吳笑風(fēng)，張鄭海，許 攸，范 維，石 瑤，岳 宏

(1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京 100101；2.渤海船舶重工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125004)

基于信息流視角的智能船舶系統(tǒng)模型

吳笑風(fēng)1，張鄭海2，許 攸1，范 維1，石 瑤1，岳 宏1

(1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京 100101；2.渤海船舶重工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125004)

通過(guò)船舶的智能化實(shí)現(xiàn)更加安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和可靠的航行，既滿足國(guó)際海事法規(guī)的要求，也符合船東和其他利益相關(guān)方的需求。智能船舶代表一種未來(lái)船舶的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，以通過(guò)大量數(shù)據(jù)以及信息的高效利用和船岸互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶優(yōu)化運(yùn)營(yíng)的支持為典型特征。文中結(jié)合國(guó)際海事組織的 e-Navigation 技術(shù)架構(gòu)，基于信息流視角提出一種與船舶平臺(tái)無(wú)關(guān)的智能船舶系統(tǒng)模型。該模型綜合考慮船載端和岸端數(shù)據(jù)和信息的采集、處理、交互和應(yīng)用等問(wèn)題，為智能船舶系統(tǒng)的描述提供一種通用的參考架構(gòu)。

智能船舶；智能系統(tǒng)；e-航海；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型；信息流

0 引 言

目前，世界上 80% 以上的貿(mào)易通過(guò)航運(yùn)完成；有超過(guò) 50 000 艘商船從事國(guó)際貿(mào)易，維護(hù)著全球物資運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定[1]。同時(shí)，隨著全球海上油氣資源開(kāi)發(fā)等海上工程應(yīng)用的增加，海洋工程船舶保有量和未來(lái)需求也呈現(xiàn)持續(xù)上漲趨勢(shì)[2]。

近年來(lái)，信息技術(shù)革命在全球范圍內(nèi)如火如荼地展開(kāi)，為工業(yè)界帶來(lái)深刻的變革。工業(yè)界常以德國(guó)“工業(yè) 4.0”、美國(guó)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和我國(guó)“中國(guó)制造2025”作為代表性理念，將“智能化”的制造模式和產(chǎn)品向各個(gè)領(lǐng)域延伸，并由此衍生出一系列適應(yīng)當(dāng)前信息化進(jìn)程的新興業(yè)態(tài)。

作為傳統(tǒng)行業(yè)，船舶工業(yè)和航運(yùn)業(yè)都在經(jīng)歷智能化的沖擊，產(chǎn)品特性和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式都在發(fā)生著前所未有的變化。在制造業(yè)中，大量基于信息化的生產(chǎn)和服務(wù)手段被有機(jī)地集成到產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中。同時(shí)，產(chǎn)品（特別是復(fù)雜產(chǎn)品，如高端裝備）本身的信息化和智能化程度提升對(duì)產(chǎn)品的制造和運(yùn)營(yíng)服務(wù)模式也提出了更高的要求。在英國(guó)勞氏船級(jí)社等機(jī)構(gòu)發(fā)布的《全球海洋技術(shù)趨勢(shì) 2030》（Globalmarine Technology Trends 2030）和 DNV GL 發(fā)布的《航運(yùn)業(yè)的未來(lái)》（The Future of Shipping）報(bào)告中，智能船舶都被列為未來(lái)船舶和海洋領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本文從智能船舶系統(tǒng)的信息化本質(zhì)出發(fā)，結(jié)合國(guó)際海事組織（IMO）“e-航?！保ɑ蚍Q“電子航海”，即 e-Navigation/e-Nav）概念的技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建一個(gè)基于信息流的智能船舶系統(tǒng)模型，為智能船舶系統(tǒng)的描述提供一種通用的參考架構(gòu)。

