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物联网,船舶业的星星之火
2011-11-08

当前,国际海事组织(IMO)越来越重视一个船舶新概念“E-navigation”,即通过电子方式在船上和岸上收集、综合、显示海事信息,以增强船舶到泊位的全程航行能力,增强船舶海上服务和保安能力。如何使这一概念逐渐由抽象变得具体,最终形成一种新的技术手段?在日前举办的第一届船舶电气及通讯导航技术发展论坛上,电气及通讯导航专家建议,我国应积极研讨构建开放、标准船舶物联网体系的可行性,快速推进智能船舶的发展进程。

  物联网体系下的智能船舶

  据悉,广义的物联网概念是利用条码、射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,进行人与人、人与物、物与物在任何时间、任何地点的连接,从而进行信息交换和通讯,以形成智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

  中船重工物资贸易集团有限公司尹涛表示,应用物联网体系的智能船舶可实现船舶及船用设备全生命周期内的实时在线运行维护管理。现代舰船离开船厂后,会航行在世界各地,一艘船舶在几十年的生命周期里,其关键设备和系统以及船舶本身的售后服务难度大、技术复杂,如果将船舶及船上的关键设备按照物联网系统进行智能化处理,借助于现代宽带卫星通信技术,岸上的运维管理人员即可实时在线对整船或者某一关键设备进行监控,实现在线管理,而且通过物联网和电子商务系统协同,可以实现全球范围的高效供应链管理。此外,当全船设备和系统完成了智能化和网络化工程后,物联网将会使船舶无人驾驶变为现实。无人驾驶船舶比有人驾驶船舶更具优势,在适应枯燥、恶劣工作环境方面,机器比人更具灵敏性、耐久性和稳定性;在应付放射性侵害和危险方面,无人驾驶船舶的政治和人员风险更低,完成任务的几率更高;长远来看,无人设备的持续运维成本可能会更低。

  船舶物联网搭建初具条件

  目前,船舶行业外对物联网技术的认知度越来越高,包括智能城市、智能交通、智能家庭、智能工业、智能农业等,都在应用物联网概念。那么,围绕电气及通讯导航建立物联网体系,构建智能船舶的条件是否具备?

  对此,尹涛认为,随着电子技术、信息技术的飞速发展,船舶自动化控制系统正朝着分布型、网络型、智能型系统方向演进,将会使船舶实现智能控制、卫星通信导航、船岸信息直接交流等目标。因此,通过借鉴互联网的发展模式和利用其积淀下来的巨大技术资源,船舶行业目前已经初步具备了构建开放、标准船舶物联网体系的先决条件。

  中远集团安全技术监督部经理高志成也表达了相近的观点。他认为,计算机技术和网络技术在船舶上的运用程度越来越高,提高了船舶的自动化水平,促进了船舶信息化的建设。此外,从提高船舶航行的安全性、经济性以及管理效率的角度出发,国际海事公约对船舶技术和船上管理工作也提出了基于信息技术的新要求。目前,已有大量信息技术产品被用于船上,如全球定位系统(GPS)、ARPA雷达、自动识别系统(AIS)、电子海图显示和信息系统(ECDIS)、集成机舱等。因此,随着船舶电气化发展为集机舱自动化、航行自动化、机械自动化、装载自动化等于一体的多功能综合系统,传统的机电控制方式逐渐被智能化、网络化和数字化控制手段所替代。随着船舶局域网的应用范围逐步扩大,通过建立一个新型的全局数据通讯网络,实现数据传输网络和平台监控网络合二为一的目标将成为可能。

