談船舶信息系統(tǒng)智能化發(fā)展

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摘要：船舶是發(fā)展水運(yùn)事業(yè)的關(guān)鍵，為了保證船舶的運(yùn)輸效率、提升船舶航運(yùn)安全，需要借助信息化技術(shù)對(duì)船舶進(jìn)行定位、跟蹤與管理。在信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工技術(shù)的支持下，船舶管理信息系統(tǒng)也更加智能化，讓我國(guó)的航運(yùn)事業(yè)發(fā)展到了新的階段。本文從船舶智能化特征入手，討論船岸交通管理信息系統(tǒng)智能化以及船舶管理信息系統(tǒng)智能化，希望進(jìn)一步提升我國(guó)船舶的信息化管理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：船舶管理；信息系統(tǒng)；智能化發(fā)展

船舶信息化管理就是對(duì)船舶運(yùn)行期間的多種信息進(jìn)行搜集分析存儲(chǔ)，通過(guò)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和分析，更好地為船舶管理人員提供幫助。如今船舶的信息化管理已經(jīng)成為船舶管理的重要發(fā)展趨勢(shì)。在信息技術(shù)和人工智能不斷發(fā)展的背景下，出現(xiàn)了智能船、無(wú)人船，讓船舶設(shè)計(jì)制造行業(yè)得到了巨大發(fā)展。與此同時(shí)，對(duì)船舶的信息化管理也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的船舶信息系統(tǒng)開(kāi)始被新型的智能化系統(tǒng)所代替，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上體現(xiàn)出更加高效、智能的特點(diǎn)。船舶的信息化系統(tǒng)涵蓋船岸管理以及船舶管理兩個(gè)系統(tǒng)，其中船岸交通管理系統(tǒng)的智能化是指在傳統(tǒng)船舶交通管理系統(tǒng)上利用數(shù)據(jù)通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，為船舶交通組織安全航行提供智能化的決策和管理，該系統(tǒng)主要是利用傳感器、互聯(lián)網(wǎng)通信、人工智能、感知技術(shù)、海洋環(huán)境等方面的信息與數(shù)據(jù)，進(jìn)而為船舶的高效管理提供幫助。而船舶管理智能化系統(tǒng)主要是綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、船載衛(wèi)星寬帶通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船、岸兩端對(duì)船上各專(zhuān)業(yè)設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

一、船舶智能化特征

（一）大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在信息體量巨大、種類(lèi)多和生成速度快，隨著通信技術(shù)的發(fā)展以及成本的下降，在全球范圍內(nèi)建立船舶運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)已經(jīng)具備條件。一些航運(yùn)大公司已經(jīng)開(kāi)始在全球范圍內(nèi)任何水域?qū)Υ拔恢?、狀態(tài)、機(jī)艙設(shè)備、駕駛員行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)。大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)中一種是強(qiáng)調(diào)機(jī)器的人工智能和計(jì)算能力；另一種是從人的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互。

（二）信息物流系統(tǒng)該系統(tǒng)是物理進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程的相互影響，在功能上主要考慮性能優(yōu)化問(wèn)題，是一種集合通信、計(jì)算、控制技術(shù)于一體的智能化技術(shù)，安全、實(shí)時(shí)與高性能是其特點(diǎn)。在分布式的物理設(shè)備協(xié)調(diào)管理模式中，通信的作用十分關(guān)鍵，可以動(dòng)態(tài)掌握運(yùn)輸情況。

（三）物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用就是在移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析不同領(lǐng)域的實(shí)際需求，可以把所有獨(dú)立的對(duì)象相互關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人與船舶的結(jié)合。比如在航拍過(guò)程中，利用全球定位系統(tǒng)、電子海圖顯示和信息系統(tǒng)、射顏?zhàn)R別技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)對(duì)停靠和行駛的船舶監(jiān)控，不過(guò)在自動(dòng)感知和主觀分析方面還存在一些不足。

二、船岸交通管理信息系統(tǒng)智能化

該系統(tǒng)把先進(jìn)的信息技術(shù)與智能化的管理方式有效結(jié)合，對(duì)船舶進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理，是一種在保證船舶交通安全的前提下綜合考慮船舶通行效率以及環(huán)境保護(hù)的綜合性信息系統(tǒng)。在人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)通信等技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，智能化的船舶信息管理系統(tǒng)可以讓決策更加科學(xué)，有利于安全管理工作的開(kāi)展。從信息流程的角度分析，智能化的船舶交通管理信息系統(tǒng)涵蓋信息采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有集成的交通信息采集數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在船舶互聯(lián)網(wǎng)的信息共享平臺(tái)下提供智能化的決策。

