陶志超 楊 瑜 王 露
(中船郵輪科技發(fā)展有限公司 上海 200137)
郵輪不同于貨運(yùn)或工程類船舶,其主要用途是服務(wù)于乘客的休閑和娛樂,而郵輪內(nèi)部環(huán)境舒適度是吸引客流并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要因素,因此以餐飲與客艙為代表的基礎(chǔ)功能區(qū)的舒適性設(shè)計(jì)一直是郵輪關(guān)注的重點(diǎn)。照明作為影響乘客視覺舒適性的關(guān)鍵因素,對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)十分必要。因此,國內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始研究使用無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)光和自適應(yīng)控制技術(shù)對(duì)郵輪餐飲區(qū)域的照明場景進(jìn)行智能控制[1],最終實(shí)現(xiàn)以乘客需求為導(dǎo)向的舒適性照明配光,方案切實(shí)可行且效果顯著。而相對(duì)于餐飲區(qū)域,針對(duì)體量更大的客艙區(qū)域照明舒適性的研究將更具現(xiàn)實(shí)意義。
客艙是郵輪最基礎(chǔ)的功能主體,而照明又是影響客艙內(nèi)部光環(huán)境的主要因素,舒適的光照環(huán)境對(duì)人的情緒具有積極引導(dǎo)作用[2]。因此,科學(xué)合理的客艙照明配光設(shè)計(jì)對(duì)提升乘客的航程愉悅體驗(yàn)至關(guān)重要。關(guān)于郵輪客艙內(nèi)部光環(huán)境舒適性的設(shè)計(jì)優(yōu)化,國內(nèi)已經(jīng)開展了相關(guān)研究。哈爾濱工程大學(xué)在其科研項(xiàng)目成果“郵輪居住環(huán)境的智能化設(shè)計(jì)應(yīng)用”中,就提到了“環(huán)境去適應(yīng)人”的設(shè)計(jì)理念,即通過統(tǒng)一的智能控制方案,同步地控制所有艙室內(nèi)部的布局、光、色彩、溫濕度等環(huán)境要素,從而提升乘客居住體驗(yàn)[3]。然而,由于郵輪中的“乘客”是存在群體多樣性特點(diǎn)的研究對(duì)象,同一種照明配光對(duì)于不同年齡的人群會(huì)產(chǎn)生不同的光學(xué)生物效應(yīng)[4],因此僅依靠統(tǒng)一的照明控制標(biāo)準(zhǔn)將難以滿足所有乘客的實(shí)際需求。
郝洛西等[5]研究發(fā)現(xiàn):不同年齡段的客戶群體對(duì)于舒適照明的需求不同,涉及到照明的色溫、色彩、亮度等光學(xué)因素。但目前一些大型郵輪的客艙仍采用常規(guī)的單色溫且亮度不可調(diào)節(jié)的照明設(shè)備,這種缺少技術(shù)創(chuàng)新的傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)根本無法滿足不同客戶群體對(duì)光環(huán)境的多樣化需求,也難以順應(yīng)郵輪新興市場的發(fā)展。
為改進(jìn)該現(xiàn)狀,部分新的郵輪項(xiàng)目在客艙內(nèi)部已逐步采用就地手動(dòng)調(diào)光的設(shè)計(jì),但實(shí)際情況是:部分乘客并不清楚如何找到最適合自己的光學(xué)配置(色溫/亮度/色彩組合),缺少群體調(diào)光需求分析和大概率事件統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為調(diào)光參照,乘客艙室之間彼此信息隔離的隨機(jī)調(diào)光操作無法使調(diào)光照明發(fā)揮其最佳效果。
為此,本文運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析的方法,在現(xiàn)有發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)照明的網(wǎng)絡(luò)調(diào)光技術(shù)基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了1 種郵輪客艙智能調(diào)光方案。該方案通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)客戶群體細(xì)致分類,并持續(xù)性且周期性地采集和統(tǒng)計(jì)分析不同客戶群體的調(diào)光行為數(shù)據(jù),從而在每個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束后得到客戶群體最新的大概率調(diào)光需求參照,然后在下個(gè)運(yùn)行周期由網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺(tái)為不同客戶群體智能地分配最新調(diào)光設(shè)定。
為滿足乘客多樣化的照明需求,郵輪客艙配置了可調(diào)光LED 主照明設(shè)備、LED 氛圍照明設(shè)備、通信轉(zhuǎn)換控制單元和艙內(nèi)調(diào)光面板,如圖1 所示,其中的主照明用于提供環(huán)境視覺照明。
