基云計(jì)算環(huán)境對(duì)船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸方法的探討

上海船舶電子設(shè)備研究所 曾 武

在科技的帶動(dòng)下，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)并得到推廣，在數(shù)據(jù)快速與精準(zhǔn)查詢領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化海量數(shù)據(jù)信息的高效管控。信息技術(shù)的影響力也同樣擴(kuò)展到船舶行業(yè)，為數(shù)據(jù)采集與傳輸開(kāi)辟新的發(fā)展方向。在云計(jì)算數(shù)據(jù)處理技術(shù)的支撐下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)船舶運(yùn)行的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)檢測(cè)，保證較為高效的收集與輸出，以便準(zhǔn)確掌握船舶運(yùn)行狀態(tài)。本文以云計(jì)算在船舶行業(yè)中應(yīng)用實(shí)際為依據(jù)，借助仿真實(shí)驗(yàn)，展現(xiàn)云計(jì)算在船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)收集處理中功能，尤其凸顯靈活性與精準(zhǔn)性的特征，對(duì)船舶穩(wěn)定行業(yè)意義深遠(yuǎn)，極具現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

前言：在信息技術(shù)的支撐下，現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到飛速發(fā)展，整個(gè)社會(huì)步入信息時(shí)代，整個(gè)社會(huì)信息量急劇增加，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備顯重要性，尤其是在時(shí)間與效果方面要求更高?；诖?，數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)與傳輸工作面臨更高的標(biāo)準(zhǔn)，需要保證容量的規(guī)模性以及傳遞的快捷性。在這一前提下，云計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)，積極引入船舶領(lǐng)域，強(qiáng)化船舶運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集與傳輸，以便為其可靠、安全運(yùn)行提供保障。

1.云計(jì)算應(yīng)用在船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸領(lǐng)域的必然性

對(duì)于新時(shí)期船舶運(yùn)行，信息處理工作主要依托傳感器來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶運(yùn)行多方面信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析。但是，不足之處是功能應(yīng)用范疇具有局限性，只能在系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生作用，智能化水平不高，尤其對(duì)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不深入，很難構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)接口水平參差不齊，無(wú)法有效應(yīng)對(duì)新時(shí)期海量數(shù)據(jù)的采集、處理以及控制工作。對(duì)于船舶運(yùn)行，既要進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部信息處理，同時(shí)，外部環(huán)境的數(shù)據(jù)信息處理也不容忽視，數(shù)據(jù)類型與規(guī)模更顯復(fù)雜性，傳統(tǒng)系統(tǒng)功能十分有限，尤其是存儲(chǔ)空間的制約尤為突出?；诖耍朴?jì)算技術(shù)在船舶行業(yè)中的應(yīng)用勢(shì)不可擋，成為必然，發(fā)揮大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)采取、處理以及傳輸方式的創(chuàng)新，發(fā)揮智能化在船舶運(yùn)行中的價(jià)值，提升數(shù)據(jù)收集控制的規(guī)范化水平，在根本上維護(hù)運(yùn)行的安全性與可靠性。

2.基于專業(yè)角度詳述船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 安全性是船舶運(yùn)行的基本要求，數(shù)據(jù)收集與處理是實(shí)現(xiàn)達(dá)成這一目標(biāo)的途徑

對(duì)于船舶運(yùn)行，安全性是基本要求，而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)大量數(shù)據(jù)的支撐，既包含船舶自身內(nèi)部的相關(guān)信息，也涉及運(yùn)行周邊環(huán)境數(shù)據(jù)的收集的與處理。具體講，在數(shù)據(jù)處理模塊中，需要囊括三個(gè)方面的內(nèi)容，即采集、分析處理以及數(shù)據(jù)傳輸。立足傳播數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)部，模塊不同，功能也凸顯差異性。但是從構(gòu)成上分析，硬件構(gòu)成具有相似性。

