【综述】智能航运系统的发展现状与趋势

第11卷第6期 智能系统学报 Vol.11 No.6 2016年12月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Dec.2016 D0I:10.11992/is.201605007 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail,/23.1538.TP.20170111.1705.032.html 智能航运系统的发展现状与趋势 严新平123，柳晨光12,3 (1.武汉理工大学智能交通系统研究中心，湖北武汉430063；2.武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心，湖 北武汉430063：3.武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉430063) 摘要：智能航运系统是一种应用于水路环境的智能运输系统。交通感知，通信、信息处理、人工智能等相关理论和 技术的发展，以及航运信息化系统的不断完善为智能航运的逐步实现提供了重要支撑。首先，分析了智能航运系统 的功能和体系框架，综述了智能航运涉及的关键技术，具体包括大数据技术、船联网技术、云计算技术和智能航行技 术：其次，从智能航道、智能港口、智能船舶和智慧海事等4个方面分别阐述了其发展现状以及对智能航运发展的作 用：描述了现有或正在研发的典型智能航运系统：最后，展望了未来智能航运系统的技术发展方向。 关键词：航运：智能系统：船联网：智能航行：大数据：云计算：信息物理系统 中图分类号：TP18,U6文献标志码：A文章编号：1673-4785(2016)06-0807-11 中文引用格式：严新平，柳晨光.智能航运系统的发展现状与趋势[J].智能系统学报，2016,11(6)：807-817. 英文引用格式：YAN Xinping,LIU Chenguang.Review and prospect for intelligent waterway transportation system[J].CAAl Transactions on Intelligent Systems,2016,11(6):807-817. Review and prospect for intelligent waterway transportation system YAN Xinping'23,LIU Chenguang'2.3 (1.Intelligent Transport System Research Center,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;2.National Engineering Research Center for Water Transport Safety,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;3.School of Energy and Power Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China) Abstract:An intelligent waterway transportation system,i.e.,a system used for intelligent waterway transportation, has been rapidly developed in recent years because technologies and theories related to the system,namely,trans- portation perception,communication,data processing,artificial intelligence,and information systems,have ma- tured.In this paper,first,the main functions and architecture of the system were analyzed.Second,the state of the art technologies related to the system,e.g.,big data,internet of vessels,cloud computing and intelligent naviga- tion,were introduced.Third,components comprising the system,i.e.,intelligent waterway,intelligent port,intel- ligent ship and intelligent