圖1 客艙調(diào)光照明設(shè)備組成及調(diào)光效果示例
李薇等[6]研究認(rèn)為:影響主照明視覺舒適性的主要因素是光源色溫參數(shù)與亮度參數(shù)的組合,故主照明應(yīng)選取色溫和亮度分別可調(diào)的LED 光源;氛圍照明用于背景色調(diào)的烘托和滿足個(gè)性化需求,故選取色彩和亮度分別可調(diào)的RGB 彩色燈帶;通信轉(zhuǎn)換控制單元負(fù)責(zé)同船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺(tái)交互通信,并實(shí)現(xiàn)調(diào)光主控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與客艙調(diào)光總線的通信轉(zhuǎn)換,是調(diào)光信號(hào)上傳下達(dá)的樞紐;艙內(nèi)調(diào)光面板用于手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)光的切換,以及在手動(dòng)模式下調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明色溫、色彩和亮度。作為網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的關(guān)鍵部件,通信轉(zhuǎn)換控制模塊將艙室單元的調(diào)光系統(tǒng)整合至全船調(diào)光網(wǎng)絡(luò),其工作原理如圖2 所示。
圖2 通信轉(zhuǎn)換控制模塊工作原理簡圖
艙室照明在“自動(dòng)調(diào)光”模式下,通信轉(zhuǎn)換控制模塊實(shí)時(shí)接收船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺(tái)本周期最新發(fā)布的智能調(diào)光設(shè)定;然后將網(wǎng)絡(luò)TCP/IP 通信協(xié)議的調(diào)光指令轉(zhuǎn)換為照明設(shè)備專用的DALI 總線調(diào)光信號(hào)后,轉(zhuǎn)發(fā)至艙室內(nèi)部的可調(diào)光LED 照明設(shè)備;最后由LED 照明設(shè)備執(zhí)行調(diào)光指令[7]。另外,通信轉(zhuǎn)換控制模塊還會(huì)在“手動(dòng)調(diào)光”模式下接收并轉(zhuǎn)發(fā)艙內(nèi)調(diào)光面板的手動(dòng)調(diào)光指令,使艙室照明在接收網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺(tái)智能調(diào)光的基礎(chǔ)上,仍然可以根據(jù)乘客喜好進(jìn)行個(gè)性化手動(dòng)調(diào)光;同時(shí),該通信轉(zhuǎn)換控制模塊將當(dāng)前手動(dòng)調(diào)光后的最終修正狀態(tài)反饋至船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺(tái),為下一周期智能調(diào)光參照的優(yōu)化提供參考樣本。
全船智能調(diào)光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的組成如下頁圖3 所示,設(shè)備編號(hào)同圖1。船舶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器②通過乘客信息登記系統(tǒng)④采集乘客基本信息,同時(shí)它還通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)③實(shí)時(shí)采集每個(gè)乘客艙室的當(dāng)前調(diào)光狀態(tài)。全船網(wǎng)絡(luò)調(diào)光路徑采用CAT-6A 電纜以確保調(diào)光指令高速穩(wěn)定地傳輸,重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備①至③分別由不間斷電源UPS 供電,確保應(yīng)急狀態(tài)下系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性與可靠性。
圖3 全船智能調(diào)光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)示意圖
在本方案中,每個(gè)艙室內(nèi)部的通信轉(zhuǎn)換控制模塊⑤都被賦予唯一的IP 地址,且該IP 地址在調(diào)光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中與艙室門房號(hào)為映射關(guān)聯(lián),而乘客信息登記系統(tǒng)④所錄信息中已經(jīng)包含每個(gè)乘客入住的房間號(hào),因此通過房間號(hào)的中間關(guān)聯(lián)作用,智能分析主控單元①通過船舶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器②,便可準(zhǔn)確獲得乘客群體與其艙室調(diào)光控制的對(duì)應(yīng)關(guān)系,然后用于客艙調(diào)光狀態(tài)分類采集以及調(diào)光指令的精準(zhǔn)發(fā)布。