1 智能船舶的發(fā)展

1.1 “智能船舶”概念的起源和內(nèi)涵

船舶的智能化是一個(gè)循序漸進(jìn)的發(fā)展歷程。文獻(xiàn)[3-4]中提出，e-Nav 概念可被視為智能船舶概念的起源。e-Nav 這一名詞最早于 2005 年由英國(guó)交通部提出并受到廣泛關(guān)注。2006 年，日本等 7 國(guó)在 IMO 海上安全委員會(huì)（MSC）第 81 次會(huì)議提出“制定 e-Nav 發(fā)展戰(zhàn)略”[5]。e-Nav 的正式定義：“通過(guò)信息化的手段，對(duì)船上和岸上的海事信息進(jìn)行協(xié)調(diào)一致的收集、整合、交換、顯示及分析，以達(dá)到船舶安全、經(jīng)濟(jì)航行和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)”由國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）提出，并于 2007 年被 IMO 采納。e-Nav 力圖通過(guò)整合和融合現(xiàn)有的技術(shù)工具，最大限度地發(fā)揮人和機(jī)器的各自優(yōu)勢(shì)，對(duì)航運(yùn)活動(dòng)的模式進(jìn)行優(yōu)化[6]。從這個(gè)意義上講，e-Nav 在一定程度上具備了“智能化”的屬性。

工業(yè)界中一種較普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為，“智能”是自動(dòng)化和信息化深度融合發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，即機(jī)器具備一定“思考”的能力，能夠部分取代人類專家的腦力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)間的相互理解和協(xié)作[7]。而實(shí)際上，無(wú)論是當(dāng)下被熱議的“智能制造”還是“智能船舶”，對(duì)“智能”的定義均采用了現(xiàn)階段的業(yè)界共識(shí)，其嚴(yán)格的科學(xué)內(nèi)涵仍有待深入挖掘。這里僅以中國(guó)船級(jí)社發(fā)布的全球首部《智能船舶規(guī)范》對(duì)智能船舶的定義：“利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動(dòng)感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸?shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶”作為代表，可以看出，智能船舶可被視作支持 e-Nav 實(shí)現(xiàn)的一種重要方式。雖然“智能”的定義方法不在本文討論的范圍內(nèi)，但對(duì)于“智能船舶”而言，其目的明確，即通過(guò)船舶的智能化，實(shí)現(xiàn)更加安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和可靠的航行[8-9]，既滿足國(guó)際海事法規(guī)框架中的基本要求，也符合船東和其他利益相關(guān)方的需求。

1.2 國(guó)外智能船舶的發(fā)展

日本、韓國(guó)和歐洲對(duì)智能船舶的研究和實(shí)踐開(kāi)始較早，并已初見(jiàn)成效，較具有代表性。

日本于 2012 年 12 月啟動(dòng)“智能船舶應(yīng)用平臺(tái)（Smart Ship Application Platform，SSAP）”項(xiàng)目（預(yù)計(jì) 2017 年 3 月結(jié)束），旨在使船載和岸基信息服務(wù)系統(tǒng)方便地獲取并最大化地運(yùn)用船舶導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和其他船載設(shè)備的數(shù)據(jù)，并予以充分利用，以提高航行的安全性和環(huán)保性[10]。

韓國(guó)制定了“智能船（Smartship）x.0”規(guī)劃。其智能船舶概念認(rèn)為，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息通信技術(shù)（ICT）促進(jìn)船—岸間的信息融合，在增強(qiáng)船舶安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還能夠催生新的市場(chǎng)和服務(wù)模式，例如船舶運(yùn)維解決方案和標(biāo)準(zhǔn)化的舊船估值等[11]。

歐洲根據(jù)其海員數(shù)量短缺、人力成本上升和減少人為失誤導(dǎo)致海上事故等需求[12]，于 2012 年 9 月啟動(dòng)了“基于智能網(wǎng)絡(luò)的海上無(wú)人航行（Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks，MUNIN）”項(xiàng)目，研發(fā)自主航行船舶和無(wú)人船舶的相關(guān)問(wèn)題[13]。限于當(dāng)前國(guó)際法規(guī)的限制和國(guó)際上的廣泛爭(zhēng)議，無(wú)人船舶的服役在短期內(nèi)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但歐洲對(duì)于無(wú)人和自主船舶技術(shù)的研究和概念設(shè)計(jì)仍在持續(xù)進(jìn)行[14]。