maritime,were analyzed.Fourth,several representative intelligent waterway systems were presented.Finally,the future technology development of the system was forecasted. Keywords:shipping;intelligent system;internet of vessels;intelligent navigation;big data;cloud computing;cy- ber-physical system 航运(shipping)是指通过水路运输来运送人或 低、环保等突出优点，在国际贸易和我国国民运输中 货物的运输方式。航运由于运量大、能耗小、成本 占有重要地位四。航运系统由3个最基本的要 素—航道、船舶和港口，以及各种支持保障系统构 收稿日期：2016-05-10. 成)。航运的发展必然是航运系统中各要素共同 基金项目：国家科技支撑计划(2015BAG20B05). 通信作者：严新平.E-mail:xpyan@whut.ed.cm. 发展的结果，只有航运系统各要素有机地协调发展

第 １１ 卷第 ６ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．１１ №．６ ２０１６ 年 １２ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｅｃ． ２０１６ ＤＯＩ：１０．１１９９２ ／ ｔｉｓ．２０１６０５００７ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ ／ ２３．１５３８．ＴＰ．２０１７０１１１．１７０５．０３２．ｈｔｍｌ 智能航运系统的发展现状与趋势 严新平１，２，３ ，柳晨光１，２，３ （１．武汉理工大学 智能交通系统研究中心，湖北 武汉 ４３００６３； ２．武汉理工大学 国家水运安全工程技术研究中心，湖 北 武汉 ４３００６３； ３．武汉理工大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 ４３００６３） 摘 要：智能航运系统是一种应用于水路环境的智能运输系统。 交通感知、通信、信息处理、人工智能等相关理论和 技术的发展，以及航运信息化系统的不断完善为智能航运的逐步实现提供了重要支撑。 首先，分析了智能航运系统 的功能和体系框架，综述了智能航运涉及的关键技术，具体包括大数据技术、船联网技术、云计算技术和智能航行技 术；其次，从智能航道、智能港口、智能船舶和智慧海事等 ４ 个方面分别阐述了其发展现状以及对智能航运发展的作 用；描述了现有或正在研发的典型智能航运系统；最后，展望了未来智能航运系统的技术发展方向。 关键词：航运；智能系统；船联网；智能航行；大数据；云计算；信息物理系统 中图分类号： ＴＰ１８，Ｕ６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４７８５（２０１６）０６－０８０７－１１ 中文引用格式：严新平，柳晨光． 智能航运系统的发展现状与趋势［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１６， １１（６）： ８０７－８１７． 英文引用格式：ＹＡＮ Ｘｉｎｐｉｎｇ， ＬＩＵ Ｃｈｅｎｇｕａｎｇ． Ｒｅｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ［ Ｊ］． ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１６， １１（６）： ８０７－８１７． Ｒｅｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ＹＡＮ Ｘｉｎｐｉｎｇ １，２，３ ， ＬＩＵ Ｃｈｅｎｇｕａｎｇ １，２，３ （１． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６３， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓａｆｅｔｙ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６３， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６３， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ｉ．ｅ．