船联网

船联网(internet of vessels)

　　船联网是指基于航运管理精细化、行业服务全面化、出行体验人性化的目的，以企业、船民、船舶、货物为对象，覆盖航道、船闸、桥梁、港口和码头，融合物联网核心技术，以数据为中心，实现人船互联、船船互联、船货互联及船按互联的内河智能航运信息综合服务网络。

　　作为物联网概念向航运业的延伸—— 船联网(internet of vessels)，以船舶、航道、陆岸设施为基本节点和信息源，结合具有卫星定位系统、无线通信技术的船载智能信息服务，利用船载电子传感装置，通过网络完成信息交换，在网络平台上完成各节点的属性和动／静态信息的进行提取、监管和利用，具有导航、通信、安全防护和信息服务等功能，为船舶内河航行提供更加智能、安全的通航环境。其体系功能图如图1所示。

图1：船联网体系功能图

　　通过装载在陆岸、航标和船舶上的传感器实现船舶与环境之间的通信，感知航道宽度、深度、气象水文信息，当航标位置漂移、状态变化时，适时向监控中心发送警报；感知船舶的属性与动/静态参数及其在航道中的位置；感知周围的通航环境，掌握滞航状态，迅速对船位、船速作出调整，从而实现零紧迫局面。

　　监控主要用于VTS(vessel traffic services)管理决策，分为航道基础设施安全情况监控和船舶行驶状态监控2类。前者主要是通过定时获取安装在航标、桥梁或陆岸上的监控设备传回的检测信息，查看各基础设施的应用状况和损坏程度，为及时维护设备和发布预警信息提供重要参考；后者主要是监控船舶的航行轨迹、行驶参数，提供可视化的航段船舶流量分布图，由VTS发布航段动态信息并决策规范拥堵和事故航段。

　　2.智能安全控制

　　船联网时代重新定义了船舶的含义并赋予了人工智能，船船、船与外界环境可以自由地进行更为广泛的信息交流。

　　船舶进入深水航道时，根据目的地的情况，通过GIS显示的相互位置进行协调沟通，可以自动组队或离队；同时，船船、船岸间距离探测手段更加多样化，可以通过导航雷达、AIS，甚至是通过设定在各节点的摄像头自动感应判别。不需要驾驶人员口令，船舶可自动调速调向，相互间保持既定的安全距离，从而实现零碰撞。船舶抛锚前可主动查询锚地信息，寻找合适的锚位，通过调用装载在抛锚船上的视频，判断预选锚位是否清爽，根据锚地船船首方向调整航向，实现智能化操纵锚泊。在船舶行驶过程中，借助网络平台调用陆岸、航标及前船提供的数据或摄像头提供的视频信息来获取航道状况，从而便于航海人员决定采用等待还是规避等方案。

　　3.环境监测与紧急救助

　　可以调整搭建在航标上的无线传感器位置，进行水下水上结合探测，相当于在航道内建立了无数自动环境监测点。将采集的水域环境信息上传至网络平台，一旦环境污染，可实时持续地反馈污染性质与污染物的种类等信息，为治理环境污染和有效应对突发污染事件提供信息保障。

　　在台风季节，气象部门通过网络平台标绘台风实况和预测路径，船舶可实时查看相对位置并模拟未来可能的遭遇。船舶若突发故障，可借助网络平台上报准确的故障位置并描述原因，远程专家甚至可通过视频进行检测、判断并给予具体修复指导；对于发生海难急需救助的船舶来说，网络平台发出的求救信息具有更广泛的受众，可提供更多的转发和更为可靠的应急救援保障。

　　4.其他增值业务

　　在船联网中，各船不但是网络信息的受用者，还可以作为智能航道的实际和重要信息的提供者以及公众信息服务的参与者。

　　通过船上安装的高清摄像头，可将位置、船速以及摄像头所拍摄航道实况图像等信息，实时地发布到航道数据信息网。航道数据信息可以由航标或陆岸基站提供，也可以由航道内接入的船舶共享提供。通过RFID(radio frequency identification)实现了对货物的智能化识别，解决了船货一体化问题，使信息交换更快、更准、更通畅，同时整合了物流行业资源，便于公司通过安全模式实现对船和货的定位、跟踪、监控和调度管理；另外，驾驶人员可在船舶上进行收发电子邮件、指挥调度、货物运输申报与监管、海事检查与评价、信息统计与上报等活动，实现船岸、船港间的信息交换与共享，具有一体化应用功能。

