数据驱动智能船舶与系统
来源：船舶处发布时间：2014-11-21阅读次数：
●“工业4.0”时代，船舶将会使用更高带宽和更低成本的通信技术、发动机和其他部件的嵌入式系统甚至是船体的智能材料。
●海运业涉及多个主体的利益，大数据支持下的船舶智能化发展将改变传统的商业模式。
●LR在船舶智能化以及大数据领域不断加大投入，推动智能船舶发展。
大数据的发展将推动工业革命的进程，这已成为业界的共识。工业化始于18世纪末机械制造设备的引入；第一次工业革命之后，20世纪初出现了基于劳力分工的以电力驱动的批量生产为特征的第二次工业革命；20世纪70年代初第三次工业革命紧随其后，并一直到今天。第三次工业革命应用了电子和信息技术来实现制造过程的自动化，由机器代替了相当部分的“体力劳动”和部分“脑力劳动”。对于一个国家来说，要想保持竞争力就要将物联网的发展引入到机械制造环节，这样才足以引领第四次工业革命。第四次工业革命驱动因素包括国际的挑战（如资源和节能效率）和国内挑战（如人口老龄化结构）。
按此划分，船舶技术也刚好处在第四次工业革命阶段。20世纪之前，船舶运行开始依靠部分人力和蒸汽机，后来使用了柴油机，人力逐渐减少；由于数字和通信技术的发展，船上人力进一步减少。自1970年以来，许多电子技术被集成到发动机和船舶导航系统，数据获取和通信仍保持着单通路。这种模式伴随着第四次工业革命将会改变，届时，船舶将会使用更高带宽和更低成本的通信技术、发动机和其他部件的嵌入式系统甚至是船体的智能材料。然而，这将会导致大量的数据需要处理，以确保安全和高效运行。
明确智能船舶的分类和特征
一般认为，“工业4.0”应包括大数据、云计算、信息物理系统、无线射频芯片、物联网、机－机交互和事物应具备智能特征。一般来说，第一代智能船舶应包括人为代理系统；第二代智能船舶应包括人为监控系统，给出决策支持建议；第三代智能船舶将包括数据分析，以进行处理运作和通过互联其他“事物”来实现情景感知。这三代船舶仍需要人在船上，不管船舶是半自动的还是全自动的，可能与一个离岸中心建立连接。第四代智能船舶将实现全自主化的无人驾驶。
第一代智能船舶的特征大概有以下几点：第一，它可以集成覆盖船舶网络，基于硬件船舶的运营。第二，在船舶上构建有线与无线的通讯形式。第三，可以实现对船舶远程系统监控，主要是针对船上轮机以及各个设备的监控。第四，可以达到自动化的配置管理，包括双向的通讯形式以及单向的形式。第五，可以对后期运营数据进行处理。目前，第一代智能船舶已经开始运营了。
第二代智能船舶有望在2020年可以看到，它的特征包括：第一，它可以达到带有互动系统的集成传播网络，还具有船与船、船与岸的通讯方式，并配备通过岸基的大数据中心协调航线与优先级。第二，具有船舶生命周期管理的能力。第三，可以根据船舶与主机的状况以及环境状况管理船舶营运效率，同时还具有基于任务的决策系统，配备防碰撞系统。第四，具有货物以及人员的追踪能力。第五，可以配备针对船员与乘客的卫星信息系统，改变船员与乘客在船上的生活方式。
第三代智能船舶将会在2040年以后看到，它的特征包括：第一，它具备超强的数据处理能力，与船上的数据系统联系，并与网络以及岸上的数据中心建立联系。第二，它具备数据分析、处理和解决不同状况问题的能力。第三，配备少量船员和自动维护安排的程序，达到半自动化与自动化的营运。第四，可以脱离预处理的智能化，通过数据与掌握状况进行分析。第五，有能力提供网络信息，并解决在法规和规范方面的一些疑惑。第六，它可以配备最少的船员，并不需要人为因素的干扰。
第四代智能船舶将会在2050年之后逐步看到，它的特征有：可以通过先进的材料进行船舶建造，并针对船体及各个系统配有传感器。还有几点与第三代特征相同，在规范和法规方面，不仅可以答疑解惑，并且可以自动更新最新的法规和规范。与第三代不同的是，它可以实现无人化和全部智能化，可以独立工作。
以智能化推动船舶入级等工作
今年年初以来，英国政府定义了8项重大技术，其中5项是设计、建造第三代和第四代智能船舶的基础，分别是机器人与自动化系统、卫星系统、大数据、能源存储、先进材料等，而所有这些技术都需要深入研究才能使智能船舶得以实现。
通过两个实例，可以更好地了解欧洲在智能船舶方面的努力。第一是通过智能网络实现无员船舶的导航，这是由德国科研机构牵头，并在瑞典进行协调的。这个项目的主要目标是为了明确在船舶自动化营运方面的一些挑战，实现从有人到无人驾驶的转变。另一个项目是劳斯莱斯提出的全自动化的船舶航行方案，其开发团队建立了一个虚拟原形，并进行了一系列的试验。这个设计有可能在未来十年内，在一些区域内可以实现，比如在波罗的海区域。但是这个项目也存在一些挑战，主要是在法规规范以及成本、安全等方面，有可能减缓在全世界范围内使用的进程。
海运业涉及多个主体的利益，包括相关机构、船级社、船东、船舶的营运商以及港口国，而大数据支持下的船舶智能化发展将改变传统的商业模式。比如对船级社来说，可以借助大数据获取安全和船舶入级的数据，或者其他额外的服务以及客户可能想要的数据信息；而船东能够获得船舶全部的物料状态信息；船旗国则能够获取全部的法规遵守信息；船员能够获取管控的全部运行数据和性能数据；港口国能够获取安全、货物和人员信息。英国劳氏船级社（LR）在这个进程中通过提供建议和独立保证来打造核心竞争力，包括通过技术应用的建议确保实现既定的性能，通过技术应用过程的资产生命周期的独立保证包括所有硬件和软件的物料状况，达到实际的性能结果。
智能船舶的发展离不开船级社的支持，因为船级社在数据收集和研发等方面都有很大的投入。而LR也在船舶智能化以及大数据领域不断加大投入，并与有关各方不断加强合作。LR开展了船舶检验机器人助手项目，通过机器人检验几十米高的船舶，将会大大降低人员爬船的风险，并且大量的数据处理和采集工作也可以通过智能化的方式进行，以减少处理的时间。这种技术不仅可以大大减少船东的成本，而且使得在危险区域进行检验的项目以无人化形式开展，提高检验质量，保障人员安全。
此外，LR正在推动船舶安全疏散与船上乘客的定位（Lynceus）项目。Lynceus项目的目标是调查和证明超低功耗无线人体区域网络技术能够定位和跟踪船舶上下的搜救人员和待搜救人员，以及安全疏散应急期间的船舶。Lynceus技术旨在通过开发最先进的实时应急管理和安全疏散系统，来改善当前的应急管理系统和船舶疏散现状，这将非常有助于定位和救援被困在船上或者海上的人。同时，LR还在使用软件对动力与排放的优化性能进行评估、智能材料和结构的应用、数据整合等项目上开展了广泛的研究工作，以推动第三代、第四代智能船舶发展。
“工业4.0”的进程是基于虚拟网络实体系统，其将海事业传统的商业模式转变成以数据为导向的商业模式。随着人口的增长、经济的发展以及技术的进步，智能船舶将逐步变成海事业重要的组成部分。（作者系英国劳氏船级社资深主任验船师、策略研究与技术政策部门主任）(转自中国船舶新闻网，作者：Cheng Fai)