， ａ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ， ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒａｐｉｄｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｎａｍｅｌｙ， ｔｒａｎｓ⁃ ｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ， ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ， ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ， ｈａｖｅ ｍａ⁃ ｔｕｒｅｄ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｆｉｒｓｔ， ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｓｅｃｏｎｄ， ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｅ．ｇ．， ｂｉｇ ｄａｔａ， ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｖｅｓｓｅｌｓ， ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎａｖｉｇａ⁃ ｔｉｏｎ， ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｉｒｄ， ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｉ．ｅ．， ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ， ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｏｒｔ， ｉｎｔｅｌ⁃ ｌｉｇｅｎｔ ｓｈｉｐ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｒｉｔｉｍｅ， ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｆｏｕｒｔｈ， ｓｅｖｅｒａｌ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｓｈｉｐｐｉｎｇ； ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ； ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｖｅｓｓｅｌｓ； ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ； ｂｉｇ ｄａｔａ； ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ； ｃｙ⁃ ｂｅｒ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ 收稿日期：２０１６－０５－１０． 基金项目：国家科技支撑计划（２０１５ＢＡＧ２０Ｂ０５）． 通信作者：严新平． Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｐｙａｎ＠ ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 航运（ｓｈｉｐｐｉｎｇ）是指通过水路运输来运送人或 货物的运输方式。 航运由于运量大、能耗小、成本 低、环保等突出优点，在国际贸易和我国国民运输中 占有重要地位［１］ 。 航运系统由 ３ 个最基本的要 素———航道、船舶和港口，以及各种支持保障系统构 成［１］ 。 航运的发展必然是航运系统中各要素共同 发展的结果，只有航运系统各要素有机地协调发展

.808 智能系统学报 第11卷 整个航运系统才能真正得到可持续发展)。 性、多样化和混沌等特征的复杂系统，在实现各种功 智能运输最早起源于陆上交通，后被引用到水 能的前提下也应保证系统的抗干扰性和鲁棒性。 上交通，从而产生了“智能航运”的概念。文献[2] 1.2智能航运系统体系框架分析 对智能航运系统(intelligent waterway transportation 文献[1]定义，本文所指的体系框架是指确定 system)有如下定义：智能航运系统是在系统工程思 并描述为实现用户服务所需的系统组件、各组件的 想指导下，将先进的信息处理技术、通信技术、传感 功能、组件之间及其与外部环境之间的关系和连接 器技术、控制技术、运筹学、人工智能等学科成果综 形式。智能航运系统作为一个复杂的大系统，是大 合运用于水上交通运输管理体系，通过对各种运输 量功能、技术、信息的集成，且系统内部通信复杂、数 信息的实时采集、传输和处理，实现各种运输情况的 据结构各异，因此有必要设计一个体系框架以建立 协调和处理，建立一种在大范围内实时、准确、高效、 高效、灵活和安全可靠的智能航运系统。