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在全球工業(yè)步入4.0時(shí)代之時(shí)，智能化也在航運(yùn)與船舶工業(yè)中興起。賽博物理系統(tǒng)（CPS）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)（Big data）在航運(yùn)與船舶工業(yè)界也開(kāi)始成為熱點(diǎn)話題。MARINTEK公司長(zhǎng)期在航運(yùn)和船舶信息化方面投入研究，在業(yè)界擁有較高的知名度。海事研究中心編譯整理了該公司2016年中發(fā)表的關(guān)于未來(lái)航運(yùn)和船舶中大數(shù)據(jù)應(yīng)用的相關(guān)研究成果以供參考。盡管目前航運(yùn)和船舶工業(yè)中的數(shù)據(jù)規(guī)模尚與“大數(shù)據(jù)”有所差距，但不妨從大數(shù)據(jù)的視角審視未來(lái)智能化的航運(yùn)業(yè)中對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的組織和利用趨勢(shì)，發(fā)掘未被利用的數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)更安全、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的航行。
1 航運(yùn)和船舶中的主要數(shù)據(jù)源
1.1 船橋數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、各類船載設(shè)備
船橋系統(tǒng)與設(shè)備間常有標(biāo)準(zhǔn)化或定制的數(shù)據(jù)接口，使得數(shù)據(jù)的集中收集成為可能。隨著IMO和船旗國(guó)對(duì)船用設(shè)備的種類要求逐漸增多，數(shù)據(jù)源也在隨之增加。此外，一些特殊設(shè)備如波浪雷達(dá)、溢油監(jiān)測(cè)裝置、慣導(dǎo)設(shè)備等也能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的接口提供大量數(shù)據(jù)。
1.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)和賽博物理系統(tǒng)
無(wú)論是傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)和新興的CPS中都集成了多種設(shè)備和信息系統(tǒng)，產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。但系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可獲取性和數(shù)據(jù)質(zhì)量常有參差不齊的情況。
1.3 性能監(jiān)控系統(tǒng)
過(guò)去幾年，船舶裝載性能監(jiān)測(cè)和優(yōu)化設(shè)備的情況較多。這類設(shè)備包括軸扭矩測(cè)量?jī)x、燃油流量計(jì)、環(huán)境狀態(tài)傳感器等，通常都是高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源。但因一些監(jiān)測(cè)和服務(wù)由第三方機(jī)構(gòu)提供，除數(shù)據(jù)可獲取性會(huì)受到一定影響，成本因素也需要考慮。
1.4 船舶報(bào)告數(shù)據(jù)
船舶向岸端發(fā)送的大量運(yùn)營(yíng)和管理報(bào)告是重要的數(shù)據(jù)源，是很有價(jià)值的數(shù)據(jù)輸入。但由于部分內(nèi)容需要依靠人工輸入，加之存在刻意誤報(bào)（以逃避監(jiān)管）的情況存在，數(shù)據(jù)質(zhì)量存在不確定性。
1.5 外部監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)：AIS和VTS
AIS的推廣提供了大量的數(shù)據(jù)（例如位置、速度、航向等更新頻率可高達(dá)每10秒1次）。獲取AIS數(shù)據(jù)較為便利，但數(shù)據(jù)質(zhì)量和花費(fèi)會(huì)隨著提供方不同而發(fā)生變化。另一方面，VTS中包含與船舶運(yùn)行和狀態(tài)有關(guān)的大量數(shù)據(jù)，但通常不可公開(kāi)獲取。
1.6 氣象數(shù)據(jù)
包括氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲取較為便利。
1.7 港口數(shù)據(jù)
港口和船舶代理對(duì)船舶近港和港口內(nèi)的活動(dòng)情況有詳細(xì)的記錄，可提供詳細(xì)的誤期、裝卸貨時(shí)間等數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)常用于相關(guān)資費(fèi)的計(jì)算，因此較為準(zhǔn)確。
2 船舶數(shù)據(jù)收集中的障礙因素
2.1 場(chǎng)景相關(guān)的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題
用于不同目的（如用于精確控制和閾值警告）的傳感器在數(shù)據(jù)質(zhì)量上也有差異；同類的傳感器在使用場(chǎng)景不同的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求也會(huì)有所差異，于是便導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)質(zhì)量不統(tǒng)一問(wèn)題。對(duì)于在脫離原始場(chǎng)景情況下獲取的原始數(shù)據(jù)（例如船舶上安裝有相當(dāng)數(shù)量的位置傳感器，但每個(gè)傳感器都有獨(dú)立的參照位置點(diǎn)），需要對(duì)其可用性仔細(xì)核對(duì)并在必要時(shí)予以校正。
2.2 外部環(huán)境影響問(wèn)題
外部因素可導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量下降的問(wèn)題。例如對(duì)水船速、風(fēng)速等的測(cè)量可能因傳感器設(shè)置的位置不同而產(chǎn)生差異。設(shè)置在船體外部的傳感器可能因外力損壞、污染物附著、性能衰退等因素造成無(wú)效數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。
2.3 人工輸入引起的錯(cuò)誤問(wèn)題
人工數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤是一種重要的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤來(lái)源。隨著船舶自動(dòng)報(bào)告成為IMO E-航海戰(zhàn)略實(shí)施計(jì)劃中的高優(yōu)先級(jí)方案之一，這一問(wèn)題將有望得到逐步解決。
2.4 主觀/蓄意誤報(bào)數(shù)據(jù)問(wèn)題
一些有商業(yè)用途的敏感數(shù)據(jù)存在被認(rèn)為誤報(bào)的可能性。雖然現(xiàn)今數(shù)據(jù)的真實(shí)性可被很大程度地交叉驗(yàn)證，但處理商業(yè)敏感信息時(shí)仍需警惕這一問(wèn)題。
2.5 專有數(shù)據(jù)和接口問(wèn)題