（一）船舶互聯(lián)網(wǎng)的信息共享平臺(tái)船聯(lián)網(wǎng)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在船舶信息管理系統(tǒng)上的有效利用，主要是合理整合航運(yùn)數(shù)據(jù)資源，促進(jìn)多部門(mén)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域資源的數(shù)據(jù)協(xié)同，進(jìn)而形成數(shù)據(jù)共享，打造技術(shù)共享機(jī)制，滿足區(qū)域內(nèi)對(duì)不同數(shù)據(jù)的挖掘與融合。在船舶互聯(lián)網(wǎng)的信息共享平臺(tái)下，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、存儲(chǔ)，為智能交通管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)提供信息資源，進(jìn)而為智能信息決策系統(tǒng)提供幫助。具體來(lái)說(shuō)該系統(tǒng)包含以下兩個(gè)層次：一種是利用雷達(dá)數(shù)據(jù)、船舶到港計(jì)劃、AIS數(shù)據(jù)、港口資源管理信息等在航運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施的不同結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交接集成；另一種是實(shí)現(xiàn)不同部門(mén)、不同區(qū)域航運(yùn)交通信息的交換與集成，比如在航船信息以及航運(yùn)環(huán)境方面實(shí)現(xiàn)信息共享。在船聯(lián)網(wǎng)的信息共享平臺(tái)下，主要包括兩類(lèi)信息，一種是動(dòng)態(tài)交通信息，比如來(lái)自GPS、AIS雷達(dá)等設(shè)備信息；另一種是靜態(tài)交通信息，比如地圖數(shù)據(jù)庫(kù)和港口資源管理信息。信息共享平臺(tái)具有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、鏈路通暢、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)船聯(lián)網(wǎng)信息的共享，為智能信息決策和數(shù)據(jù)管理提供幫助。

（二）智能信息決策系統(tǒng)該系統(tǒng)是對(duì)人和自然界的生物處理信息行為進(jìn)行模擬，通過(guò)建立復(fù)雜的信息系統(tǒng)和算法解決決策問(wèn)題，可以用于信息分析、信息建模、系統(tǒng)決策和系統(tǒng)控制。人工智能技術(shù)的出現(xiàn)顯著提升了信息處理系統(tǒng)的智能化水平，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、小波分析等技術(shù)的利用，為智能信息處理系統(tǒng)的建立提供了智能技術(shù)支持。決策系統(tǒng)是在船舶交通管理中利用各種信息數(shù)據(jù)對(duì)船舶提出指導(dǎo)性建議，通過(guò)人工智能的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工決策模式，讓決策更為科學(xué)。智能信息決策系統(tǒng)是由信息數(shù)據(jù)庫(kù)、人類(lèi)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)、智能決策程序以及用戶接口組成。其中人類(lèi)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)是對(duì)在實(shí)踐中解決以往問(wèn)題的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的整合；信息數(shù)據(jù)庫(kù)是解決問(wèn)題期間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；智能決策程序主要是人類(lèi)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)以及信息數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)人工智能算法搜索決策，對(duì)于用戶接口來(lái)說(shuō)，主要是為用戶提供科學(xué)的方案與用戶實(shí)現(xiàn)信息的交互。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立出智能決策系統(tǒng)，可以讓決策更加科學(xué)，主要是體現(xiàn)在智能決策系統(tǒng)對(duì)以往的數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行利用，通過(guò)對(duì)各種信息的分析、組合，形成相應(yīng)的決策模型。智能信息決策系統(tǒng)把多種信息融合起來(lái)，有利于提升信息質(zhì)量，通過(guò)船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和交通地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模訓(xùn)練，進(jìn)而為船舶交通管理提供新的方案，也可以為擱淺、碰撞等風(fēng)險(xiǎn)事故提供預(yù)警。

