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国内外船联网发展趋势展望

发布时间:2014-09-18 被阅次数:4524 来源:船联网

 

  船联网(ConnectedShips)是一个新兴概念,它将物联网技术引入船舶及航运领域,是一个全新的方向,具有一定的创造性和探索性。国内外为促进内河航运绿色健康发展,已启动了船联网相关研究与示范项目。例如,欧盟提出了构建统一的内河航运综合信息服务系统(简称 RIS 系统);我国也开展了“长三角航道网及京杭运河水系智能航运信息服务(船联网)应用示范工程”等。因此,在新一代信息和通信技术(ICT)——物联网技术蓬勃发展的背景下,船联网作为其智能交通行业应用的重要方向之一,将可以利用物联网的传感、定位、标识、跟踪、导航等多种手段,实现航运海事的精细化管理,并向信息化、网络化、绿色化、智能化趋势发展。

  船联网的概念及特点

  目前,国内外学者、机构对“船联网”有着不同的理解和定义。国内学者、机构一般将“船联网”译作“Internet of ships”、“Internetof vessels”,在定义上偏重三方面:物联网技术、多种航运要素(船舶及货物、船载设施、岸基设施、航路设施、环境信息及相关人员)及(内河)智能航运信息综合服务。例如,上海海事大学的研究人员将船联网界定为: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、船货互联及船岸互联的内河智能航运信息综合服务网络;尚普咨询行业分析师则认为“船联网是通过网络把船舶都联起来,基于实现航运治理精细化、行业服务全面化、出行体验人道化的目标,融合了物联网技术的智能航运信息服务的网络”。

  国外相关机构更多使用“Connected shipping”、“Connected ships”、“Connected vessels”,强调“智能船舶”的概念,侧重各种信息和通信技术(ICT)对航运信息的互联互通作用。例如,2014年6月,世界领先的船级社和可持续发展服务机构DNV GL发布的《航运业未来》报告重点强调了“智能船舶”(The Connected Ship)以及在航运业中探索信息和通信技术(ICT)的使用。

  综上所述,船联网的概念应具备以下特点:

 (1)技术融合性。虽然“船联网”更多地强调了新一代ICT技术-物联网技术的应用,但也包括与其它信息通信技术的融合应用;

 (2)要素载体多样性。船联网的要素具有多样化特点,其中,船舶、货物及船载设施本身的自动化、信息化水平将对船联网的发展产生重要影响,这在一定程度上也体现了“智能船舶”的发展方向;

 (3)服务功能集成化。船联网的最终目的在于实现各种航运要素载体信息的有效传输、互联互通(共享),从而达到智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等集成服务的功能。

  值得一提的是,正因为“物联网”技术在各行各业的应用范围越来越广,各种新概念也层出不穷,与此相关的就有“航运物联网”、“港口物联网”等。因此,结合国内外实际情况,我们认为,“船联网”的内涵还需要进一步界定:它是以“船”作为要素主体(像“车联网”所定义的那样,以“车”为节点和信息源);以物联网技术、互联网技术等多种ICT技术为手段实现各种航运海事要素的信息获取、传输及互联互通;以构建基于船舶物联网体系的智能航运与智能海事信息服务网络为目的。

  国外船联网发展态势

  近几年,随着ICT技术的不断发展,船联网已经逐步从概念研究阶段过渡到船联网体系研究、示范工程、产品开发等阶段。

  国外船联网的发展主要源自2006年欧洲开展的内河航运综合信息服务RIS(River Information System),它建立在较为完善的航运基础设施之上,运用信息技术、通信技术、电子控制技术和计算机处理技术等集成应用于传统的内河航运体系,通过异构系统的互联互通、资源共享,实现海量航运信息的采集、传输和处理,提供交通管理、交通运输信息、物流信息、应急救援等在内的八大信息服务功能,实现了泛欧内河航运交通运输的高效、安全、环保,已成为内河航运现代化、信息化的成功典范,代表着世界内河航运信息化发展的先进成果与未来趋势,引起了全球范围高度关注。