盡管各國(guó)的關(guān)注點(diǎn)不同，但可看出智能船舶技術(shù)正在從設(shè)備級(jí)向全局性和系統(tǒng)性的方向發(fā)展。

1.3 國(guó)內(nèi)智能船舶的發(fā)展

在我國(guó)，智能船舶是“中國(guó)制造 2025”中重點(diǎn)領(lǐng)域“海洋工程裝備及高技術(shù)船舶”的重要方向之一。我國(guó)對(duì)智能船舶設(shè)備級(jí)和子系統(tǒng)級(jí)的研究上已具備了一定了積累，對(duì)系統(tǒng)層級(jí)的研究也在逐步展開(kāi)。

于 2016 年 3 月 1 日起正式實(shí)施的《智能船舶規(guī)范》綜合考慮了船舶安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的需求，將（商用）智能船舶分解為 6 個(gè)功能模塊，包括智能航行、智能船體、智能機(jī)艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺(tái)，自成體系并涵蓋了船舶上的各類智能系統(tǒng)[9]，是全球首部智能船舶規(guī)范，是我國(guó)在智能船舶系統(tǒng)方面的重要研究成果。實(shí)踐方面，由我國(guó)設(shè)計(jì)的智能示范船 38 800 載重噸散貨船 i-Dolphin 船型將于 2016 年 9 月開(kāi)始建造，計(jì)劃于2017 年交付[15]。

2 基于信息流視角的智能船舶系統(tǒng)模型

2.1 e-Navigation技術(shù)架構(gòu)

前文已述，e-Nav 常被視為智能船舶概念的起源。文獻(xiàn)[6]對(duì) e-Nav 的總體技術(shù)架構(gòu)類比為“硬幣的 3 個(gè)面”：正反 2 個(gè)面分別代表船載端和岸端的信息收集、整合、分析和顯示；中縫代表船岸間的信息和數(shù)據(jù)交換。也就是說(shuō)，船—船、船—岸和岸—岸之間的信息流和數(shù)據(jù)流是 e-Nav 的核心。文獻(xiàn)[16]中提出，數(shù)據(jù)和信息流、應(yīng)用接口以及用戶接口是 e-Nav 架構(gòu)中的三大要素，又進(jìn)一步提出了以信息流為視角的 e-Nav總體架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 e-Nav 總體架構(gòu)示意圖Fig. 1 Schematic diagrams of the overarching e-Nav architecture

e-Nav 總體架構(gòu)中并未對(duì)每個(gè)部分實(shí)現(xiàn)的具體方式做出定義。這主要是因?yàn)?IMO 對(duì) e-Nav 的開(kāi)發(fā)遵循了“用戶需求驅(qū)動(dòng)”（非技術(shù)驅(qū)動(dòng)）的原則[6]，在圖1 總體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶的需求決定具體的解決方案和發(fā)展方向。因此，e-Nav 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)不斷發(fā)展、動(dòng)態(tài)的概念。相比之下，智能船舶的發(fā)展具有較強(qiáng)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)屬性。作為對(duì) e-Nav 的一種實(shí)現(xiàn)方式，智能船舶系統(tǒng)在最大化發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)效用的同時(shí)，也應(yīng)充分考量其對(duì) e-Nav 架構(gòu)的兼容性。從信息流角度出發(fā)構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放式的系統(tǒng)模型，能夠滿足這樣的需求。