目前，关于 全方位发挥作用的水上运输综合管理体系，从而使 智能航运系统体系架构的研究较少，且都以内河航 水路交通设施、信息资源得以充分利用，提高船舶航 运研究为主。何新华山将智能化引入内河航运中， 行效率和安全性，最终实现水路交通运输服务社会 提出了内河智能航运系统(shipping intelligent trans- 化和管理智能化。智能航运的发展将会在以下几方 portation system,SITS)集成体系总体结构，如图1 面产生重要意义：1)提高了航运运输能力：2)由于 所示。此外，赵丽宁2]提出了基于多Agent系统 运输效率的提高和绿色技术的应用，能够有效减少 (multi-agent system,MAS)技术的适合长江环境的 温室气体、污染物排放以及节约能源：3)提高了航 智能航运系统体系框架。 运的安全性；4)随着智能车辆、智能交通、人工智能 集成数据库 集成管理员 的快速发展和物联网体系的逐步完善，构建空、陆、 空间地理数据库 配置管理 故障网关 性能管理 水联合的运输体系成为可能，智能航运作为其中重 海量数据库实时数据库 安全管理 要组成部分，其发展已刻不容缓。 STS综合信息系统输入/输出接口 1智能航运系统的框架体系 4 应用系统接人代理 设施接入代理 外部接人代理 1.1智能航运系统功能分析 先 先 与其他TS系统的 从1994年在巴黎召开的第一届世界智能交通 数据交换接口 大会正式提出“智能运输系统”概念开始，许多国家 进运输 运输 输信 输信 运输信息 运 先后投入了巨大的人力物力来发展智能运输系统， 息 运量采集设 信号 视频设 卡口设施 违章采集设施 控制设 交换数据 目前无人驾驶车、智能交通管理、船岸协同等方面的 统 先进技术已被成功应用。智能航运系统相比于智能 其他ITS系统 应用系统 设施 道路系统起步较晚，两者在系统功能方面既有相似 也有不同之处，智能航运系统主要功能总结如下： 图1STS集成体系总体结构 Fig.1 The structure of SITS 1)能够实现对航运过程中运输网络的运输信 息、与运输相关的信息实时采集和分析： 对于智能航运这一复杂的系统，其体系框架设 2)能够实现航运系统中航道、船舶、港口、船公 计通常有基于结构化和面向对象两种方法。结构化 司等不同对象间的信息实时与高效交换； 方法以功能的抽象与分解为主要手段，按功能之间 3)能够应用人工智能等理论以及大数据等高新技 的连线关系组织数据：面向对象方法首先确定对象 或实体及其对象之间的关系，然后确定每个对象执 术手段提高航运效率，降低运营成本以及降低风险： 行的功能，围绕数据对象或实体组织功能，形成单一 4)能够为智能航运系统用户提供数据、决策、 互联的视图1】。面向对象方法借鉴了软件工程开 风险评估等服务： 发系统的思路，但其可读性不强，操作起来较难，因 5)能够使航运系统涉及的船舶营运、航道服务 此结构化方法因具有可读性强、操作简便等优势较 和港口服务的配员减少。 适用于智能航运系统的体系框架设计。 随着通信、感知、人工智能、自动化、船联网、计算 机、大数据、云计算等技术的快速发展，未来智能航运 2智能航运系统的关键技术 系统的功能将会更加丰富和完善。总体来说，新一代 2.1大数据技术 的智能航运系统将是一个庞大的具有非线性、不确定 随着信息、通信技术的进步，建立覆盖全球的航

整个航运系统才能真正得到可持续发展［２］ 。 智能运输最早起源于陆上交通，后被引用到水 上交通，从而产生了“智能航运”的概念。 文献［２］ 对智能航运系统（ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）有如下定义：智能航运系统是在系统工程思 想指导下，将先进的信息处理技术、通信技术、传感 器技术、控制技术、运筹学、人工智能等学科成果综 合运用于水上交通运输管理体系，通过对各种运输 信息的实时采集、传输和处理，实现各种运输情况的 协调和处理，建立一种在大范围内实时、准确、高效、 全方位发挥作用的水上运输综合管理体系，从而使 水路交通设施、信息资源得以充分利用，提高船舶航 行效率和安全性，最终实现水路交通运输服务社会 化和管理智能化。 智能航运的发展将会在以下几方 面产生重要意义：１）提高了航运运输能力；２） 由于 运输效率的提高和绿色技术的应用，能够有效减少 温室气体、污染物排放以及节约能源；３） 提高了航 运的安全性；４）随着智能车辆、智能交通、人工智能 的快速发展和物联网体系的逐步完善，构建空、陆、 水联合的运输体系成为可能，智能航运作为其中重 要组成部分，其发展已刻不容缓。 １ 智能航运系统的框架体系 １．