【水路交通智能化】基于船岸同步的智能船端数据共享交换平台

中远海运科技股份有限公司 王敏

　　我国智能船舶的发展目前还处于起步阶段。宏观大背景主要是两个战略的制定。一个是中国制造2025，一个是一带一路。中国制造2025的战略给智能船舶发展提供了一个明确的发展的方向，一带一路的战略则给中国制造提供了一个落地实践的机会，同时也给智能船舶提出了更高的要求。
　　1.智能网络集成平台明确的建设目标能船舶的要求
　　首先第一阶段应该是仅限于船用设备状态远程监控和数据汇集阶段。第二阶段应该是利用大数据、人工智能等技术给数据进行分析，通过连接岸上数据中心为船舶定时提供安全、环保和能效优化建议，实现半自动化航行。第三个阶段，在船舶数据分析的基础上，加入港口物流信息，实现船岸信息间的无缝连接，实时动态的完成航行、船期和港口操作的优化。最后的阶段，实现全自动化无人驾驶和港口自动化装卸与物流。我国目前尚处于第一阶段向第二阶段过渡的阶段。如图1：

图1  智能船舶发展阶段

　　2016年CCS智能船舶规范发布，智能船舶指利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段，自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理和分析技术，在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶，以便使船舶更加安全、环保、经济和可靠。CCS智能船舶规范相当于给整个智能船舶的研究提供比较好的研究落地的范围，或者是一个具体落地的方向。简而言之，就是一个平台加上5个应用，并且CCS给平台和应用都有一个入级的标志。本公司参与这个项目建设的就是其中智能集成平台部分，智能集成平台做的主要工作是，第一个相当于数据中心，它会把船上的各种数据信息进行采集、分析、加工，存到数据仓库里面。智能集成平台里面的数据要为其他的智能应用提供一个基础，最后还会把各个智能应用的结果进行一个集成，提供一站式的服务。所以说智能平台是一个中心位置，也是智能船舶的应用基础。智能船舶的主要特征是会感知，会思考，会决策，会学习。会感知是指在集成船上已有信息的基础上实现全面感知能力，并利用数据分析方法，评估设备健康状况；会思考指分析环境和自身状态变化对运行能力的影响，预测变化趋势；会决策指融合自身状态信息、环境、群体信息进行决策优化分析；会学习指与岸基进行信息交流，自动获取所需知识，与集群进行协同优化。这些是智能船舶的特征，实现这些特征主要是要依赖于数据，以及对数据的分析处理，这个数据不仅是船舶本身的数据，可能还会有一些外部的数据，再加上现在比较热的人工智能的技术和信息化，包括深度学习，使这个船能够具备一定程度上的人的一些感知、思考、决策和学习的智能。
　　关于近阶段要做的事情，其实就是前面讲的，如果要实现这些智能，目前阶段主要需要解决的工作，第一个就是通过网络集成平台，解决所有数据的汇集的问题，形成船舶的大数据。在大数据的基础上，利用现在人工智能的技术，深度学习的技术，能够给智能船舶提供智能化的解决方案。
　　以标准通信协议为载体，采用开放性系统架构，建立与船舶各个设备或子系统的数据连接，面向全船范围整合混合异构型信息网络资源，构建安全、可靠的智能船舶通信网络平台，实现由一网取代多网，一个系统整合所有系统的功能，满足互联互通互享互控技术要求，达到全船与船岸一体化网络应用。通俗讲就是在船端建一个数据中心，汇集船端各个设备资源的数据信息，然后为智能应用提供服务。最后能够把这个智能应用的结果进行一个集成，另外这个船端的数据中心与岸端的数据中心，能够进行数据的同步，这个同步可能现在阶段是单向的，把船端的传到岸端的，最终的结果应该是双向的，会把辅助决策的信息反馈给船上，这个是下一阶段的远程控制，可能就会有这个更多的船岸的交互。
　　关于做网络集成平台，当前面临的主要问题，第一个就是信息网络不完整数据集成度低；第二个，通信协议不统一，数据共享欠缺，缺少系统间的联动；第三个，网络架构开放性不够，缺乏灵活性；最后，网络安全性和可靠性脆弱。
　　关于做船端数据中心，用到的方法论还是传统的做数据中心的方法论，主要包括数据采集与共享，信息资源目录，数据标准规范，数据质量设计，数据安全设计，数据库设计。各个标准规范是交换规范，模型的规范，存储的规范等各种规范的集合。数据质量的设计主要是数据的完整性，一致性等等，关于安全设计，这个安全不仅是一个技术的问题，可能涉及到管理上的问题，是技术和管理的汇集。数据库的设计就是物理设计，逻辑设计，最后是一个解决方案。
　　2.船端数据中心总体架构
　　船端数据中心的总体架构，包括采集的数据源，这个船上的数据源远远不止这些，主要是机舱的数据，航行的数据，经过转换存到这个船端数据库中。在船端就有了小型的数据中心的概念了，不像以前就是简单的几台服务器，麻雀虽小五脏俱全。这个数据中心跟岸端有一些交互，为智能系统提供数据。并且把智能系统的结果也存到数据中心里面来，如图2：

图2  数据中心基础设施

　　本项目数据中心采用的技术是基于MuleESB的数据共享交换平台，它的主要目的针对船端异构的问题，为智能应用提供服务，所以ESB的这个架构能够很好解决这个异构的集成以及服务提供的问题。
　　智能船舶网络设计考虑因素：安全、可靠、实时、高速、开放。本项目最关注的还是实时，大多数的船舶没有达到控制的程度，所以安全性的要求还没有那么高，可能后期船舶有这个远端的控制，因此对这个要求非常之高。
　　智能船舶异构网络平台总体架构，从网络的特点来看，整个网里面，有工业总线，有以太网，还有卫星通讯，它是一个异构的网络，这个平台相当于把异构的网络集成在一起，我们通过防火墙的技术做到隔离。架构解决了可靠性的问题，我们对核心的构件采用冗余的技术。可靠性的技术，主要是隔离的技术，冗余的技术。另外网络安全解决方案里面主要包含系统本身的安全，应用软件的安全，这个其实是传统的安全技术，关于船端的安全有一些特殊的考虑，这个是本项目后期研究的重点的方向。如图3：

图3  船岸通讯系统

　　最后还要讲一下这个船岸通讯的问题，从目前现阶段来讲，考虑到网络的问题，成本的问题，所以通讯的数据量还不能那么大，所以数据通讯的时候，压缩技术是必须的，另外通讯的安全性问题也需要加密。并且采用了智能的通讯网关，在不同的条件下能够智能进行网络的切换，可以实现船岸的有效通讯。
　　3.展望
　　关于未来智能船舶智能平台的展望，包括了协议标准化，卫星宽带化，计算云端化，信息网络化等。