智能船舶船岸一体化系统应用

(上海外高桥造船有限公司,上海 200137)

1 系统构成

智能船舶的自主航行、远程维护、能效管理等功能的实现都需要借助船岸一体化系统来完成船岸信息交互；而为了实现智能船舶船岸一体化系统的船岸信息交互的功能，船内、船端和岸端均需进行设备系统的改造升级。智能船舶船岸一体化系统被分成船端网络信息平台、船端通信设备、智能船舶岸端三个部分。

1.1 船端网络信息平台

常规船舶的导航、推进、监测、火警等系统各自独立，各系统由自有的传感器、处理器、及外部设备接口组成一个封闭独立的系统。虽然相关设备通过接口可以达到信息传输的目的，但是各系统间的数据之间的关联性提取无法实现。尤其是智能船舶的自主航行、远程维护等功能的实现，传统独立系统也无法满足要求。

船舶智能网络信息平台的构建应运而生，传感器、处理器不再专属于某一系统，而是直接将其连至网络信息平台，所有信息由网络信息平台统一处理，网络信息平台的任意一台服务器或指定服务器通过应用模块的运行，即可完成对该系统功能所需信息的调用和处理[2-3]。

1.2 船端通讯设备

目前营运船舶多采用FBB作为标准船岸通信方式，FBB使用L波段，最高理论速度只有432 kb/s，以流量计费，费用较高。新造船舶多采用FBB+VSAT的船岸通信方式，在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段的VSAT，由于VSAT系统理论速度可以提高到2Mb/s，采用包月计费，相较单纯使用FBB的方案经济一些。VSAT系统相对新一代Ka 波段的Global Xpress系统速度慢，但是目前Global Xpress系统的信号覆盖范围小，使用受到限制。综合比较 FBB+VSAT组合的船岸通讯方式为目前的最佳方案[3]。

1.3 智能船舶岸端设备

岸端设备通常由服务器、网关设备、终端设备等相关的网络设备组成。岸端设备通过卫星通讯接收来自在航船舶的数据信号，输入到服务器后对数据进行解压缩、解密、校验等属具处理并存储。拥有授权的终端设备可以通过网络对服务器中的数据进行读取和修改。服务器的应用模块可以对数据进行处理分析，并将处理结果回传至营运船舶。

2 系统设计

2.1 船端网络信息平台设计

智能网络信息平台网络结构采用双环网的拓扑结构,见图1。船舶设备种类繁多、分布分散。环网拓扑结构拥有覆盖面积大，距离中心节点距离较长的特点。单环网自愈性较差，双环网具有优秀的自愈性，即使出现少量系统故障依旧可以保持正常运行。较之其他拓扑结构，双环网的网络传输速度有所损失，但与陆地网络通讯距离相比船舶通讯距离对网络的传输速度影响可以忽略。同时在智能网络信息平台的设备使用光纤代替网线，提高了主干网络的信息传输速度，以满足各系统的响应时间要求[4]。

根据船舶的设备布置和数据通信需求，按照船舶舱室结构布局，划分为上建和机舱两个物理空间，来构建船舶网络平台的架构。上建部分主要收集通导系统、火警系统、压载系统等船舶导航、安全的系统信息。机舱部分主要收集主机、发电机、锅炉等电站及推进系统的信号。

为满足智能船舶的大数据平台共享的理念需要，导航系统、主机监控、主机推进系统、机舱辅助系统、液位遥测等系统的感知传感器都通过分布在上建和机舱内的多个信号转换单元直接接入网络信息平台，实现设备的信息参数对所有在线设备共享。设置在驾驶室、集控室等位置的网络工作站根据定义的功能或授权，读取部分或全部信息，完成数据的处理，实现原有单一系统或多系统的功能[5]。

2.2 船端通信系统设计

VSAT+FBB的卫星通信的方式需要在罗径甲板安装VSAT、FBB天线，将2套卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。该接口单元除具有网间连接器、协议转换器、加密机等传统功能外，还内置了3G/4G等陆用移动通信模块。通过该船岸接口单元将本船网络信息平台与VSAT、FBB连接，实现网络信息平台与岸端设备信息交互的连通。

2.3 船岸数据同步原理

首先在岸基的服务器中根据每一条实际运营船舶的初始运行参数建立一条数据虚拟船舶，当船端信息网络平台发现设备异常或参数变化时，平台对设备运行信息进行初步的处理分析，此时将设备的参数变化或运行情况的判断结果打包加密发送至岸端；岸端将船端发送的变化信息在虚拟船舶的数据库中进行数据还原，以达到信息同步的目的。受限于VSAT通讯速度和流量的原因无法将网络平台的所有信息同步传输到岸基，3G/4G等陆用移动通信功能就可以在船舶靠港时完成全网络平台信息的同步，避免了离岸时部分数据传输造成的虚拟船舶数据失真，弥补了VSAT通讯数据量的不足[6]。

3 系统功能

3.1 远程监控

之前船舶离港后，船舶状态运行情况在岸端不得而知。但船岸一体化系统应用后，船舶的数据可以实时传输到岸端服务器。各种网络终端可以在授权的情况下对服务器进行访问，船队管理人员可以对在浏览器界面上查看整个船队的位置和船舶航行的整体情况，船公司老板可以在手机的应用终端查看实船conning上如航速、吃水、地理位置、配载、倾角、主机转速、油耗等信息[8]。

同时设备供应商也可以经授权后通过对岸端服务器进行访问对该公司所提供的设备使用及运行情况进行实时监控。

3.2 远程维护

船岸一体化系统的应用，船舶航行中的报警将实时传送到岸端，船舶公司设备管理人员可以根据报警情况对船上的设备使用进行指导。同时借助信息网络平台的机舱设备运行维护应用模块对设备运行状态做出的实时判断分析并反馈岸端[8]。岸端通过对虚拟数据和船舶的历史数据对比分析，发现潜在的设备故障，为船端提供应对解决方案，可以提前对有潜在故障的设备进行排查维护[9]。

3.3 气导服务

在岸端通过购买气象信息的定制服务获得船舶航行区域最新的风速风向、潮汐、浪高、台风等气象信息，岸端服务器结合船期自动计算航线并在海图上直接反映。可以实现预计到港时间最短，航行距离最短，航行成本最小等不同航线优化策略。再将计算的航线策略数据打包回传到船上。船员可以参考岸端的航线策略对船舶的实际航航线进行规划，为科学规划航线提供理论支持[10]。

4 结论

船岸一体化系统的应用解决了船舶与岸端的设备信息交互的问题。岸端可以时时掌握在航船舶的运行和设备状态。离岸船舶可以有效利用大量在岸的服务和保障支持，提高了船舶运行的安全性。

船岸一体化系统的应用为智能船舶所需信息交互提供了技术保障，使得智能船舶的船舶综合能效，设备运行维护、货物状态监控、自动驾驶辅助决策等功能成为实现，随着智能船舶船岸一体化系统信息交互能力的提升及其他智能应用的发展，未来智能船舶将逐步实现自主导航、远程控制、船舶自主航行等功能，使智能船舶更安全、更经济、更环保。