１ 智能航运系统功能分析 从 １９９４ 年在巴黎召开的第一届世界智能交通 大会正式提出“智能运输系统”概念开始，许多国家 先后投入了巨大的人力物力来发展智能运输系统， 目前无人驾驶车、智能交通管理、船岸协同等方面的 先进技术已被成功应用。 智能航运系统相比于智能 道路系统起步较晚，两者在系统功能方面既有相似 也有不同之处，智能航运系统主要功能总结如下： １）能够实现对航运过程中运输网络的运输信 息、与运输相关的信息实时采集和分析； ２）能够实现航运系统中航道、船舶、港口、船公 司等不同对象间的信息实时与高效交换； ３）能够应用人工智能等理论以及大数据等高新技 术手段提高航运效率，降低运营成本以及降低风险； ４）能够为智能航运系统用户提供数据、决策、 风险评估等服务； ５）能够使航运系统涉及的船舶营运、航道服务 和港口服务的配员减少。 随着通信、感知、人工智能、自动化、船联网、计算 机、大数据、云计算等技术的快速发展，未来智能航运 系统的功能将会更加丰富和完善。 总体来说，新一代 的智能航运系统将是一个庞大的具有非线性、不确定 性、多样化和混沌等特征的复杂系统，在实现各种功 能的前提下也应保证系统的抗干扰性和鲁棒性。 １．２ 智能航运系统体系框架分析 文献［１］定义，本文所指的体系框架是指确定 并描述为实现用户服务所需的系统组件、各组件的 功能、组件之间及其与外部环境之间的关系和连接 形式。 智能航运系统作为一个复杂的大系统，是大 量功能、技术、信息的集成，且系统内部通信复杂、数 据结构各异，因此有必要设计一个体系框架以建立 高效、灵活和安全可靠的智能航运系统。 目前，关于 智能航运系统体系架构的研究较少，且都以内河航 运研究为主。 何新华［１］ 将智能化引入内河航运中， 提出了内河智能航运系统（ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓ⁃ ｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ＳＩＴＳ） 集成体系总体结构，如图 １ 所示。 此外，赵丽宁［２ ］ 提出了基于多 Ａｇｅｎｔ 系统 （ｍｕｌｔｉ⁃ａｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ， ＭＡＳ） 技术的适合长江环境的 智能航运系统体系框架。 图 １ ＳＩＴＳ 集成体系总体结构［１］ Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＳＩＴＳ 对于智能航运这一复杂的系统，其体系框架设 计通常有基于结构化和面向对象两种方法。 结构化 方法以功能的抽象与分解为主要手段，按功能之间 的连线关系组织数据；面向对象方法首先确定对象 或实体及其对象之间的关系，然后确定每个对象执 行的功能，围绕数据对象或实体组织功能，形成单一 互联的视图［１ ］ 。 面向对象方法借鉴了软件工程开 发系统的思路，但其可读性不强，操作起来较难，因 此结构化方法因具有可读性强、操作简便等优势较 适用于智能航运系统的体系框架设计。 ２ 智能航运系统的关键技术 ２．１ 大数据技术 随着信息、通信技术的进步，建立覆盖全球的航 ·８０８· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷

第6期 严新平，等：智能航运系统的发展现状与趋势 .809. 运数据中心已成为可能。目前，中国远洋运输集团 2.2 船联网技术 等国际航运公司已实现在全球范围内监控所属船舶 “船联网”是物联网在航运领域的一种具体化 的营运状态：我国内河船舶已在尝试全程远程监控 发展形式，以航运管理精细化、行业服务全面化、出 船舶航行状态、机舱设备状态、驾驶员状态等。欧洲 行体验人性化为目的，以企业、船员、船舶、货物为对 内河信息服务(harmonized river information services, 象，覆盖航道、船闸、桥梁、港口和码头，综合运用物 RIS)是欧洲为支持内河航运、交通管理、运输管理 联网技术实现人一船一货信息互联互通的智能航运 以及多式联运而提出的信息协同服务理念，为用户 信息服务网络[6]。文献[6]提出了一种融合物联网 提供了电子江图、法律法规、船舶登记等静态信息以 核心技术，以数据为中心，实现人船互联、船船互联、 及船舶位置、货物信息、预计到达时间等动态信 船货互联及船岸互联的内河智能航运信息综合服务 息[)。文献[4]利用船载自动识别系统(automatic 网络，其结构如图2。文献[7]基于无线传感网络和 物联网等技术设计了内河信息管理系统。 identification system,AIS)收集的大数据来评估船舶 在港区航行时船舶间的最优距离。只要航运系统在 无线网络 桥梁 卫星 运行，就意味着每时每刻都在“生产”大量的数据， () 且这些数据都能通过计算机保存下来。 航运系统产生的数据满足大数据具有的4个 “V"特征，即Volume(体量浩大)、Variety(模态繁 企业 多)、Velocity(生成快速)和Value(价值巨大但密度 船舶 低)。