  目前,国外船联网的研究工作着重强调了ICT技术在航运海事信息服务领域的应用以及“智能化”船舶。

  1.e-Navigation战略力促航运海事信息化技术新发展

  e-Navigation概念是国际海事组织(IMO)于2006年提出,如今在全球主要航海国家越来越受到重视。该项战略计划的主要功能就是强调通过电子信息方式,整合现有的和新的导航设备,特别是电子设备,在船上和岸上收集、综合和显示海事信息,实现船-船、船-岸和岸-岸之间信息的相互沟通,以达到实现船舶安全、经济航行和环境保护的最终目标。目前,芬兰、日本等国家都采取了相应的应对措施及实践活动。例如,芬兰的COAST WATCH系统将AIS、VTS、CCTV等导航设备整合到一个统一的平台,构建了国家水上交通管理平台;日本的电子航海支持系统(ENSS)以AIS、ECDIS 为基础建立,通过AIS持续将动态信息发送到船舶。此外,欧盟在2010年启动了蒙娜丽莎工程(MONALISA工程),它立足于e-Navigation基本架构,采集、融合、交换、展示和分析包括航道信息、港口信息、船舶船员信息、航运管理信息、水上安全信息货物及航运市场信息、公共服务信息等在内的所有信息,并按照不同的用户业务需求提供数据信息,实现信息的无缝共享(图1)。

图1 欧盟MONALISA工程

资料来源:中国海事助航技术研究中心,2012

 

  2.瑞典爱立信提供GSM/VSAT船联网解决方案

  在“船联网”方面,2012年,瑞典爱立信已经为全球最大的航运公司马士基(MAERSK)提供船队(集装箱船)端到端集成技术,并部署移动和卫星通信设备。爱立信的集成航海移动和小口径卫星通信终端(mobile and very-small-apertureterminal,VSAT)解决方案,将把移动连接性延展到整支船队,从而提供新的通信方式,提高效率和可靠性,同时削减成本。该解决方案还为实时远程通信铺平道路,在更大范围内获取信息,从而提高船只的日常运行效率(图2)。

图2 爱立信船联网解决方案(GSM/VSAT)

资料来源:Digital ship, 2013

 

  3.韩国多方合作着力打造以ICT为基础的“智能船”

  2011年,由韩国电子通信研究院(ETRI)和现代重工共同研发了船舶通信技术——船域网(SAN,Ship Area Network)(图3)。利用该技术不仅能够对发动机等船内部各种航海装置的状态进行综合管理;还可以使海运公司实现在陆地上对船舶的实时远程监控,以及进行软件升级等设备维护,大幅减少航运管理的费用。船舶在航行的过程中一旦出现航海装置的异常报告,海运公司就能及时确认船只状态,并进行修理维护,比每次花费3000美元用直升机派专家登船检修要经济实惠得多。目前,该技术已成功应用于丹麦A.P.穆勒-马士基集团的40艘船上。

图3 基于船域网技术的智能船舶概念图

资料来源:中国经济网、韩国知识经济部网站

  除了基于船舶本身的智能化管理外,韩国还积极在通信和航海服务领域通过IT融合创造更多的附加值。2014年5月,韩国大宇造船与海洋工程公司(DSME)与移动运营商电讯(SKT)签署合作协议,将联手研发信息和通信技术(ICT)为基础的“智能船”。新一代智能船将配备全球电信网络的导航和监控系统,而所有船上的服务将被融合到一个单一网络,其主要任务是建立一个多链接船舶监控系统,进行自动化和无人化服务。