2.2 智能船舶系統(tǒng)的進(jìn)化

范維和許攸[3]首次提出智能船舶可大致劃分為 4 個(gè)發(fā)展階段：第 1 階段僅限于船用設(shè)備和子系統(tǒng)狀態(tài)的本地和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，各設(shè)備和子系統(tǒng)的信息鏈路多為獨(dú)立布置，數(shù)據(jù)分析多以離線方式進(jìn)行；第 2 階段依然以船舶為服務(wù)對(duì)象，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，通過(guò)岸上數(shù)據(jù)中心和船舶數(shù)據(jù)庫(kù)的定時(shí)同步服務(wù)，達(dá)到更高的系統(tǒng)集成度和信息融合度，為船舶提供安全、環(huán)保和能效優(yōu)化等建議，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化航行；第 3 階段將在船舶數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，融入港口、物流等信息，實(shí)現(xiàn)信息的船—岸無(wú)縫連接，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地完成航行、船期和港口操作優(yōu)化；第 4 階段將脫離人的因素，實(shí)現(xiàn)船舶自主或無(wú)人駕駛、港口自動(dòng)化裝卸和物流等。上述智能船舶技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)拓?fù)溆蓤D2 和圖3 示意性地展示[10]。在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，上述 4 個(gè)階段并無(wú)明確界限，一定程度上呈現(xiàn)并行發(fā)展的趨勢(shì)。

圖2 智能船舶系統(tǒng)發(fā)展初始階段示意圖Fig. 2 Schematic diagramshows the early phase of the development of intelligent ship system

圖3 智能船舶系統(tǒng)發(fā)展更高階段示意圖Fig. 3 Schematic diagramshows the higher phases of the development of intelligent ship system

總的來(lái)說(shuō)，智能船舶技術(shù)的發(fā)展符合從設(shè)備到系統(tǒng)、從船基到岸基的規(guī)律。從信息互聯(lián)互通的角度看，船舶智能化程度的加深過(guò)程也是信息化程度加深的過(guò)程，即從設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)獨(dú)立布設(shè)和連接的松散狀態(tài)（見(jiàn)圖2）逐漸發(fā)展成為通過(guò)數(shù)據(jù)中心、總線和局域網(wǎng)對(duì)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行模塊化和集成化組織的模式（見(jiàn)圖3）。數(shù)據(jù)和信息的流通貫穿船載端和岸端，系統(tǒng)對(duì)信息量和信息的雙向交互都有明確的要求。在新的系統(tǒng)組織模式中，系統(tǒng)具有開(kāi)放的形態(tài)，系統(tǒng)功能可進(jìn)行模塊化地調(diào)整和擴(kuò)展，數(shù)據(jù)將被更加高效地繼承和融合。

圖4 基于信息流的智能船舶系統(tǒng)框圖Fig. 4 Systemblock diagramof intelligent ships-an information flow oriented representation

2.3 智能船舶系統(tǒng)模型

文獻(xiàn)[17]針對(duì)智能工廠提出了一種平臺(tái)無(wú)關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參考模型，從資源的標(biāo)準(zhǔn)化及服務(wù)的封裝出發(fā)，層級(jí)式地構(gòu)建完整系統(tǒng)。如第 1 節(jié)中所述，智能船舶同樣以信息互聯(lián)互通為核心，從信息流的角度看，與智能制造系統(tǒng)的組織模式具有一定的相似之處。參考這一思路，并結(jié)合 e-Nav 的技術(shù)架構(gòu)，一種基于信息流的智能船舶系統(tǒng)模型如圖4 所示。