如何高效地挖掘这些数据，是智能航运系统 图2内河智能航运信息综合服务网络结构) 当前需要解决的重要问题。目前，已有多种针对大 Fig.2 The network of inland-waterway intelligent ship- 数据的处理方法，大致可分为两类：一是依靠机器的 ping information service 超强计算能力和人工智能，通过机器学习和数据挖 船联网的发展将大大促进航运信息服务水平的 掘等方式实现大数据分析；二是依靠人所具备的、机 提升，典型的航运信息服务流程如图3所示8】。文献 器并不擅长的认知能力，通过可视分析等方法实现 [9]利用3G、RFID和ZigBee等无线技术构建了内河 大数据分析)。这两种方式均适用于智能航运系 船舶管理系统，以提升内河船舶管理效率和服务质 统，现阶段可视分析由于实现难度较低更为合适。 量：文献「10]讨论了如何利用物联网技术实现内河航 通过对航运系统内大数据的处理和分析，至少可产 道流量统计、航道数据采集和应用位置服务：文献 生以下价值：1)通过分析某航段所有船舶的历史轨 [11]基于物联网设计了一套智能化的船舶电子签证 迹，可为设立助航设施提供参考：2)通过统计一段 管理系统，实现了不停船签证：文献[8]指出目前我国 时间内的历史船舶交通流数据，找出交通流规律，实 内河船联网发展过程中存在航运信息服务标准体系 现水上交通的高效控制。 不健全、标准内容重复交叉等问题。 数据服务 应急救援 监测预警信息服务 分 数据存储与管理 RFID技术 WSN技术 数据安全一 数据建库 网铬技术 计算机技术 GPS技术 数据库技术 AIS技术 3余 模型技术 CCTV技术 数据处理与传输 通信技术 RADAR技术 信息处理、 有 无线 传 安全技术 ECDIS技术 加工 信息技术 分 数据采集 航运信息（货物、船舶、航道） 港口、船员、应急等 图3典型航运信息服务流程 Fig.3 Classical procedures for shipping information service

运数据中心已成为可能。 目前，中国远洋运输集团 等国际航运公司已实现在全球范围内监控所属船舶 的营运状态；我国内河船舶已在尝试全程远程监控 船舶航行状态、机舱设备状态、驾驶员状态等。 欧洲 内河信息服务（ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ ｒｉｖｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅｓ， ＲＩＳ）是欧洲为支持内河航运、交通管理、运输管理 以及多式联运而提出的信息协同服务理念，为用户 提供了电子江图、法律法规、船舶登记等静态信息以 及船舶位置、 货物信息、 预计到达时间等动态信 息［３］ 。 文献［４］ 利用船载自动识别系统（ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ＡＩＳ）收集的大数据来评估船舶 在港区航行时船舶间的最优距离。 只要航运系统在 运行，就意味着每时每刻都在“生产” 大量的数据， 且这些数据都能通过计算机保存下来。 航运系统产生的数据满足大数据具有的 ４ 个 “Ｖ”特征，即 Ｖｏｌｕｍｅ （体量浩大）、Ｖａｒｉｅｔｙ （模态繁 多）、Ｖｅｌｏｃｉｔｙ（生成快速）和 Ｖａｌｕｅ（价值巨大但密度 低）。 如何高效地挖掘这些数据，是智能航运系统 当前需要解决的重要问题。 目前，已有多种针对大 数据的处理方法，大致可分为两类：一是依靠机器的 超强计算能力和人工智能，通过机器学习和数据挖 掘等方式实现大数据分析；二是依靠人所具备的、机 器并不擅长的认知能力，通过可视分析等方法实现 大数据分析［５ ］ 。 这两种方式均适用于智能航运系 统，现阶段可视分析由于实现难度较低更为合适。 通过对航运系统内大数据的处理和分析，至少可产 生以下价值：１）通过分析某航段所有船舶的历史轨 迹，可为设立助航设施提供参考；２） 通过统计一段 时间内的历史船舶交通流数据，找出交通流规律，实 现水上交通的高效控制。 ２．２ 船联网技术 “船联网”是物联网在航运领域的一种具体化 发展形式，以航运管理精细化、行业服务全面化、出 行体验人性化为目的，以企业、船员、船舶、货物为对 象，覆盖航道、船闸、桥梁、港口和码头，综合运用物 联网技术实现人—船—货信息互联互通的智能航运 信息服务网络［６ ］ 。 文献［６］提出了一种融合物联网 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，其结构如图 ２。 文献［７］基于无线传感网络和 物联网等技术设计了内河信息管理系统。 