物联网综合航运信息系统
楼于海
一、引言
提高船舶航行安全监控水平，提高运输管理效率，解决船舶管理和营运成本高，信息服务质量难以满足需求等，一直是困扰航运企业和航运信息化建设亟待解决的共性问题。
随着信息与物联网技术的发展，物联网以其“全面感知、可靠传递、智能应用”的优势，推进船岸一体的信息平台和数据挖掘共享，致力于解决船舶和货物管理运营成本较高，提高航行效率和服务品质，加强安全管理等问题。实现航运企业对船舶运输全过程智能控制与管理，有效调控远洋船舶运力和船队结构，降低物流成本，节能减排。增强船舶运输信息服务手段和服务能力，促进航运业生产和管理方式向网络化、精细化、智能化的转变，提高船舶和货物安全管理和科学决策水平。
二、物联网航运综合信息管理系统
1.物联网概念
物联网的英文名是Internet of Things（IOT），也称为Web of Things，是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网的特征来划分，物联网主要有三大技术体系，一是感知技术体系；二是通信与网络技术体系；三是智能技术体系以及相关技术标准、运行机制。
2.感知、通信与网络技术体系应用
物联网航运综合信息管理系统充分利用物联网感知技术，充分运用物联网通信与网络技术，采用GPS技术、GIS技术、数据通信、无线通信、卫星通信、3G通信、有线通信等，在数据采集上通过视频与图像感知技术、传感器感知技术，运用物联网技术标准和运行机制，船舶通导、电气设备和E-navigation相关接口标准，结合智能计算、云计算、移动计算、ERP、数据挖掘和专家系统等，实现货物自动识别、自动感知、自动定位、过程追溯、在线追踪、在线调度、动态监控等应用。
3.智能技术体系应用
通过友好界面和便捷操作，支持移动终端，实时显示船舶综合信息，引入全球的岸基AIS、卫星AIS、船舶AIS，LRIT、 POLLING等船位数据，全球的电子海图、船舶动态日报表、船舶基础数据、航行气象、天文潮汐、电航数据、机舱监控、视频监控、燃润料消耗、货物监控等数据，运用数据挖掘技术、智能调度技术、优化运筹技术等等，结合航线辅助设计和专家系统，实现船舶运输智能化、可视化、自动化和岸基支持，增强船舶运输信息服务能力，为航运管理、辅助决策和应急指挥提供强大支撑。
三、物联网航运管理业务逻辑
业务逻辑总体分为船端、公司端和二者之间的通信系统三部分。业务逻辑如下图1所示：
图1
1.船端
通过采集航行数据、采集机舱状态、监控视频、货物状态（冷藏箱的温度、湿度）等感知动态信息，通过数据汇总和分析处理，既用于船端的航行管理、货物监控、能效监管等，另一方面通过船载通信设备，定时向岸基进行数据同步。
2.通信系统
船岸之间通信的桥梁。船舶利用无线局域网、AIS、无线电通信、3G通信、海事卫星、北斗卫星、VAST卫星、铱星等传输各类数据。
3.公司端
接收船端信息，完善岸基视频监控和海图监控等动态监控系统，对船端数据进行处理和综合分析，通过调度和应急指挥系统，综合分析和辅助决策系统生成航行方案或处置方案，将指令发给船端。同时，与企业现有的船舶安全管理系统数据共享，为后者提供实时查询、异常报警、航行状态等数据。
四、总体架构
系统总体框架包括数据采集终端、船岸通信、基础设施、数据资源、业务应用和系统用户等6个层次，包含了物联网感知层、传输层和应用层，与物联网标准规范相融合。如图2所示。
船载终端主要包括船载通信设备和物联网感知设备，即船载的GPS、AIS、船舶数据记录仪（VDR）、操舵仪、罗电经、机舱集控等航行终端和各类传感器、RFID、流量仪、摄像机等，实现对船舶航行状况和货物状态信息的感知与采集，组成感知层。
船岸通信主要依靠通信卫星、有线和无线通信网、INTERNET等，搭建物联网传输层链路，负责传递和处理感知层获取的信息，实现船舶与岸基的数据和视频内容传输。
软硬件支撑平台分为船端和岸端，分别包括相应的服务器主机、存储备份系统设备、网络和安全设备等。
数据资源包括船端的航行数据、货物数据、机舱数据，岸端的调度数据、应急指挥相关数据、辅助决策数据、监控视频，以及其他业务应用系统的业务数据库、数据仓库等。
业务应用包括船端的数据采集与处理、船舶货物监控、船舶能效监控等业务应用系统；岸端包括岸基监控信息支持、岸基船舶监控调度和应急指挥、远程视频监控、综合分析和辅助决策系统等业务应用系统。
