航运大数据分析与应用场景.docx
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1、航运大数据分析与应用场景大数据在航运界变的越来越时髦。在这个领域,可以用大数据来提高物流、排放、能耗和维护。使用大数据的约束主要来自船上传感器的成本和质量,数据采集系统,卫星通讯,数据关系以及有效收集和使用大数据。新的协议标准可能会简化包括电子导航领域在内的收集和管理数据的过程。本文综述了其中存在的问题和可能的解决方案。1 .引言航运正在进行第四次技术革命,有时叫做航运4.0或者网络航运。第一次革命是1800年左右从帆板到蒸汽。然后是1910年左右从蒸汽到柴油机。第三次是1970年左右自动化和计算机系统的引入。当前的技术革命是关于航运操作的各个方面的数据的,它可以和陆地上的工业4.0相比较,H
2、ermann et al.(2015)o航运4.0就是像信息物理系统(CPS),物联网(loT),服务网在内的新技术的应用。这些技术给提供数据和船岸服务的带有嵌入式计算机的船上装备提供了更多的智能。这里的“大数据”其实并不是很明显。大数据往往被定义为大量,高速或者多样性的数据,这些数据无法用传统的数据处理手段有效的用于分析,决策和控制,De Mauro (2015) 0从计算机的处理能力角度看,很难说今天的航运是“大数据”的。因为船舶上获取的大量数据虽然很难用简单的工具处理,但是对于今天的计算机来说并不是问题。然而,从航运信息的复杂度和数量上来看确实需要新的方法和工具来使得用户能够准确的理解信
3、息,从这个角度来看,这也是一种大数据问题第四次航运革命给高级实时控制和离线分析提供了大量新的可能的同时,也带来了很多其它数据以外的问题。这篇文章阐述了我们在大数据相关工作中遇到的一些问题,并且给出了如何解决它们的建议。2 .数据可用性的提高在几个方面可以产生关于船舶和船舶系统的数据,当然这里主要就是导航和自动化系统。这几个方面都和航运4.0密切相关,但是这几个方面都以各自不同的方式产生使用难易程度不同的数据。这一部分综述了现在的一些主要的数据来源。2.1 船桥数据网络,强制或特殊用途的仪器船桥装备往往是通过IEC61162协议族(IEC, 2007-1015)数字接口连接起来的。这使得从导航传
4、感器和装备获取测量数据相对简单一些。IMO和船旗国稳定而缓慢增长的运输需求增加了船桥网络上的数据。另外一些特种船舶需要和它们操作相关的特殊仪器。这包括波雷达,漏油检测器以及高精度惯性导航传感器等。这些仪器可能无法通过标准接口进行访问。航行数据记录仪(VDR)有时候用来收集上述数据,但是使用的时候要注意VDR收集数据的数量和频率的约束。2.2 传统自动化大部分船舶上的自动化系统收集大量的数据,但是这些数据的质量参差不齐。即使一艘老式的散货船,它都有上百个数据输入输出点。在一艘现代的更加复杂的船舶上,数据点会是成千上万的。这类数据有两个主要的问题:第一个是数据访问问题,因为数据往往是在一个和具体厂
5、商相关的封闭系统中。第二是数据的质量问题,因为数据是用在闭环控制或者警报约束监控中,所以传感器的数据可能并不是很准确。对于老式的自动化系统,传感器可能已经失效或者失联。传感器很少提供数据的质量属性,所以用户需要自己确认测量数据是否合理或者判断数据是卡主了或者波动的太剧烈。有时,现代综合船桥系统将导航和自动化系统集成在一个平台内。这样可以更加方便的实现信息物理系统。这些系统也能够收集大量的数据,当然也会引入上述问题。2.3 新信息物理系统现代船舶使用更加高级的装备,这些装备内装有传感器和控制系统。这包括发动机和发电机,带有扭矩控制的绞盘,高级动力定位系统,新的导航传感器系统等等。系统通过计算机和
6、传感器进行状态监测,闭环控制或者监控报警状态。这类由计算机控制的集成物理系统是工业4.0 (信息物理系统)最主要的特征。使用这些系统中的数据存在的问题和自动化系统中一样:无法访问以及在系统外访问这些数据不一定合适。对于CPS,数据的质量可能不是问题,因为这些数据都用在主动控制或者装备监控,而且传感器的误差可以很快的检测出来。2.4 船舶性能监控最近几年,尤其是当油价很高的时候,我们看到了船舶上用于性能监控和优化的装备大量增长。轴扭矩测量仪,燃油流量计,增强的环境传感器以及时间测量等等。这些仪器提供了可以提高船舶性能的准确数据。这些数据的可访问性和质量依赖于谁安装的这些仪器。有些时候,仪器和服务
7、可能由第三方提供,那么这时候要访问这些数据就不容易了。2.5 船舶报告船舶要发送很多操作和管理报告给岸上。这包括各种各样的强制港口和港口状态报告,海上正午报告以及技术维护报告等。其中很多数据不仅作为数据分析的来源很有用,对于船员的操作决策也很有用。这些报告往往是手工输入的,所以很容易出现输入误差。有些报告可能对船舶经济性有影响,所以人们可能会调整它来避免惩罚或者增加开销。同样的在使用数据之前要对数据的质量进行控制和验证。另一方面,这些报告也表示了船员对于船舶运行状态和操纵的观点,也许这些可以用来验证和控制自动获取的数据或者用来作为其它技术测量的补充。2.6 船舶外部监控一AIS和VTS另一个增
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