上述調(diào)光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中,智能分析主控單元①作為核心功能單元,它的具體運(yùn)作機(jī)制如后頁圖4所示。主控單元①通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器②收集乘客及調(diào)光狀態(tài)的信息,這些信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換模塊?進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊?,經(jīng)過一段采集周期后,數(shù)據(jù)采集模塊?將相關(guān)數(shù)據(jù)分類整理和儲(chǔ)存后供給數(shù)據(jù)分析模塊?進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。該分析進(jìn)程將結(jié)合所有乘客的群體特征信息與其艙室對(duì)應(yīng)的調(diào)光狀態(tài)信息,通過數(shù)學(xué)運(yùn)算和概率統(tǒng)計(jì),即可得到每個(gè)特征群體對(duì)調(diào)光偏好的典型參照。該分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以在下個(gè)航次開始時(shí),通過控制指令發(fā)生模塊?轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)(IP 地址+調(diào)光信息),借助網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)③準(zhǔn)確地傳送至每個(gè)客艙,如下頁圖4 所示。
圖4 智能分析主控單元功能原理圖
自主實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是智能控制的基本特征[8]?!叭绾潍@得準(zhǔn)確的‘目標(biāo)’,從而使自主調(diào)光效果與乘客需求高度一致”,是本次智能調(diào)光方案研究的重點(diǎn)。為此,本方案采用群體大概率事件提取的數(shù)學(xué)方法,在線采集大量乘客群體的手動(dòng)調(diào)光數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析得出不同乘客群體的典型調(diào)光偏好,以此作為智能調(diào)光控制的目標(biāo)參照。
在智能分析主控單元內(nèi)部,調(diào)光數(shù)據(jù)采集和分類將基于郵輪實(shí)際運(yùn)營特點(diǎn)進(jìn)行。據(jù)《2023—2028年中國郵輪旅游行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》整理的數(shù)據(jù),中國旅客郵輪出游的情況可分為如圖5 所示的四大類??梢姡袊每袜]輪出游類型主要為父母(中老年)游和親子游,占比分別為56%和30%。
圖5 中國旅客郵輪出游類型比例示意圖
數(shù)據(jù)分類采集時(shí),乘客群體類別理論上可以基于這四大類型再進(jìn)行年齡段細(xì)致劃分。然而現(xiàn)實(shí)是僅依靠郵輪乘客信息登記系統(tǒng)無法準(zhǔn)確判斷所有乘客的出游類型,只有親子游類型可借助未成年人信息關(guān)聯(lián)來進(jìn)行程序邏輯判斷。不過,親子游類型因同住客艙內(nèi)的旅客年齡跨度較大,故調(diào)光需求有一定的特殊性,采集數(shù)據(jù)時(shí)需單獨(dú)考慮。以乘客年齡信息為基礎(chǔ)的特征群體分類將按照表1 進(jìn)行。
表1 乘客特征群體種類劃分表
由于親子游類型群體重點(diǎn)考慮未成年人對(duì)照明調(diào)光舒適性的需求,因此只對(duì)未成年的年齡段進(jìn)行劃分來形成獨(dú)立的幾類特征群體。圖5 涉及的其他三大類由于一般不存在較大年齡跨度,故可直接合并為“其他類型”并按照年齡段劃分特征群體;而“其他類型”乘客在實(shí)際特征群體歸類時(shí),則按照對(duì)應(yīng)客艙內(nèi)幾位乘客的平均年齡執(zhí)行。
數(shù)據(jù)采集和分類的方式如下頁表2 所示。以郵輪的1 個(gè)航程為例,連續(xù)N天采集某乘客群體所對(duì)應(yīng)艙室(樣本1 ~n)在旅行期間對(duì)主照明和氛圍照明的調(diào)光工作狀態(tài),這些信息能夠真實(shí)反映某乘客群體對(duì)艙室照明色溫、色彩和亮度的普遍需求,是乘客對(duì)光學(xué)需求的群體畫像,它將為數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)提供最可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