整个应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，遵循物联网已有的行业标准规范，并对其进行补充完善，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用，最终为船东、货主、货代、船代、港口、政府监管部门等单位用户提供服务。同时还需研究制定相应的运行管理机制，以提供长期运行的保障。
五、物联网航运管理系统功能
1.船端应用
船载数据采集与处理功能，对船舶航行参数、海况和气象环境、船舶机务状态信息进行数据采集、数据整合处理、事件检测和记录，并通过船舶通信设备，定时向岸基传输。
船舶货物监控功能，对油轮装载的原油等货物进行安全监控；对集装箱冷藏箱的箱、货、流进行跟踪监控。
船舶能效监控和管理功能，对船舶的运行情况及能源使用情况进行监控。
同时运用物联网技术，通过传感器实现船舶基础数据的自动化采集与动态统计，提高数据采集的效率与质量，使管理人员从繁琐的数字输入中解放出来，把精力集中在机舱工控、燃油的跟踪和科学监控上；实现船舶主副机、油料消耗定额的实时优化，使之更贴近船舶动力设备和燃油消耗的实际情况，为设备运转和燃油监控与异常消耗预警提供科学依据。
2.公司端应用
岸基监控信息支持功能，接收船端上传的信息，进行检测、处理和综合分析集成，提供信息支持管理和服务应用。
岸基船舶监控调度和应急指挥功能。建立多态自适应模型，对船舶航行进行综合调度，达到生产资源的最优化配置。为船长提供风险预警方案和参考处理方案，一旦船舶发生紧急情况，可调动岸上的各类资源，给出优化的应急处置方案。
远程视频监控功能。根据需要对船舶运行状况进行查看，提高岸基航行支持、防海盗、技术支持和远程医疗能力。
综合分析和辅助决策功能。进行远洋船舶综合分析，从设备运行、海况气象、航行计划等方面分析是否存在异常情况，并引入全球海洋气象中心的气象数据和第三方提供的航线规划数据，把生产调度、周边气象环境、经济效益结合，合理判断和分析船舶在航状态，确定机舱工控、油耗，对单船的性能和油耗实现实时、精确掌握和控制，制订与优化船舶航线、航速、主机转速、燃料补给等方案，进行航行成本分析和经济航速、航线计算，生成最优航行方案提供给船端。
六、结束语
以物联网为核心的信息技术发展被誉为第三次信息技术革命，航运管理作为物联网技术最重要的应用领域之一，也将会越来越受到航运界的关注。可以相信，随着物联网的技术发展与应用的进一步深化，航运管理信息化必将进入物联网的时代。
一、引言
提高船舶航行安全监控水平，提高运输管理效率，解决船舶管理和营运成本高，信息服务质量难以满足需求等，一直是困扰航运企业和航运信息化建设亟待解决的共性问题。
随着信息与物联网技术的发展，物联网以其“全面感知、可靠传递、智能应用”的优势，推进船岸一体的信息平台和数据挖掘共享，致力于解决船舶和货物管理运营成本较高，提高航行效率和服务品质，加强安全管理等问题。实现航运企业对船舶运输全过程智能控制与管理，有效调控远洋船舶运力和船队结构，降低物流成本，节能减排。增强船舶运输信息服务手段和服务能力，促进航运业生产和管理方式向网络化、精细化、智能化的转变，提高船舶和货物安全管理和科学决策水平。
二、物联网航运综合信息管理系统
1.物联网概念
物联网的英文名是Internet of Things（IOT），也称为Web of Things，是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网的特征来划分，物联网主要有三大技术体系，一是感知技术体系；二是通信与网络技术体系；三是智能技术体系以及相关技术标准、运行机制。
2.感知、通信与网络技术体系应用
物联网航运综合信息管理系统充分利用物联网感知技术，充分运用物联网通信与网络技术，采用GPS技术、GIS技术、数据通信、无线通信、卫星通信、3G通信、有线通信等，在数据采集上通过视频与图像感知技术、传感器感知技术，运用物联网技术标准和运行机制，船舶通导、电气设备和E-navigation相关接口标准，结合智能计算、云计算、移动计算、ERP、数据挖掘和专家系统等，实现货物自动识别、自动感知、自动定位、过程追溯、在线追踪、在线调度、动态监控等应用。
3.智能技术体系应用
通过友好界面和便捷操作，支持移动终端，实时显示船舶综合信息，引入全球的岸基AIS、卫星AIS、船舶AIS，LRIT、 POLLING等船位数据，全球的电子海图、船舶动态日报表、船舶基础数据、航行气象、天文潮汐、电航数据、机舱监控、视频监控、燃润料消耗、货物监控等数据，运用数据挖掘技术、智能调度技术、优化运筹技术等等，结合航线辅助设计和专家系统，实现船舶运输智能化、可视化、自动化和岸基支持，增强船舶运输信息服务能力，为航运管理、辅助决策和应急指挥提供强大支撑。