  国内船联网发展态势

  我国船联网现阶段的发展具有一定的中国特色:在技术上强调了物联网技术的行业应用;在示范应用及实践层面又继承了欧洲RIS所提及的“内河航运信息服务”,从而体现了其智能航运、智能海事的特点。但由于船联网涉及信息标准规范、信息安全保障、船舶电子身份认证、航运信息资源共享等多个细分领域,因此,总体而言,我国的船联网正处于起步发展阶段,各项经验和技术还有待验证和进一步研究。

  1.国家及地方多项政策规划支持

  在智能航运方面,2013年10月,国家发展改革委、工业和信息化部、科技部等多家单位制定了10个《物联网发展专项行动计划》,指出其重点任务之一便是推动交通管理和服务智能化应用。其中,在智能航运服务物联网应用示范方面,由交通运输部负责,将在前期工作基础上,2014年完成1~2个示范建设,2015年起逐步扩大示范规模。目前,江苏、浙江已明确将船联网纳入其《江苏交通运输信息化“十二五”发展规划纲要》、《杭州市“十二五”水路交通运输信息化发展规划》)规划之中。除此之外,2014年3月,山东省也在其出台的《山东省物联网专项行动计划》中指出将在推动交通管理和服务智能化应用方面,选择2~3个大中城市和2~3个内河流域实施城市智能交通和智能航运服务物联网应用示范工程,开展车辆识别、航运服务、交通管理应用示范。

  在海事信息化方面,2011年,交通运输部海事局发布了《海事信息系统顶层设计报告》,并明确提出:海事系统应在现有信息化基础上借鉴物联网的感知-传输-应用体系,通过RFID、红外感应技术、全球定位系统和激光扫描器等先进的信息传感设备,实现对船舶及其相关的船员、船公司、通航环境等管理要素的全面感知、有效传输和按需定制服务,使海事系统内部人员和相关单位及人员能够在任何时间、任何地点处理任何相关业务,为公众提供便捷、实时的信息服务,以感知船舶为核心的“智慧海事”(图4)。鉴于此,多个地方海事局也在其“十二五”发展规划中(如《天津海事局“十二五”综合发展规划纲要》、《上海海事局“十二五”发展规划》)中将其作为重点发展内容。

  此外,深圳市则从海洋产业发展的角度将“船联网”纳入其2013年11月出台的《深圳市海洋产业发展规划(2013-2020年)》之中,指出:将海洋电子信息作为重点领域技术布局之一,发展一体化的多源海洋信息融合中枢技术,高效处理、融合海量海洋信息,建立海洋信息的综合交换和信息共享平台,发展基于云计算的海洋信息共享服务创新模式,建立基于虚拟海洋环境的多维动态可视化共享服务体系,构建基于北斗卫星系统的多用途信息融合平台和信息交互,建立水下物联网、海底控制网、船联网、北斗导航系统、地球遥感系统、海事卫星系统的通信接,实现水下传感器的海洋网络构建,并建立海空天一体化的立体海洋观测传感网。

图4 感知船舶

资料来源:交通运输部海事局《海事信息系统顶层设计报告》

  2.浙江、江苏智能航运(船联网)重点示范项目取得重要进展

  2011年8月,经国家发改委和财政部批准立项、交通运输部出台相关支持政策的国家物联网示范工程项目(全名为“长三角航道网及京杭运河水系智能航运信息服务(船联网)应用示范工程”)展开,它预示着我国船联网开始走上发展的道路。其中,浙江、杭州船联网示范项目取得重要进展:

 (1)浙江省。其“浙江省港航船舶综合监管系统”被认为是船联网的雏形。目前主要以杭州、嘉兴、湖州为主要试点城市开展相应的船联网建设(表1)。2014年1月,提出了《浙江智能航运服务物联网应用示范项目(船联网)建设方案》。

 (2)江苏省。目前无锡、泰州、镇江等地已经开展了相应的试点工作(表1)。其建设内容主要包括船舶航道感知传输网络、水运数据中心监测数据整合、水路交通运输监测预警平台、业务协同流程优化水路综合服务体系(图 5)。