系統(tǒng)以數(shù)據(jù)的充分利用以及高效的管理和傳輸為核心，分為船載應(yīng)用和岸基應(yīng)用兩大部分，均有數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)據(jù)中心）對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)和信息的利用可歸納為“雙向三層級(jí)”模式?！叭龑蛹?jí)”指數(shù)據(jù)和信息呈現(xiàn)的形式按照數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用的深度可分為數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和可讀信息 3 個(gè)層級(jí)；“雙向”有兩重含義：其一指船載端和岸端之間的雙向信息傳輸；其二指上述 3 個(gè)層級(jí)間存在的兩種信息流向，分別為終端—數(shù)據(jù)中心的顯示/綜合流向以及數(shù)據(jù)—終端的驅(qū)動(dòng)/應(yīng)用流向。各級(jí)數(shù)據(jù)源和用戶按照各自權(quán)限上傳或獲取信息，集中的數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)由信息總線完成。船載端和岸基端都設(shè)有安全和訪問(wèn)控制機(jī)制，以確保系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)空間安全（cyber-security），進(jìn)而保障船舶航行和海事活動(dòng)的安全和秩序。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型具有彈性，可根據(jù)技術(shù)發(fā)展和各級(jí)用戶的需求對(duì)功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和擴(kuò)充。

3 討論與分析

3.1 信息流模型的合理性、必要性和適用性

在工業(yè)界，有關(guān)“智能”的定義尚未形成統(tǒng)一。以智能制造系統(tǒng)為代表，我國(guó)制造業(yè)實(shí)踐中正在興起一種觀點(diǎn)：一個(gè)“智能化”的系統(tǒng)應(yīng)具備“狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”4 個(gè)基本特征[18]。具體地，系統(tǒng)利用各類傳感器獲取設(shè)備和子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)，通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和處理，根據(jù)分析的結(jié)果，按照預(yù)設(shè)規(guī)則做出判斷和決策，再將處理結(jié)果反饋到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整執(zhí)行狀態(tài)，形成閉環(huán)。從中可以看出，將數(shù)據(jù)、信息和高效的互聯(lián)互通視為成為智能系統(tǒng)的基本要素已成為一種共識(shí)。結(jié)合第 1 章節(jié)中對(duì)智能船舶內(nèi)涵的解讀，采用一種以信息流為線索的智能船舶系統(tǒng)模型具備合理性和必要性。

圖4 所示的模型是一種具有通用性的智能船舶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述方式。它以實(shí)現(xiàn)智能船舶所需信息的組織和傳輸為線索，而與具體的船舶平臺(tái)無(wú)關(guān)。如前所述，已有多個(gè)國(guó)家和組織機(jī)構(gòu)開(kāi)展了智能船舶相關(guān)的研究項(xiàng)目，其各自對(duì)于智能船舶系統(tǒng)的定義和功能的實(shí)現(xiàn)方式不盡相同；但圖4 的信息流模型展示了一種抽象化的對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行原理的表征。

以綜合船橋系統(tǒng)（Integrated Bridge System，IBS）為例：IBS 是實(shí)現(xiàn)《智能船舶規(guī)范》中“智能航行”和“智能集成平臺(tái)”的重要載體，具有完善的導(dǎo)航、駕控、避碰、信息集中顯示、報(bào)警監(jiān)控、通信、岸站支持、航行管理和控制自動(dòng)化等多種功能，同時(shí)將各設(shè)備的信息進(jìn)行優(yōu)化處理，使系統(tǒng)比各設(shè)備單獨(dú)使用時(shí)在保障船舶安全航行和降低人員成本等方面發(fā)揮更大的作用[19]。文獻(xiàn)[20]中的圖1 展示了一種典型的IBS 系統(tǒng)拓?fù)?，其中包括?duì)多種船載設(shè)備的數(shù)據(jù)收集或操控，以及對(duì)各類信息的綜合顯示。前者可模塊化地對(duì)應(yīng)圖4 中“船載設(shè)備”部分；后者作為一種信息應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)圖中“船載應(yīng)用系統(tǒng)”部分。系統(tǒng)可根據(jù)需求與岸基數(shù)據(jù)中心進(jìn)行通訊，上傳船舶狀態(tài)信息或下載用于船舶運(yùn)營(yíng)輔助決策的相關(guān)信息。類似地，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型與《智能船舶規(guī)范》中所定義的6 個(gè)功能模塊均能進(jìn)行對(duì)應(yīng)并確定相應(yīng)的子集。這說(shuō)明該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型可為智能船舶不同功能模塊的描述提供有效的參考。