三、物联网航运管理业务逻辑
业务逻辑总体分为船端、公司端和二者之间的通信系统三部分。业务逻辑如下图1所示：
图1
1.船端
通过采集航行数据、采集机舱状态、监控视频、货物状态（冷藏箱的温度、湿度）等感知动态信息，通过数据汇总和分析处理，既用于船端的航行管理、货物监控、能效监管等，另一方面通过船载通信设备，定时向岸基进行数据同步。
2.通信系统
船岸之间通信的桥梁。船舶利用无线局域网、AIS、无线电通信、3G通信、海事卫星、北斗卫星、VAST卫星、铱星等传输各类数据。
3.公司端
接收船端信息，完善岸基视频监控和海图监控等动态监控系统，对船端数据进行处理和综合分析，通过调度和应急指挥系统，综合分析和辅助决策系统生成航行方案或处置方案，将指令发给船端。同时，与企业现有的船舶安全管理系统数据共享，为后者提供实时查询、异常报警、航行状态等数据。
四、总体架构
系统总体框架包括数据采集终端、船岸通信、基础设施、数据资源、业务应用和系统用户等6个层次，包含了物联网感知层、传输层和应用层，与物联网标准规范相融合。如图2所示。
船载终端主要包括船载通信设备和物联网感知设备，即船载的GPS、AIS、船舶数据记录仪（VDR）、操舵仪、罗电经、机舱集控等航行终端和各类传感器、RFID、流量仪、摄像机等，实现对船舶航行状况和货物状态信息的感知与采集，组成感知层。
船岸通信主要依靠通信卫星、有线和无线通信网、INTERNET等，搭建物联网传输层链路，负责传递和处理感知层获取的信息，实现船舶与岸基的数据和视频内容传输。
软硬件支撑平台分为船端和岸端，分别包括相应的服务器主机、存储备份系统设备、网络和安全设备等。
数据资源包括船端的航行数据、货物数据、机舱数据，岸端的调度数据、应急指挥相关数据、辅助决策数据、监控视频，以及其他业务应用系统的业务数据库、数据仓库等。
业务应用包括船端的数据采集与处理、船舶货物监控、船舶能效监控等业务应用系统；岸端包括岸基监控信息支持、岸基船舶监控调度和应急指挥、远程视频监控、综合分析和辅助决策系统等业务应用系统。
整个应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，遵循物联网已有的行业标准规范，并对其进行补充完善，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用，最终为船东、货主、货代、船代、港口、政府监管部门等单位用户提供服务。同时还需研究制定相应的运行管理机制，以提供长期运行的保障。
五、物联网航运管理系统功能
1.船端应用
船载数据采集与处理功能，对船舶航行参数、海况和气象环境、船舶机务状态信息进行数据采集、数据整合处理、事件检测和记录，并通过船舶通信设备，定时向岸基传输。
船舶货物监控功能，对油轮装载的原油等货物进行安全监控；对集装箱冷藏箱的箱、货、流进行跟踪监控。
船舶能效监控和管理功能，对船舶的运行情况及能源使用情况进行监控。
同时运用物联网技术，通过传感器实现船舶基础数据的自动化采集与动态统计，提高数据采集的效率与质量，使管理人员从繁琐的数字输入中解放出来，把精力集中在机舱工控、燃油的跟踪和科学监控上；实现船舶主副机、油料消耗定额的实时优化，使之更贴近船舶动力设备和燃油消耗的实际情况，为设备运转和燃油监控与异常消耗预警提供科学依据。
2.公司端应用
岸基监控信息支持功能，接收船端上传的信息，进行检测、处理和综合分析集成，提供信息支持管理和服务应用。
岸基船舶监控调度和应急指挥功能。建立多态自适应模型，对船舶航行进行综合调度，达到生产资源的最优化配置。为船长提供风险预警方案和参考处理方案，一旦船舶发生紧急情况，可调动岸上的各类资源，给出优化的应急处置方案。
远程视频监控功能。根据需要对船舶运行状况进行查看，提高岸基航行支持、防海盗、技术支持和远程医疗能力。
综合分析和辅助决策功能。进行远洋船舶综合分析，从设备运行、海况气象、航行计划等方面分析是否存在异常情况，并引入全球海洋气象中心的气象数据和第三方提供的航线规划数据，把生产调度、周边气象环境、经济效益结合，合理判断和分析船舶在航状态，确定机舱工控、油耗，对单船的性能和油耗实现实时、精确掌握和控制，制订与优化船舶航线、航速、主机转速、燃料补给等方案，进行航行成本分析和经济航速、航线计算，生成最优航行方案提供给船端。
六、结束语
以物联网为核心的信息技术发展被誉为第三次信息技术革命，航运管理作为物联网技术最重要的应用领域之一，也将会越来越受到航运界的关注。可以相信，随着物联网的技术发展与应用的进一步深化，航运管理信息化必将进入物联网的时代。