部分船舶設(shè)備和系統(tǒng)沒(méi)有配備通用的數(shù)據(jù)格式和接口，導(dǎo)致信息的獲取需要付出額外的成本（包括轉(zhuǎn)接設(shè)備、人工服務(wù)等）。隨著更多新造船舶自設(shè)計(jì)之初就具有較高的集成度和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式和接口，這一問(wèn)題有望得到逐步解決。
2.6 AIS 和衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取中的偽數(shù)據(jù)問(wèn)題
由于AIS和衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取與基站和接收弧段等因素有關(guān)，船舶獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔可能呈不規(guī)則分布狀態(tài)。相應(yīng)的數(shù)據(jù)過(guò)濾和插值可能導(dǎo)致偽數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，并導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)的可信度降低。
2.7 賽博空間安全問(wèn)題
高度數(shù)字化和信息化的船舶系統(tǒng)對(duì)賽博空間安全提出的很高需求。例如對(duì)船舶通信鏈路的入侵可能導(dǎo)致導(dǎo)航設(shè)備被“劫持”，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。因此通過(guò)技術(shù)手段確保網(wǎng)絡(luò)安全和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查驗(yàn)十分必要。
3 船舶和航運(yùn)大數(shù)據(jù)的管理和使用
對(duì)數(shù)據(jù)的管理和使用主要分為三個(gè)角度考慮：即存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理和分析利用。
3.1 存儲(chǔ)管理
存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的過(guò)程中，對(duì)冗余數(shù)據(jù)的處理直接影響到存取效率和后期分析的準(zhǔn)確性，即需要在不丟失重要信息的情況下對(duì)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行合理取舍。該研究提出了一種二級(jí)數(shù)據(jù)處理機(jī)制：在第一級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單初篩，并存儲(chǔ)盡可能多的信息；第二級(jí)使用專用算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，供后續(xù)分析使用。
3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量
數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題大致可分為四類：（1）不可靠數(shù)據(jù)、（2）場(chǎng)景相關(guān)的偽數(shù)據(jù)、（3）技術(shù)性偽數(shù)據(jù)、（4）非對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^(guò)對(duì)傳感器系統(tǒng)的校正、異常值檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)學(xué)檢測(cè)等技術(shù)手段和數(shù)學(xué)方法進(jìn)行質(zhì)量控制和管理，去除或減少無(wú)效數(shù)據(jù)。
3.3 數(shù)據(jù)利用
對(duì)大數(shù)據(jù)的利用主要有兩種模式，即“基于模型”和“基于發(fā)現(xiàn)”。前者可利用大量數(shù)據(jù)對(duì)各種模型和理論假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，但前提是要有已知模型的存在。后者的優(yōu)勢(shì)在于發(fā)現(xiàn)新的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性和規(guī)律，但要考慮結(jié)果適用性的風(fēng)險(xiǎn)（即結(jié)果可能存在較大的隨機(jī)性）。
4 大數(shù)據(jù)應(yīng)用的時(shí)效性
航運(yùn)業(yè)有多種潛在的基于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景，時(shí)效性可從實(shí)時(shí)的在線決策到長(zhǎng)期的船隊(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等。
4.1 在線決策支持
此類應(yīng)用將使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或調(diào)用短期歷史數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行計(jì)算處理，以支持與動(dòng)力輸出、船舶航向控制等相關(guān)的實(shí)時(shí)任務(wù)，例如惡劣氣象條件下的決策支持、動(dòng)力優(yōu)化等。
4.2 船舶性能優(yōu)化和維護(hù)
此類應(yīng)用基于較長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累，例如對(duì)船舶機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤，以相應(yīng)地監(jiān)測(cè)船舶設(shè)備狀態(tài)，對(duì)維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化管理。
4.3 船隊(duì)優(yōu)化
更大的數(shù)據(jù)集合可以用于比較同類船舶在一定時(shí)間內(nèi)的性能，可用于特定航線船隊(duì)的性能分析，提供優(yōu)化的運(yùn)營(yíng)策略。
4.4 預(yù)測(cè)分析
大數(shù)據(jù)可用于新船的設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)，即結(jié)合新船的虛擬模型，引入歷史數(shù)據(jù)用于預(yù)測(cè)新船在各種工作條件下的性能特點(diǎn)，為設(shè)計(jì)迭代提供依據(jù)。
大數(shù)據(jù)應(yīng)用是一把雙刃劍。一方面，對(duì)大量數(shù)據(jù)的利用無(wú)疑將能夠提供更多支持航運(yùn)和船舶工業(yè)的工具和手段；另一方面，數(shù)據(jù)的質(zhì)量和處理方法可能使分析結(jié)果產(chǎn)生偏差，為管理和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生負(fù)面影響。但獲取、存儲(chǔ)、積累、傳輸和最大化利用大量數(shù)據(jù)的趨勢(shì)在航運(yùn)中是明確的，與航運(yùn)和船舶工業(yè)的智能化密不可分，正在成為智能時(shí)代全新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。（來(lái)源：吳笑風(fēng) 國(guó)際海事研究中心）
