船聯網
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船聯網(internet of vessels)
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船聯網是指基於航運管理精細化、行業服務全面化、出行體驗人性化的目的，以企業、船民、船舶、貨物為對象，覆蓋航道、船閘、橋梁、港口和碼頭，融合物聯網核心技術，以數據為中心，實現人船互聯、船船互聯、船貨互聯及船按互聯的內河智能航運信息綜合服務網路。[1]
船聯網的特點[2]
作為物聯網概念向航運業的延伸—— 船聯網(internet of vessels)，以船舶、航道、陸岸設施為基本節點和信息源，結合具有衛星定位系統、無線通信技術的船載智能信息服務，利用船載電子感測裝置，通過網路完成信息交換，在網路平臺上完成各節點的屬性和動／靜態信息的進行提取、監管和利用，具有導航、通信、安全防護和信息服務等功能，為船舶內河航行提供更加智能、安全的通航環境。其體系功能圖如圖1所示。
1.航道感知與監控
通過裝載在陸岸、航標和船舶上的感測器實現船舶與環境之間的通信，感知航道寬度、深度、氣象水文信息，當航標位置漂移、狀態變化時，適時向監控中心發送警報；感知船舶的屬性與動/靜態參數及其在航道中的位置；感知周圍的通航環境，掌握滯航狀態，迅速對船位、船速作出調整，從而實現零緊迫局面。
監控主要用於VTS(vessel traffic services)管理決策，分為航道基礎設施安全情況監控和船舶行駛狀態監控2類。前者主要是通過定時獲取安裝在航標、橋梁或陸岸上的監控設備傳回的檢測信息，查看各基礎設施的應用狀況和損壞程度，為及時維護設備和發佈預警信息提供重要參考；後者主要是監控船舶的航行軌跡、行駛參數，提供可視化的航段船舶流量分佈圖，由VTS發佈航段動態信息並決策規範擁堵和事故航段。
2.智能安全控制
船聯網時代重新定義了船舶的含義並賦予了人工智慧，船船、船與外界環境可以自由地進行更為廣泛的信息交流。
船舶進入深水航道時，根據目的地的情況，通過GIS顯示的相互位置進行協調溝通，可以自動組隊或離隊；同時，船船、船岸間距離探測手段更加多樣化，可以通過導航雷達、AIS，甚至是通過設定在各節點的攝像頭自動感應判別。不需要駕駛人員口令，船舶可自動調速調向，相互間保持既定的安全距離，從而實現零碰撞。船舶拋錨前可主動查詢錨地信息，尋找合適的錨位，通過調用裝載在拋錨船上的視頻，判斷預選錨位是否清爽，根據錨地船船首方向調整航向，實現智能化操縱錨泊。在船舶行駛過程中，藉助網路平臺調用陸岸、航標及前船提供的數據或攝像頭提供的視頻信息來獲取航道狀況，從而便於航海人員決定採用等待還是規避等方案。
3.環境監測與緊急救助
可以調整搭建在航標上的無線感測器位置，進行水下水上結合探測，相當於在航道內建立了無數自動環境監測點。將採集的水域環境信息上傳至網路平臺，一旦環境污染，可實時持續地反饋污染性質與污染物的種類等信息，為治理環境污染和有效應對突發污染事件提供信息保障。
在颱風季節，氣象部門通過網路平臺標繪颱風實況和預測路徑，船舶可實時查看相對位置並模擬未來可能的遭遇。船舶若突發故障，可藉助網路平臺上報準確的故障位置並描述原因，遠程專家甚至可通過視頻進行檢測、判斷並給予具體修複指導；對於發生海難急需救助的船舶來說，網路平臺發出的求救信息具有更廣泛的受眾，可提供更多的轉發和更為可靠的應急救援保障。
4.其他增值業務
在船聯網中，各船不但是網路信息的受用者，還可以作為智能航道的實際和重要信息的提供者以及公眾信息服務的參與者。
通過船上安裝的高清攝像頭，可將位置、船速以及攝像頭所拍攝航道實況圖像等信息，實時地發佈到航道數據信息網。航道數據信息可以由航標或陸岸基站提供，也可以由航道內接入的船舶共用提供。通過RFID(radio frequency identification)實現了對貨物的智能化識別，解決了船貨一體化問題，使信息交換更快、更準、更通暢，同時整合了物流行業資源，便於公司通過安全模式實現對船和貨的定位、跟蹤、監控和調度管理；另外，駕駛人員可在船舶上進行收發電子郵件、指揮調度、貨物運輸申報與監管、海事檢查與評價、信息統計與上報等活動，實現船岸、船港間的信息交換與共用，具有一體化應用功能。