　　船联网主要是采用GPS、GIS、RFID、AIS、30／40等关键技术，提供无处不在的网络接入、多媒体业务、实时安全消息与辅助控制等服务，在GIS平台上实现对船舶、环境与货物状态的在线监控。船联网组织构成如图2所示。

图2：船联网组织构成图

　　船联网主要有传感器、陆岸设施和船舶3个要素，传感器采集船舶与航道信息；陆岸设施发布航道信息，为船舶提供接人服务。通过第三方提供的云存储服务，实时将感知的数据存储于云端。应用时，只需从云中提取数据，并进行相应的业务逻辑处理；同时，可以向相应的传感器发送所需具体数据的请求。通过网络动态地收集、分发和处理数据，使用3G／4G无线通信方式实现船与船、船与环境之间的沟通互动。通过RFID和传感器获取船舶动／静态与航道状态信息；通过GIS、GPS等技术获取船舶位置参数；并通过互联网信息平台，实现对船舶的运行监控以及提供各种综合服务。

　　1.智能感知层

　　智能感知层可分为2个子层，下子层主要是对各节点进行识别，感知并采集船舶位置、航道状况、天气水文等相关信息；上子层主要是在自组织网络范围内传输数据。感知设备主要有GPS、RFID、红外、摄像头和各类传感器等，每个节点安装1个Zigbee模块_5]。首先，采用树族型拓补结构，对各节点采集的数据进行初步处理和分析、存储；然后，通过无线传感器网络WSN(wireless sensor networks)传输给安装在节点上的1个核心协调器。

　　2.网络传输层

　　网络传输层的功能主要是接入互联网(inter—net)，完成数据的分析处理和远距离大范围传输；同时，也可实现对各节点的远程监控和管理。网络层主要使用的设备是互联网CPS节点，其功能相当于传统网络当中的路由器。船联网底层使用的网络协议与TCP／IP协议不同，所以将船联网接人到互联网时需要进行协议转换。船舶与外界通信强调物物之间的端到端通信，这使得任一船舶既可成为服务器，也可作为通信终端。

　　3. 客户应用层

　　客户应用层可分为2个子层，下子层是应用程序层，主要是进行数据处理，定义并实现船联网的各种具体服务，一般认为采用中间件技术是实现这些服务的较好选择；上子层是人机交互界面，定义与用户交互的方式和内容。

　　应用层使用的设备主要是一些网络服务器和船用微机、PDA等，能够实现不同终端享受相同的在线服务；同时，根据不同用户的需求，也可开发出相应权限的系统服务，以保障服务的绝对安全、可靠。

　　“船联网”作为物联网背景下的新兴产物，其建设应围绕畅通、高效、平安、绿色的内河航运发展要求，根据国家物联网产业发展政策，立足于“面向服务、标准引领、顶层设计” 的发展理念。

　　1.服务优先

　　立足于“以服务促管理”的理念，整合与挖掘水路交通信息资源，建立智能化的航运信息服务体系，为内河运输经营者与水运利益相关者提供全方位的水运信息服务，进一步提升内河水运效能。

　　2.标准引领

　　结合我国的标准制定情况及系统应用现状，借鉴国际航运信息化相关标准规范的成功经验，以应用示范工程为依托，在基础信息标准、智能船载终端、信息服务规范、信息共享与数据交换标准、通信网络标准、信息安全标准等方面，有效促进相关设备及信息服务的标准化。

　　3.顶层设计

　　严格遵循物联网身份识别、广泛传感、智能处理的3层体系架构，按照统一的技术路线和服务体系，综合应用感知、定位、传输等物联网技术。具体包括：

　　1)研发智能船载终端并在内河运输船舶上全面安装部署，建立船舶电子身份认证体系，实现内河船舶的自动识别。

　　2)在基层管理站点、重要航道节点等处布设采集设备，搭建内河航运信息感知体系；采用分布式网络架构，建立完善综合航运数据信息平台和数据共享和交换平台，实现示范区域航运信息的互联互通，构成示范区域航运互联、物联的一体化网络体系。

　　3)面向公众、船民建立综合信息服务平台，面向业务部门建立智能分析处理平台，实现内河航运信息服务的一体化、智能化。