2.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理與應(yīng)用介紹

立足整個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，硬件是基礎(chǔ)，以處理器芯片與電源電路為主要構(gòu)成。在船舶行業(yè)過(guò)程中，為了促進(jìn)數(shù)據(jù)采集模塊功能的發(fā)揮，開(kāi)關(guān)電源實(shí)施供電操作，依托電壓轉(zhuǎn)換芯片，促使電壓達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的范疇。依托云計(jì)算方法，同時(shí)，對(duì)硬件系統(tǒng)的主控芯片進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)資源整個(gè)獲取流程的全線控制與檢測(cè)。另外，要制定一定周期，在周期范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，強(qiáng)化對(duì)整個(gè)流程的謹(jǐn)慎檢測(cè)，發(fā)揮云數(shù)據(jù)管理器的作用，對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

依托對(duì)船舶數(shù)據(jù)處理器下位機(jī)儀表以及傳感器的數(shù)據(jù)獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信息準(zhǔn)確性與可靠性的驗(yàn)證，目的是為后續(xù)通信編號(hào)的編寫(xiě)提供保障。在進(jìn)行多次采集之后，如果數(shù)據(jù)仍未達(dá)到準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)這一周期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行清除，同時(shí)強(qiáng)化多次采集的數(shù)據(jù)的全面檢驗(yàn)，直到達(dá)到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性指標(biāo)。數(shù)據(jù)采集完畢之后，需要傳輸至數(shù)據(jù)管理器，同時(shí)，以一定的格式，對(duì)其進(jìn)行合理分類與篩選，最終達(dá)到合理分解，構(gòu)建可讀性數(shù)據(jù)包。

圖1 運(yùn)行數(shù)據(jù)處理流程圖

通常情況下，船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示，但是，如遇特殊情況，數(shù)據(jù)傳輸很難保持連續(xù)性，面臨中斷情況，甚至誘發(fā)數(shù)據(jù)丟失的情況，對(duì)信息安全性與可靠性產(chǎn)生威脅。為了有效避免以上問(wèn)題的發(fā)生，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要構(gòu)建斷電續(xù)傳系統(tǒng)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)信息解析與配置的合理性，實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)的快速、高效傳輸，維護(hù)傳播運(yùn)行的穩(wěn)定性。從本質(zhì)上講，這一系統(tǒng)形成的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)于云數(shù)據(jù)庫(kù)，以便實(shí)現(xiàn)隨時(shí)校驗(yàn)與查詢。

3.仿真系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果總結(jié)

為了維護(hù)船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性，要發(fā)揮云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，與數(shù)據(jù)測(cè)試軟件進(jìn)行連，接構(gòu)建更加完善的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，同時(shí)，系統(tǒng)測(cè)試不容忽視。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方法以及實(shí)驗(yàn)方法相對(duì)比，基于云計(jì)算的設(shè)計(jì)方式對(duì)數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性更高。借助終端軟件，對(duì)采集到的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在船舶運(yùn)行過(guò)程中，深受外部條件與環(huán)境的限制，海上環(huán)境的仿真難度系數(shù)較大。借助這種計(jì)算模式，能夠獲取模塊數(shù)據(jù)精準(zhǔn)程度?；谠朴?jì)算的傳播信息數(shù)據(jù)處理方式，精準(zhǔn)度高，能夠強(qiáng)化船舶航行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)處理，對(duì)船舶航行極具現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

4.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)船舶海上監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的介紹

4.1 船舶大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)概述

隨著計(jì)算機(jī)以及信息技術(shù)的高速發(fā)展，智能設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)在整個(gè)船舶行業(yè)應(yīng)用范圍愈加廣泛，尤其是船舶監(jiān)測(cè)平臺(tái)采集、分析與處理數(shù)據(jù)能力逐漸增強(qiáng)，數(shù)據(jù)規(guī)模急劇增長(zhǎng)?；诖?，海上船舶監(jiān)測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建勢(shì)在必行，對(duì)海域內(nèi)船舶以及航線信息的獲取意義重大，強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。具體講，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)類型多樣，涉及傳感器、匯聚節(jié)點(diǎn)以及管理節(jié)點(diǎn)等。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方便，功率損耗不高，無(wú)需巨額成本，覆蓋范圍巨大，實(shí)現(xiàn)船舶航行諸多信息的準(zhǔn)確采集。