图 ２ 内河智能航运信息综合服务网络结构［５］ Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｉｎｌａｎｄ⁃ｗａｔｅｒｗａｙ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｈｉｐ⁃ ｐｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ 船联网的发展将大大促进航运信息服务水平的 提升，典型的航运信息服务流程如图 ３ 所示［８ ］ 。 文献 ［９］利用 ３Ｇ、ＲＦＩＤ 和 ＺｉｇＢｅｅ 等无线技术构建了内河 船舶管理系统，以提升内河船舶管理效率和服务质 量；文献［１０］讨论了如何利用物联网技术实现内河航 道流量统计、航道数据采集和应用位置服务；文献 ［１１］基于物联网设计了一套智能化的船舶电子签证 管理系统，实现了不停船签证；文献［８］指出目前我国 内河船联网发展过程中存在航运信息服务标准体系 不健全、标准内容重复交叉等问题。 图 ３ 典型航运信息服务流程 Ｆｉｇ．３ Ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ 第 ６ 期 严新平，等： 智能航运系统的发展现状与趋势 ·８０９·

.810 智能系统学报 第11卷 2.3云计算技术 和三维立体视觉传感器提出了无人水面艇跟踪目标 云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的 船舶的导航方法，并取得了较好的实验结果。文献 发展2]。用户可以在不了解提供服务的技术、知识 [19]认为自主航行船舶在与其他船舶或障碍物会 和设备的情况下通过网络获取云计算提供的各种服 遇时应保证其避碰行为与国际海上避碰规则(COL 务。实时、动态地分析智能航运系统中数以兆计的 REGs)一致，并提出了基于视距和PD控制的自动 传感设备在不同时间采集的海量信息，并对这些信 避碰方法。 息进行汇总、拆分、统计、备份，这需要具有弹性增长 通常来说，智能航行系统由环境感知子系统、路 存储资源和大规模并行计算能力的云计算作为支 径自主规划子系统和控制子系统组成。环境感知子 撑3]。为了减少船舶事故的发生，文献[14]提出 系统利用X波段雷达、激光雷达、视觉传感器、水深 了基于移动互联设备、大数据、岸基站、传感网络构 仪、AS、电子航道图等手段来感知船舶周围环境障 建了基于云平台的智能船舶系统，云平台在这个系 碍物（包括岸线、桥梁、岛屿、航标船、其他航行船舶 统中起到了关键的数据存储、计算和分享作用。智 等)信息，实时获取船舶周围障碍物的位置和速度。 能航运的最终目的是为用户提供更好的服务，云计 路径规划子系统根据船舶预设航线和船舶周围环境 算技术能够避免用户花费大量的时间、金钱和精力 障碍物信息，实时自主规划出船舶的运动航线。3 去构建平台、分析数据，而只需要通过网络浏览器等 个子系统之间的关系如图4所示。 方式去获取个性化服务[。航运管理部门和航运 环境感知 企业可以借助云计算平台为客户提供如船期查询、 子系统 电子订舱、运价查询、货物跟踪等服务。同时，云计 障得物信息 控制指令 部分障碍物 算平台能够搜集航运相关的气象、水文、交通流等各 种信息，再结合船舶自身性能特点，最终实现船舶航 规划航线 路径规划 线、配载、船期等的最优化设计。 子系统 控制子系统 航行状态 云计算是基于软件(software)、平台(platform) 一信息流 和基础设施(infrastructure)模型，为用户提供服务的 …→间接影响 一种信息技术手段[)。以航运为对象，云计算服务 图4智能航行3个子系统的相互关系 模型可总结为以下3种：I)SaaS(cloud software as a Fig.4 The links among three subsystems of in- service,云应用服务)，是指航运部门或公司能够直 telligent navigation systems 接应用航运云基础设施中的已有应用资源：2)IaaS 3 (cloud infrastructure as a service,云设施服务)，是指 智能航运系统的发展现状 航运部门或公司能够应用航运云基础设施中的计算 智能航运系统涵盖智能航道、智能港口、智能船 资源，节约了购买电脑、硬盘等硬件设备的费用：3) 舶和智慧海事等部分，以下分别介绍其最新进展。 PaaS(cloud platform as a service,云平台服务)，是指 3.1智能航道 航运部门或公司能够基于云基础设施中的所有资源 文献[20]对智能航道有如下定义：智能航道是 来开发自身的特定应用程序，比如基于电子海图或 指在数字航道基础上，利用智能传感器、物联网、自 航道图平台来开发地图应用程序等5]。 动控制、人工智能等技术，自动获取航道系统要素信 2.4智能航行技术 息，通过融合处理与深度挖掘，动态发布航道有关信 计算机技术、传感器技术、通信技术、信息技术 息，实现航道规划科学化、建养智能化、管理现代化， 的进步推动了船舶导航设备、自动化设备、环境感知 为航运企业运输决策、船舶航行安全、海事监管、政 设备的更新与升级，物联网技术、信息物理系统和大 府水上应急等提供全方位、实时、精确、便捷的服务。 