表1 浙江、江苏船联网建设内容及进展

省份

城市

船联网试点建设内容

浙江

杭州

      建设初期主要在京杭运河杭州市河航段(北星桥-三堡)推进,内容锁定在五个方面,即内河航道三维实景动态监控系统、全程全天候航道视频监控系统、移动执法与应急指挥调度系统、示范应用平台的总集成。随后,将推进范围扩大至千钱江水系,并将钱江水系航道智能安全监管系统作为船联网建设的重要部分列入规划。

嘉兴

      重点落在船舶信息的有效掌握上,通过改良观测方式、研究新感知技术、整合信息资源等方式。重点推进的项目之一为“基于激光传感器的船舶交通量观测系统”,后期将进行湖嘉申线嘉兴段一期信息化工程项目的建设,包括视频、信息发布、激光感知监管、AIS船舶监管等信息化系统,同时融合相关的信息化系统达到数据互通互联,提高为船湖服务的科技水平。

湖州

      主要利用船联网综合数据平台和原有信息化资源成果,推进船联网建设。其推出的“湖州航区船舶进出港免停靠综合监管系统”可以实现船舶从“免停靠”,后期将进一步融合船联网感知技术,开发视频识别、接入AIS、RFID、激光灯感知信号,逐步实现“无人值守”。另外,湖州市港航局开发的“港航移动综合业务平台”目前已进入调试阶段,将逐步提供报警咨询、电子缴费、电子报港、信息查询、船舶交易、运力供需发布等功能。2013年,该局不断推进船联网航道视频监控点建设,已完成22个航道视频监控建设;同时完成长湖申线、湖嘉申线(湖州段)航道示范工程暨湖州航区航道视频监控及监控中心实施方案设计、评审和招标准备工作;完成了通航水域应急救援信息化工程,做好GPS与AIS数据融合平台的建设,航区船舶GPS与AIS终端安装率达到98%。2014年的主要任务是:整合和完善长湖申线、湖嘉申线(湖州段)航道视频监控;新建部分重点航段(库湖区)视频监控点;建设辖区各分局视频监控分中心、重点航段船舶自动监控识别与预警系统等。

江苏

无锡

      大运河无锡段“感知航道”信息化项目,是2010年无锡城市管理工作府推广的14个物联网做出典范项目之一。主要由“感知航道方案设计及软件开发”,“指挥调度中心及楼宇智能化”及“外场监控与感知系统”三大分项工程组成。2013年7月,指挥调度系统及智能楼宇系统通过专家组的交工验收。2014年,该市将进一步加强完善“感知航道”在航道领域的应用,充分利用现场监控、运行调度、电子巡航、遥感遥测等信息系统,提高航道现代化管理的能力。

泰州

      内河船舶便捷过闸系统(水上ETC)项目建设于2012年3月启动,在船舶过闸登记、船闸运行调度、系统结算等方面开展研究。自试点工作开展以来,项目先后研发了船载电子标签、RFID阅读器、自组织通信网络设备三种新硬件,开发身份自动识别系统、电子标签管理系统、岸基设备远程监控系统、信息发布系统、ETC结算系统、智能手机嵌入式软件、自动收费处理平台、ETC现场监管系统等八套软件。截止2013年1月10日,安装试点船舶100艘,过闸281次。

镇江

      2014年5月6日,镇江交通航道部门船联网智能感知平台正式开工建设。智能感知平台建设主要包括船舶电子身份认证中心、职能船载终端和视频图像检测识别系统,通过RFID技术和监控等多种感知手段,对船舶定位数据、运营数据、水路交通状况数据、突发事件图像等信息的采集,为上层应用提供重要数据支撑。该工程将在京杭运河镇江段沿线新建立杆10根,杆高12米,平均5公里1个OBU(电子标签)站点,确保覆盖京杭运河镇江段全区。