4.2 以大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)對(duì)船舶數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的分析

對(duì)于海上船舶檢測(cè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理，主要以 IEEE802.11協(xié)議為基礎(chǔ)，構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸通道，強(qiáng)化船舶監(jiān)測(cè)平臺(tái)以及服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的快速傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)多元數(shù)據(jù)流的合理分析與存儲(chǔ)。在云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，數(shù)據(jù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得以形成，在根本上提升數(shù)據(jù)傳輸速度與效率。具體講，整個(gè)系統(tǒng)主要包含如下幾個(gè)本部分，首先，硬件管理部分，作用是對(duì)船舶運(yùn)行相關(guān)參數(shù)、傳感器類別等進(jìn)行采集，保證船舶大數(shù)據(jù)平臺(tái)硬件的穩(wěn)定運(yùn)行。其次是用戶管理單元，強(qiáng)化終端管理協(xié)調(diào)，授予差異化的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)權(quán)限，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性。再次，監(jiān)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)，功能是調(diào)整平臺(tái)監(jiān)測(cè)方案與內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)相關(guān)訪問(wèn)權(quán)限的審查修改。第四，數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)的功能是對(duì)數(shù)據(jù)傳輸全過(guò)程進(jìn)行管理，尤其負(fù)責(zé)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)格式的升級(jí)，同時(shí)，借助數(shù)據(jù)壓縮實(shí)現(xiàn)傳輸效率的提升。第五，在輸入輸出管理單元中，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的解析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑的選擇等，對(duì)提升傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合性意義重大。

4.3 數(shù)據(jù)挖掘算法類型及應(yīng)用性

對(duì)于數(shù)據(jù)挖掘而言，是新知識(shí)發(fā)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，借助挖掘模型與算法，構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)庫(kù)中價(jià)值信息的提取。在行業(yè)內(nèi)部，比較常用的數(shù)據(jù)挖掘模型包含分類挖掘、聚類挖掘以及決策樹(shù)挖掘等。借助不同的數(shù)據(jù)挖掘算法，適應(yīng)于差異化的數(shù)據(jù)挖掘類型。

4.4 基于船舶大數(shù)據(jù)平臺(tái)，優(yōu)化數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)引擎設(shè)計(jì)

為了切實(shí)提升船舶大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)挖掘水平，既要重視對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，又要構(gòu)建新型的數(shù)據(jù)挖掘引擎。立足數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，核心部分為引擎。只有擁有優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)挖掘引擎，才能強(qiáng)化數(shù)據(jù)挖掘效率的提升，加快數(shù)據(jù)集群與分析工作的進(jìn)程。具體講，一方面要對(duì)數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行優(yōu)化，另外，用戶接口要力求通用性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要涉及引擎層、中間層以及用戶層。引擎層主要立于Linux的開(kāi)發(fā)環(huán)境，以Spark集群為目標(biāo)，構(gòu)建良好的輸入輸出接口；中間層主要目的是進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)調(diào)用的管理，強(qiáng)化大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)的遠(yuǎn)程交互，平臺(tái)工作效率顯著提升。用戶層的作用是與用戶進(jìn)行直接交互。

5.結(jié)束語(yǔ)

立足新的發(fā)展時(shí)期，船舶運(yùn)行在數(shù)據(jù)采集與傳輸方面面向新的時(shí)代要求，因此，要以信息技術(shù)的為基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，依托航運(yùn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理原則與規(guī)范，積極構(gòu)建云計(jì)算環(huán)境下的船舶數(shù)據(jù)采集與傳輸模式，強(qiáng)化大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的形成，在根本是維護(hù)數(shù)據(jù)完整性與準(zhǔn)確性，提升傳輸效率，為船舶運(yùn)行中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用奠定創(chuàng)造有利條件。