船聯網的結構設計[2]
船聯網主要是採用GPS、GIS、RFID、AIS、30／40等關鍵技術，提供無處不在的網路接入、多媒體業務、實時安全消息與輔助控制等服務，在GIS平臺上實現對船舶、環境與貨物狀態的線上監控。船聯網組織構成如圖2所示。
船聯網主要有感測器、陸岸設施和船舶3個要素，感測器採集船舶與航道信息；陸岸設施發佈航道信息，為船舶提供接人服務。通過第三方提供的雲存儲服務，實時將感知的數據存儲於雲端。應用時，只需從雲中提取數據，併進行相應的業務邏輯處理；同時，可以向相應的感測器發送所需具體數據的請求。通過網路動態地收集、分發和處理數據，使用3G／4G無線通信方式實現船與船、船與環境之間的溝通互動。通過RFID和感測器獲取船舶動／靜態與航道狀態信息；通過GIS、GPS等技術獲取船舶位置參數；並通過互聯網信息平臺，實現對船舶的運行監控以及提供各種綜合服務。
船聯網的工作流程[2]
1.智能感知層
智能感知層可分為2個子層，下子層主要是對各節點進行識別，感知並採集船舶位置、航道狀況、天氣水文等相關信息；上子層主要是在自組織網路範圍內傳輸數據。感知設備主要有GPS、RFID、紅外、攝像頭和各類感測器等，每個節點安裝1個Zigbee模塊_5]。首先，採用樹族型拓補結構，對各節點採集的數據進行初步處理和分析、存儲；然後，通過無線感測器網路WSN(wireless sensor networks)傳輸給安裝在節點上的1個核心協調器。
2.網路傳輸層
網路傳輸層的功能主要是接入互聯網(inter—net)，完成數據的分析處理和遠距離大範圍傳輸；同時，也可實現對各節點的遠程監控和管理。網路層主要使用的設備是互聯網CPS節點，其功能相當於傳統網路當中的路由器。船聯網底層使用的網路協議與TCP／IP協議不同，所以將船聯網接人到互聯網時需要進行協議轉換。船舶與外界通信強調物物之間的端到端通信，這使得任一船舶既可成為伺服器，也可作為通信終端。
3. 客戶應用層
客戶應用層可分為2個子層，下子層是應用程式層，主要是進行數據處理，定義並實現船聯網的各種具體服務，一般認為採用中間件技術是實現這些服務的較好選擇；上子層是人機交互界面，定義與用戶交互的方式和內容。
應用層使用的設備主要是一些網路伺服器和船用微機、PDA等，能夠實現不同終端享受相同的線上服務；同時，根據不同用戶的需求，也可開發出相應許可權的系統服務，以保障服務的絕對安全、可靠。
船聯網的建設原則[1]
“船聯網”作為物聯網背景下的新興產物，其建設應圍繞暢通、高效、平安、綠色的內河航運發展要求，根據國家物聯網產業發展政策，立足於“面向服務、標準引領、頂層設計” 的發展理念。
1.服務優先
立足於“以服務促管理”的理念，整合與挖掘水路交通信息資源，建立智能化的航運信息服務體系，為內河運輸經營者與水運利益相關者提供全方位的水運信息服務，進一步提升內河水運效能。
2.標準引領
結合我國的標準制定情況及系統應用現狀，借鑒國際航運信息化相關標準規範的成功經驗，以應用示範工程為依托，在基礎信息標準、智能船載終端、信息服務規範、信息共用與數據交換標準、通信網路標準、信息安全標準等方面，有效促進相關設備及信息服務的標準化。
3.頂層設計
嚴格遵循物聯網身份識別、廣泛感測、智能處理的3層體系架構，按照統一的技術路線和服務體系，綜合應用感知、定位、傳輸等物聯網技術。具體包括：
1)研發智能船載終端併在內河運輸船舶上全面安裝部署，建立船舶電子身份認證體系，實現內河船舶的自動識別。
2)在基層管理站點、重要航道節點等處布設採集設備，搭建內河航運信息感知體系；採用分散式網路架構，建立完善綜合航運數據信息平臺和數據共用和交換平臺，實現示範區域航運信息的互聯互通，構成示範區域航運互聯、物聯的一體化網路體系。
3)面向公眾、船民建立綜合信息服務平臺，面向業務部門建立智能分析處理平臺，實現內河航運信息服務的一體化、智能化。