表2 乘客住艙某航程調(diào)光需求數(shù)據(jù)采樣表
在數(shù)據(jù)采集和分類的過程中,入住客艙的乘客群體將根據(jù)不同年齡段的組合(如親子團(tuán)體)進(jìn)行特征分類,或由郵輪運(yùn)營方自定義分類標(biāo)準(zhǔn);數(shù)據(jù)庫將按群體特征分類標(biāo)準(zhǔn)篩選出各群體對(duì)應(yīng)的艙室調(diào)光樣本1 ~n,在1 個(gè)航程周期內(nèi)采集所有樣本對(duì)于各光學(xué)參數(shù)的調(diào)光需求;然后將它們作為乘客特征群體的調(diào)光事件集合存儲(chǔ)入庫。以某特征群體對(duì)應(yīng)的主照明光學(xué)參數(shù)調(diào)節(jié)狀態(tài)為例,其2 個(gè)關(guān)聯(lián)參數(shù)“色溫”和“亮度”在數(shù)據(jù)分類采集后的可視化效果如圖6 所示。
圖6 某特征群體調(diào)光數(shù)據(jù)分類采集可視化示意圖
由于調(diào)光照明的出光狀態(tài)是由2 個(gè)關(guān)聯(lián)參數(shù)(色溫與亮度,或色彩與亮度)的組合來體現(xiàn)的,為準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)事件的密度特征,需要建立聯(lián)合密度分布模型[10]。本方案將采用聯(lián)合分布函數(shù)進(jìn)行分析,其表達(dá)式如式(1)所示:
以主照明的關(guān)聯(lián)參數(shù)色溫與亮度為例,在式(1)中:Pr{·}為主照明調(diào)光事件概率,X為亮度參數(shù)的離散隨機(jī)變量,Y為色溫參數(shù)的離散隨機(jī)變量;模擬輸入典型統(tǒng)計(jì)學(xué)離散事件數(shù)據(jù)后,經(jīng)軟件建模運(yùn)算處理,可以得到如圖7 所示的聯(lián)合概率密度函數(shù)圖像。
圖7 某乘客特征群體主照明調(diào)光事件聯(lián)合密度函數(shù)圖像
該三維函數(shù)圖像沿著x軸方向取截面投影,可以觀察到某色溫狀態(tài)下亮度調(diào)節(jié)事件的概率分布圖;以此類推,沿著y軸方向取截面投影,可以觀察到某亮度狀態(tài)下色溫調(diào)節(jié)事件的概率分布圖;而沿著z 軸方向俯視投影則可以觀察到聯(lián)合事件的大概率區(qū)間,即主照明調(diào)光事件高密度區(qū)間α。
結(jié)合上文所述,通過數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)得到的主照明調(diào)光事件高密度區(qū)間α,對(duì)應(yīng)的即某乘客特征群體對(duì)主照明的大概率調(diào)光偏好。以此類推,氛圍照明調(diào)光事件高密度區(qū)間β也可按上述方法獲得,所有特征群體的調(diào)光偏好也皆可按此方法在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)運(yùn)算后提取,而這些運(yùn)算結(jié)果將為船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺(tái)智能化控制提供可靠的目標(biāo)參照數(shù)據(jù)。
在智能分析主控單元內(nèi)部完成數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)后,下一步進(jìn)入控制指令發(fā)生環(huán)節(jié),該環(huán)節(jié)通過預(yù)設(shè)的調(diào)光控制邏輯,對(duì)每個(gè)郵輪客艙進(jìn)行按需分配的調(diào)光控制。指令發(fā)生環(huán)節(jié)的運(yùn)行原理如圖8 所示??团撆涔庠O(shè)定為初始基準(zhǔn)),按客戶群體分別生成相匹配的調(diào)光指令,全船實(shí)現(xiàn)在線智能調(diào)光控制。在航行過程中,通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采集1 個(gè)航次周期內(nèi)所有不同客戶群體手動(dòng)調(diào)光的狀態(tài)信息(如表1 所示);然后當(dāng)航程結(jié)束后,再次統(tǒng)計(jì)和分析出不同客戶群體在本次航程的最新調(diào)光偏好區(qū)間,修正和更新上個(gè)航次獲取的調(diào)光參照數(shù)據(jù),并且在下個(gè)航次采用當(dāng)前最新的調(diào)光參照。如此反復(fù)迭代,使全船住艙照明狀態(tài)不斷趨向各類乘客群體的最準(zhǔn)確需求,使智能調(diào)光具有遞進(jìn)式優(yōu)化調(diào)光的能力。
圖8 全船客艙調(diào)光指令生成示意圖