  构建船舶物联网先从基础抓起

  对于构建船舶物联网应注意的诸多问题,专家也给出了相应建议。首先,构建船舶物联网必须解决硬件接口和数据协议标准化问题。物联网终端基本由外围传感接口、中央处理模块和外部通讯接口3个部分组成,通过外围接口与传感设备连接,读取这些传感设备的数据并通过中央处理模块处理后,再按照网络协议,采用相应的无线数据通讯等方式发送到指定中心处理平台。物联网终端是物联网的关键设备,必须通过其转换和采集,才能汇集和处理各种外部感知数据,并将数据通过各种网络接口传输到互联网中,或从互联网获取相应的指令完成规定的动作。如果物联网的传感设备、控制设备由不同厂商提供,其接口规则和通讯规则会存在差异,因此,船舶电气及通讯导航设备各级厂商应制定统一标准的物联网传感器与终端间的接口规范和通讯规范,以满足不同厂商设备的硬件互联需求。此外,数据协议是终端与平台层的数据流交互协议,其标准化会方便新研发终端的网络接入和管理,因此,构建物联网需要行业管理者制定出标准化的通用协议,以满足不同厂商终端的互联需求,扩大并推广未来物联网的使用范围。

  其次,制定船舶总线标准,是奠定船舶物联网的基础。当前,汽车多采用控制器局域网络(CAN)总线作为控制器联网的手段,其优势在于大量长距离铺设的不再是功率导线,而是信号线,从而能够减少线束,简化设计,降低生产成本,提高安全性。对此,船舶行业也可加以借鉴,即在船舶内部采用基于CAN总线的网络结构,以达到信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的。通常的船舶网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点,并使用网关服务器来实现整船的信息共享和网络管理。CAN协议定义了物理层及数据链路层规范,如果需要建立更加完善的系统,还需要在CAN的基础上选择合适的应用层协议。因此,专家建议船舶电气及通讯导航设备商应参考由美国SAE(Society of Automotive Engineer)组织维护和推广J1939协议来建立船舶总线标准。

  有梦想才会有奇迹

  当前,造船行业正在步入一个大变革的时代,原油船货油舱耐蚀钢、纯液化天然气动力推进船舶以及无压载水船舶等一系列亘古未有的创新产品正在逐步变成现实。基于这些经验,当船舶物联网进入我们的视野时,国内船厂及船配企业应该瞬间敏感起来,因为,这点星火很可能会在未来形成燎原的火势。

  船舶向高技术含量、高附加值方向发展已成为共识。历史经验证明,新技术的发明者和推动者因为大胆预想并引领了船舶发展方向而始终占据主动,相比之下,无意于创新的跟随者处处被动。遗憾的是,我国船舶工业通常在扮演追赶者的角色,在这一过程中,我们多数时间都在紧盯着眼前的对手,忘记了我们真正的目标其实在离对手更远的前方,这种跟随让我们疲惫不堪。因此,中国船舶工业要真正实现从大到强的目标就必须在“双高”领域追赶竞争对手的同时抢占新的战略高地。

  对于“双高”船舶而言,绿色化、自动化、智能化和网络化是必不可少的关键字。目前,我国船企在开发动力驱动改进装置、实用气体燃料、废热回收、螺旋桨抛光等船舶绿色减排技术方面已又一次明显落后于欧、日、韩船企,未能摆脱疲惫追赶的宿命,但是,只要敢于梦想、敢于追求,我们在实现船舶自动化、智能化和网络化方面就有希望创造奇迹、扳回一城。

  当前,在汽车、家电等领域追求智能化理念的企业均在积极研发、储备及应用物联网技术,而船舶物联网技术同样也是实现船舶自动化、智能化和网络化的最好切入点。物联网的核心是把感应器装载在实物载体上,通过移动通信、无线宽带、无线射频识别技术、卫星通信等技术把物和物连接起来。一旦构建起船舶物联网体系,通过岸与船、船与船之间对话,完成咨询、设备维护、故障诊断、船舶管理等业务活动,甚至可以实现船舶的无人驾驶,从而最大限度地提高船舶航行的安全性、可行性和经济性。就技术原理和航运市场潜在需求看,发展船舶物联网具有可靠性和可操作性。因此,船厂和电气及通讯导航配套商,目前要做的是创新思路,积极行动起来,及早研讨、制定可行性发展战略,在统一策略的指导下联合投入研发力量,尽快在船舶物联网方面实现技术突破,掌握主动权,将打造智能船舶的梦想变成现实。


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