三、船舶管理信息系統(tǒng)智能化

船舶管理信息系統(tǒng)的智能化發(fā)展是船舶自身具備智能能效管理、智能航行、智能集成平臺(tái)，這就需要進(jìn)一步深化和船舶相關(guān)的信息感知技術(shù)、航線規(guī)劃技術(shù)、通信導(dǎo)航技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自主避障以及智能路徑規(guī)劃。

（一）自主避障系統(tǒng)所謂的自主避障就是在船舶航行期間，借助AIS、GIS和雷達(dá)獲取船舶周?chē)恼系K物信息，其中包括水上障礙物以及水下的障礙物，然后設(shè)計(jì)出科學(xué)的策略躲避碰撞，以此提升船舶的安全性。在自主避障系統(tǒng)下可以對(duì)航行的環(huán)境進(jìn)行分析，不僅可以對(duì)進(jìn)入航道的船舶提供幫助，也可以為其他船舶提供有價(jià)值的信息，比如選擇繞行或者制定出停船命令。GIS系統(tǒng)可以即時(shí)地搜集與傳輸氣象信息和水文信息，其中包括水溫、洋流、海底地形以及大氣的壓力變化和氣溫變化。在智能避撞系統(tǒng)中，GIS系統(tǒng)基于電子海圖，可以對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞，其中包括了航道與港灣大小、海底暗礁分布以及沉船的航行地帶信息，通過(guò)與其他信息的結(jié)合可以對(duì)船舶的航行狀態(tài)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

（二）智能路徑規(guī)劃在船舶的路徑規(guī)劃中，需要設(shè)計(jì)出一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的無(wú)碰撞可行路徑，這也是當(dāng)前船舶信息智能化管理的主要內(nèi)容。在傳統(tǒng)的船舶路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)中，主要是依靠人工進(jìn)行障礙物和水深度的分析，需要在執(zhí)行任務(wù)之前對(duì)路線科學(xué)分析，但是這種規(guī)劃模式存在靈活性差、可靠性不足以及規(guī)劃效率低的問(wèn)題。在智能化技術(shù)飛速發(fā)展的今天，船舶可以通過(guò)對(duì)周?chē)h(huán)境的信息搜集，建立出環(huán)境信息模型，讓路線的規(guī)劃更加合理。船舶在路線規(guī)劃中主要包括了全局路徑規(guī)劃以及局部路線規(guī)劃：全局路徑規(guī)劃借助對(duì)障礙物的形狀以及位置信息分析，生成地圖以及環(huán)境建模；局部路線規(guī)劃主要在周邊環(huán)境未知的情況下，利用船舶傳感器對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行確定，在船舶人員接受到信息后決定是否需要改變路徑。在船舶的路線設(shè)計(jì)中還要考慮到船舶自身的動(dòng)力與結(jié)構(gòu)，參考一條或者幾條固定航線。在智能化技術(shù)得到深入利用的背景下，在處理突發(fā)狀況時(shí)，對(duì)路線的設(shè)計(jì)更加靈活，智能路徑規(guī)劃利用自動(dòng)導(dǎo)航可以確定航行軌跡，船舶在航行過(guò)程中更加安全，在自主避障系統(tǒng)下可以對(duì)航行的方向和速度進(jìn)行修正。一般來(lái)說(shuō)，船舶的航線在設(shè)計(jì)初期已經(jīng)確定，也就是說(shuō)船舶的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力性能需要讓航拍航線固定在一定范圍內(nèi)。在自主避障系統(tǒng)和路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)中可以利用支持向量機(jī)算法建立二分類(lèi)模型，根據(jù)航線設(shè)計(jì)以及港口、島嶼建立出分界點(diǎn)和障礙物點(diǎn)，對(duì)于航線的科學(xué)設(shè)計(jì)具有重要的促進(jìn)作用。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)，船舶事業(yè)的蓬勃發(fā)展對(duì)我國(guó)的水運(yùn)事業(yè)以及國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)都起到了極大的促進(jìn)作用，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也起到了推動(dòng)作用。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，船舶管理要與時(shí)俱進(jìn)，緊跟時(shí)展潮流，在船舶管理中充分利用信息物流系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等智能化技術(shù)，建立船舶互聯(lián)網(wǎng)的信息共享平臺(tái)，打造智能信息決策系統(tǒng)，發(fā)揮自主避障系統(tǒng)、智能路徑規(guī)劃的優(yōu)勢(shì)，保證船舶出行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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作者：林聯(lián)平 單位：廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院