(shù)在船舶監(jiān)控數(shù)據(jù)管理中的應用，成為船舶自動化的重要標志。

3.5 全球船舶密度分析

在經(jīng)濟全球化的背景下，船舶運輸成為國際物流運輸?shù)闹饕问街?，各國船只相互穿越領(lǐng)海成為一種新的常態(tài)，因而使船舶的航線遍布全球海域。對于一些經(jīng)濟發(fā)達、國際貿(mào)易頻繁的國家和地區(qū)而言，其附近的船舶密度必須相對較大，在一些海上要道的船舶數(shù)量也會明顯增加，這就使得全球船舶密度的分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。尋找該規(guī)律對于各國的船舶管理和物流成本控制以及安全管理均有著重大的意義。但由于各國海域面積寬廣，船舶數(shù)量巨大，傳統(tǒng)的統(tǒng)計技術(shù)根本無法完成船舶數(shù)量和位置的分析工作。大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)使全球船舶密度分析工作變得極其簡單，只需通過船舶歷史AIS數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、篩選、分析、繪圖即可得出全球船舶密度分布圖。船舶密度分布不但對于各國經(jīng)濟活動有重要的參考意義，對于軍事活動也有著不可估量的價值。

4 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟全球化程度的進一步加深，以及各國海上交通運輸事業(yè)的發(fā)展，船舶管理將成為一項越來越重要的任務(wù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展將成為船舶管理中的重要驅(qū)動力，使傳統(tǒng)的管理模式發(fā)生巨大的改變，管理效率更高。大數(shù)據(jù)時代下，我國船舶管理的發(fā)展還未能很好地適應時代的需求，造成大數(shù)據(jù)技術(shù)不能很好地服務(wù)于船舶管理工作，對我國航運事業(yè)的發(fā)展帶來了一定的阻礙。不難預計，隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展，我國將更加重視大數(shù)據(jù)的應用，并在船舶管理新技術(shù)上不斷尋求突破，充分發(fā)展大數(shù)據(jù)時代背景下船舶管理技術(shù)的革新，促進航運事業(yè)的長遠健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]郭佳.大數(shù)據(jù)在船舶與海洋工程行業(yè)的應用基礎(chǔ)和展望[J].內(nèi)燃機與配件，2017（19）：87-89.

[2]柳晨光，初秀民，謝朔，等.船舶智能化研究現(xiàn)狀與展望[J].船舶工程，2016，38（03）：77-84+92.

[3]范靜宏.基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的船舶定位導航和航跡預測[J].艦船科學技術(shù)，2018，40（14）：31-33.