在船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺(tái)中,乘客登記信息包含乘客基本信息及其入住的房間號(hào)信息,在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中房間號(hào)信息與該房間內(nèi)部的控制模塊IP 地址已經(jīng)關(guān)聯(lián),因此乘客基本信息與客艙控制模塊IP 通過房間號(hào)這個(gè)中間媒介產(chǎn)生間接關(guān)聯(lián)。在調(diào)光平臺(tái)主控單元內(nèi)運(yùn)行智能調(diào)光程序的過程中,乘客基本信息首先經(jīng)過特征群體歸類,然后按群體類別調(diào)用最新的群體調(diào)光目標(biāo)參照(高密度區(qū)間α和β),將匹配的調(diào)光指令通過IP 尋址的方式發(fā)送至該乘客所關(guān)聯(lián)的客艙控制模塊中,最后由客艙調(diào)光照明設(shè)備執(zhí)行調(diào)光指令。
為了更精確地匹配乘客的調(diào)光需求,控制程序需選取事件高密度區(qū)間α和β的峰值作為控制目標(biāo)。但是,作為指令最終執(zhí)行單元的調(diào)光照明設(shè)備因受限于固有調(diào)光精度,導(dǎo)致其調(diào)光特性通常為非連續(xù)性[11]。如上頁圖7 所示的側(cè)視截面圖,色溫和亮度參數(shù)都是階梯狀的檔位區(qū)間,因此智能調(diào)光控制指令生成過程將考慮照明設(shè)備精度,在典型參照區(qū)間α和β內(nèi)由控制程序選擇最靠近峰值的最小檔位區(qū)間作為智能控制的目標(biāo)參照。
在技術(shù)方案中,郵輪客艙智能調(diào)光的整個(gè)程序控制邏輯流程如圖9 所示。在新的航次開始時(shí),調(diào)光程序結(jié)合乘客登記信息和當(dāng)前最新的調(diào)光參照數(shù)據(jù)(新船首次航行的調(diào)光參照數(shù)據(jù)以傳統(tǒng)通用的
圖9 智能調(diào)光控制程序邏輯流程圖
本文研究的郵輪智能調(diào)光方案采用了網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)調(diào)光與客艙手動(dòng)調(diào)光相結(jié)合的技術(shù)途徑,運(yùn)用群體數(shù)據(jù)分析結(jié)果為參照,以按需分配的控制原則和周期性更新優(yōu)化的控制邏輯實(shí)現(xiàn)客艙照明的智能化控制,其主要優(yōu)勢(shì)如下:
11月21日,德州市十八屆人大常委會(huì)第十六次會(huì)議舉行聯(lián)組會(huì)議,對(duì)德州市獲得地方立法權(quán)后出臺(tái)的首部實(shí)體性法規(guī)——《德州市城鄉(xiāng)容貌和環(huán)境衛(wèi)生管理?xiàng)l例》實(shí)施情況進(jìn)行專題詢問。聯(lián)組會(huì)上,常委會(huì)委員和列席會(huì)議的省、市人大代表組成“考官團(tuán)”,直擊民生熱點(diǎn),向城管、交警、規(guī)劃、交通等部門主要負(fù)責(zé)人提出了一系列群眾普遍關(guān)注的問題。
(1)控制靈活
客艙照明可選擇手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié),充分滿足乘客個(gè)性化調(diào)光需求;
(2)控制精準(zhǔn)
網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)調(diào)光以客戶群體真實(shí)需求為參照,控制結(jié)果能夠精準(zhǔn)匹配各類乘客實(shí)際需求;
(3)適用性強(qiáng)
在本方案中群體數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的調(diào)光參照系是以航程為周期不斷迭代更新,可以不斷趨向于各乘客群體動(dòng)態(tài)的調(diào)光需求,這種與時(shí)俱進(jìn)的特點(diǎn)使其具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。
上述優(yōu)勢(shì)能夠使郵輪客艙照明實(shí)現(xiàn)乘客個(gè)性化和多樣化的需求,可以充分提升各類乘客群體在旅途中的視覺愉悅體驗(yàn),從而使郵輪更具有市場競爭優(yōu)勢(shì)。
本文針對(duì)當(dāng)前郵輪客艙傳統(tǒng)照明無法進(jìn)一步提升光環(huán)境舒適性的問題,設(shè)計(jì)了1 種郵輪客艙智能調(diào)光控制方案。該方案通過群體數(shù)據(jù)持續(xù)采樣和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的方法將乘客的真實(shí)調(diào)光需求轉(zhuǎn)化為智能調(diào)光控制目標(biāo),使智能調(diào)光效果與乘客需求精準(zhǔn)匹配,從而彌補(bǔ)了客艙傳統(tǒng)照明配置在滿足乘客多樣性需求方面的不足,最終達(dá)到提升客艙舒適性的目的。與此同時(shí),該智能調(diào)光方案所特有的遞進(jìn)式迭代更新的控制邏輯,使該智能控制系統(tǒng)能夠不斷適應(yīng)乘客調(diào)光偏好群體性的變化,故具有較佳的長期適用性。此外,該方案“以人為本,按需分配”的控制方法,對(duì)于郵輪艙室舒適性的發(fā)展起到了積極推動(dòng)作用,具有廣泛的應(yīng)用和推廣價(jià)值。