3.2 模型應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題

對(duì)于一個(gè)完整的智能船舶系統(tǒng)，本文提出的基于信息流的模型僅是支持其系統(tǒng)間互聯(lián)互通的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和框架。在實(shí)際系統(tǒng)的構(gòu)建中，為保證該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的通用性，仍有大量的具體問(wèn)題需要深入研究。

系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化是其中較具代表性的問(wèn)題之一。船用信息通信網(wǎng)絡(luò)與陸基網(wǎng)絡(luò)在本質(zhì)上具有相似之處，但限于特殊的工作環(huán)境，仍需專用的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)置和運(yùn)行進(jìn)行必要的規(guī)范。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）船舶和海洋技術(shù)委員會(huì)（TC8）于 2013 年發(fā)布了 ISO 16425 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在充分考慮了船載和陸基系統(tǒng)差異的基礎(chǔ)上，對(duì)船載通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式要求、管理和運(yùn)行、檢查和試驗(yàn)等問(wèn)題制定了指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，ISO/TC8 中已有多項(xiàng)關(guān)于通信導(dǎo)航、信息傳輸、航行記錄儀等方面的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布或處于研制過(guò)程中，可為智能船舶系統(tǒng)和子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化提供參考。

此外，隨著信息化進(jìn)程的加快而興起的網(wǎng)絡(luò)空間安全問(wèn)題對(duì)于海事活動(dòng)安全性具有重要意義，也應(yīng)在智能船舶系統(tǒng)中給予特別重視。

3.3 智能船舶的發(fā)展進(jìn)路

實(shí)現(xiàn)智能化是船舶系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的未來(lái)目標(biāo)。盡管 e-Nav 和智能船舶等新興概念為海事業(yè)和船舶工業(yè)提供了發(fā)展遠(yuǎn)景，但其進(jìn)路上的自動(dòng)化、信息化等前續(xù)階段并不能被跨越。

著眼現(xiàn)階段，國(guó)際上針對(duì)海事活動(dòng)安全和環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格。近年來(lái)，IMO 關(guān)于船舶節(jié)能減排等問(wèn)題的規(guī)則（包括船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù) EEDI、船舶能效管理計(jì)劃 SEEMP 等）相繼出臺(tái)。徐紹衡[21]指出，強(qiáng)制性節(jié)能與環(huán)保的指標(biāo)多依靠船舶和設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)。從張信學(xué)等[22]對(duì)綠色船舶技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略研究中也可看出這一特征。

而另一方面，智能船舶的理念雖不能“包治百病”，但在船舶和配套設(shè)備技術(shù)的發(fā)展中，充分融合信息化技術(shù)，提升產(chǎn)品的信息化程度，為整個(gè)船舶系統(tǒng)的運(yùn)行和優(yōu)化提供支持，將是智能船舶實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中的重要手段。

4 結(jié) 語(yǔ)

從某種意義上講，航運(yùn)領(lǐng)域中誕生了原始的“智能交通”：有歷史記載以前，水手就開(kāi)始使用導(dǎo)航工具從事航海活動(dòng)；20 世紀(jì)初，航運(yùn)業(yè)即成為全球最早獲得無(wú)線電頻率分配的行業(yè)；航運(yùn)是全球最早啟用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的民用領(lǐng)域之一；防撞雷達(dá)和自動(dòng)識(shí)別應(yīng)答器分別于 1974 年和 2002 年成為船舶必備設(shè)備[22]。而隨著船舶工業(yè)和航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用“智能”設(shè)備的目的也從最初的助航和增加船舶安全性逐漸衍生出對(duì)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面的更高需求，包括降低船舶控制和管理難度、減少人為誤操作、提高設(shè)備及船舶營(yíng)運(yùn)的安全、優(yōu)化船舶航行、控制燃油消耗、降低成本、提高收益等目的。因此，智能化對(duì)于船舶和航運(yùn)業(yè)的未來(lái)具有重要意義。對(duì)我國(guó)而言，智能船舶在“中國(guó)制造 2025”戰(zhàn)略中擁有舉足輕重的地位，其發(fā)展關(guān)乎我國(guó)船舶工業(yè)和航運(yùn)業(yè)在供給側(cè)改革背景下的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及未來(lái)在全球的地位。