资料来源:上海市新兴产业情报研究联盟编制

图5 江苏省“船联网”建设内容

资料来源:江苏省交通运输厅,2013

  3.“智慧海事”相关项目已陆续开展

  目前,根据《海事信息系统顶层设计报告》相关要求,“智慧海事”已经开展一期、二期工程。其中,中国船舶动态监控中心(一级数据中心)已落户上海;天津海事局、深圳海事局等已开始实施并推进“智慧海事一期试点工程”建设相关内容。

  此外,在地方海事局层面,2011年,安徽省地方海事局联合中国电信安徽公司推进“智慧海事”项目,在海事监管数据决策系统、水运物流系统、船员关爱、水上搜救指挥、河道监控、船舶及水运人员定位等多个项目展开深入合作;2013年,常州海事开展“智慧海事·智能感知——海事物联网通信研究”项目,主要针对船舶的移动特性,利用现有岸基设施开展无线IP网络数据传输系统研究,旨在实现海事指挥中心与现场巡航船舶之间的视频、语音以及网络等数字信息交换。

  4.华东电子、北斗新通船联网系统研发及产业化备受关注

  2012年,皖通科技公司全资子公司烟台华东电子软件技术有限公司研发的“智能航运船联网系统”获得工信部智能交通项目物联网专项资金扶持(补助经费1000万元)。其中,600万元补助经费已于2014年3月下发。与此同时,海南新境界软件有限公司也同样获得了“基于RFID的渔船物联网项目”的专项资金扶持。

  相比华东电子及海南新境界软件有限公司,北斗新通则凭借其雄厚的技术实力成功研发出北斗船联网系统,并投入商业运行。该系统将北斗卫星定位技术和北斗卫星短报文通信技术固化,平时作为船舶监控、海陆通信的“日用品”,提供电子导航、渔汛播报、军事演习通知、台风预警等多项服务;还可根据客户需求进行安装与设置,在船只处于意外失控状态时,自动隐蔽地向监控方源源不断地发射信号,提供精准的位置信息。目前该公司已承接海口市科学技术工业信息化局的“海口船联网应用示范工程项目”。

  推进我国船联网发展的战略思考

  如前所述,我国船联网的发展正处于起步阶段,各项经验和技术还需要继续探索,船联网在总体系统架构、功能需求定位、运行治理模式方面还缺乏相关系统研究与理论支撑,船载电子标签的部署和推广,跨区域航运数据交换平台的建设以及内河航运信息服务、内河物流信息平台、内河水运应急救援等方案和技术仍需进一步研究。在较短的时期内,需要解决的问题包括:

 (1)统一的标准体系。标准是一个产业兴起的重要标志。船联网的构建需要跨越众多行业,包括政府管理、船舶制造、信息产业、互联网等。只有建立一套统一、易用的标准体系,才能实现产业的融合与快速发展。

 (2)适当的建设成本。首先是技术成本与兼容度问题,船联网是各类相关技术的集成体,任何一个技术的不兼容或者基础薄弱,都会影响系统的推广进度与难度;再者是终端信息化成本高问题,目前航道基础设施的信息化改造覆盖面广、投资额大、建设周期长,已有的采集设备信息化程度低是不容忽视的问题。

 (3)突破带宽瓶颈。移动通信网络的带宽瓶颈是制约船联网发展的另一个技术难题。在移动数据的流量方面,目前的3G网络带宽难以满足船联网对图像和流媒体的传输需求,而4G网络和DSRC(专用短程通信)的自主网络技术还没有实现完全突破,现有网络技术尚不足以支持船联网的实施。

 (4)强化安全防范。安全可靠性将决定船联网的推广与普及程度。应用过程中的各感应节点的详细信息都被随时随地地连接在网络上,容易造成信息泄露,从而不可避免地带来了一些安全隐患,一旦遭到攻击破坏,所造成的损害将是不可估量的;因此,构建安全、可靠的船联网应用系统是当前及今后研究的热点及难点。