從某種意義上講，航運(yùn)領(lǐng)域中誕生了原始的“智能交通”：有歷史記載以前，水手就開(kāi)始使用導(dǎo)航工具從事航海活動(dòng)；20 世紀(jì)初，航運(yùn)業(yè)即成為全球最早獲得無(wú)線電頻率分配的行業(yè)；航運(yùn)是全球最早啟用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的民用領(lǐng)域之一；防撞雷達(dá)和自動(dòng)識(shí)別應(yīng)答器分別于 1974 年和 2002 年成為船舶必備設(shè)備[22]。而隨著船舶工業(yè)和航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用“智能”設(shè)備的目的也從最初的助航和增加船舶安全性逐漸衍生出對(duì)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面的更高需求，包括降低船舶控制和管理難度、減少人為誤操作、提高設(shè)備及船舶營(yíng)運(yùn)的安全、優(yōu)化船舶航行、控制燃油消耗、降低成本、提高收益等目的。因此，智能化對(duì)于船舶和航運(yùn)業(yè)的未來(lái)具有重要意義。對(duì)我國(guó)而言，智能船舶在“中國(guó)制造 2025”戰(zhàn)略中擁有舉足輕重的地位，其發(fā)展關(guān)乎我國(guó)船舶工業(yè)和航運(yùn)業(yè)在供給側(cè)改革背景下的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及未來(lái)在全球的地位。

對(duì)智能船舶的系統(tǒng)性研究和技術(shù)研究應(yīng)相輔相成。智能船舶代表一種未來(lái)船舶的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，文中提出的基于信息流的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型提供了一種與船舶平臺(tái)無(wú)關(guān)的、抽象化的對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行原理的表征方法，對(duì)于從不同角度描述智能船舶系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題時(shí)提供了一個(gè)有效的參考架構(gòu)。但對(duì)應(yīng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通關(guān)鍵問(wèn)題，如系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通訊協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)化等，以及如何對(duì) e-Nav 實(shí)現(xiàn)更深度的融合和更有效的支撐，仍需進(jìn)一步探索。

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Systemmodel for intelligent ships: an information flow oriented representation

WU Xiao-feng1, ZHANG Zheng-hai2, XU You1, FAN Wei1, SHI Yao1, YUE Hong1
(1.The 714 Research Institute of CSIC, Beijing 100101, China; 2.Bohai Sea Shipping Heavy Industries Co., Ltd., Huludao 125004, China)

Intelligent ship represents the future trend of the ship industry. It caters to the IMO rules and regulations as well as the interests of ship-owners and other stakeholders bymaking shipping safer,more environment-friendly,more economic andmore reliable through the intelligentization of ships. Intelligent ship is characterized bymaximizing the use of data and information on both the ship-side and the shore-side, together with highly efficiently exchanging thembetween the two sides, allowing optimized shipping operations. This paper proposes an information flow oriented and platformindependent systemmodel for intelligent ships, taking into account its compatibility with the IMO's e-Navigation architecture. Issues including the collection, processing, exchange and application of the data and information on both the ship-side and shore-side are considered in themodel, providingauniversal information flow oriented interpretation for describing intelligent ship systems.

intelligent ships；intelligent system；e-navigation；systemarchitecturemodel；information flow

U66

：A

1672 - 7619(2016)10 - 0014 - 06

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.010.003

2016 - 06 - 07；

2016 - 07 - 29

吳笑風(fēng)(1986 - )，男，博士，工程師，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)工程及船舶海洋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等。