数据技术的应用加快了船船、船岸之间信息交互的 智能航道的发展对提升内河航运安全性及航行效率 发展，这些都为船舶未来实现智能航行提供了重要 具有重要的促进意义。 的支持。智能航行系统利用通导设备自动地感知并 欧盟早在20世纪90年代后期就提出了欧洲内 获取各种航行相关信息，能实时地接收岸基云服务 河航运信息服务概念，其旨在统一和提升欧盟各国 平台提供的各种信息，通过数据的运算与处理，使船 的内河航运服务水平，并为用户提供了电子航道图、 舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境下自动避碰， 法律法规、船舶登记等静态信息以及船舶位置、货物 实现自主航行6]。文献[18]基于二维位置坐标 信息、预计到达时间等动态信息)。我国长江航道

２．３ 云计算技术 云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的 发展［１２ ］ 。 用户可以在不了解提供服务的技术、知识 和设备的情况下通过网络获取云计算提供的各种服 务。 实时、动态地分析智能航运系统中数以兆计的 传感设备在不同时间采集的海量信息，并对这些信 息进行汇总、拆分、统计、备份，这需要具有弹性增长 存储资源和大规模并行计算能力的云计算作为支 撑［１３ ］ 。 为了减少船舶事故的发生，文献［１４］ 提出 了基于移动互联设备、大数据、岸基站、传感网络构 建了基于云平台的智能船舶系统，云平台在这个系 统中起到了关键的数据存储、计算和分享作用。 智 能航运的最终目的是为用户提供更好的服务，云计 算技术能够避免用户花费大量的时间、金钱和精力 去构建平台、分析数据，而只需要通过网络浏览器等 方式去获取个性化服务［１２］ 。 航运管理部门和航运 企业可以借助云计算平台为客户提供如船期查询、 电子订舱、运价查询、货物跟踪等服务。 同时，云计 算平台能够搜集航运相关的气象、水文、交通流等各 种信息，再结合船舶自身性能特点，最终实现船舶航 线、配载、船期等的最优化设计。 云计算是基于软件（ ｓｏｆｔｗａｒｅ）、平台（ ｐｌａｔｆｏｒｍ） 和基础设施（ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）模型，为用户提供服务的 一种信息技术手段［１２］ 。 以航运为对象，云计算服务 模型可总结为以下 ３ 种：１） ＳａａＳ（ｃｌｏｕｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓ ａ ｓｅｒｖｉｃｅ，云应用服务），是指航运部门或公司能够直 接应用航运云基础设施中的已有应用资源；２） ＩａａＳ （ｃｌｏｕｄ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｓ ａ ｓｅｒｖｉｃｅ，云设施服务），是指 航运部门或公司能够应用航运云基础设施中的计算 资源，节约了购买电脑、硬盘等硬件设备的费用；３） ＰａａＳ（ｃｌｏｕｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｓ ａ ｓｅｒｖｉｃｅ，云平台服务），是指 航运部门或公司能够基于云基础设施中的所有资源 来开发自身的特定应用程序，比如基于电子海图或 航道图平台来开发地图应用程序等［１５ ］ 。 ２．４ 智能航行技术 计算机技术、传感器技术、通信技术、信息技术 的进步推动了船舶导航设备、自动化设备、环境感知 设备的更新与升级，物联网技术、信息物理系统和大 数据技术的应用加快了船船、船岸之间信息交互的 发展，这些都为船舶未来实现智能航行提供了重要 的支持。 智能航行系统利用通导设备自动地感知并 获取各种航行相关信息，能实时地接收岸基云服务 平台提供的各种信息，通过数据的运算与处理，使船 舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境下自动避碰， 实现自主航行［１６－１７ ］ 。 文献［１８］基于二维位置坐标 和三维立体视觉传感器提出了无人水面艇跟踪目标 船舶的导航方法，并取得了较好的实验结果。 文献 ［１９］认为自主航行船舶在与其他船舶或障碍物会 遇时应保证其避碰行为与国际海上避碰规则（ＣＯＬ⁃ ＲＥＧｓ）一致，并提出了基于视距和 ＰＩＤ 控制的自动 避碰方法。 通常来说，智能航行系统由环境感知子系统、路 径自主规划子系统和控制子系统组成。 环境感知子 系统利用 Ｘ 波段雷达、激光雷达、视觉传感器、水深 仪、ＡＩＳ、电子航道图等手段来感知船舶周围环境障 碍物（包括岸线、桥梁、岛屿、航标船、其他航行船舶 等）信息，实时获取船舶周围障碍物的位置和速度。 路径规划子系统根据船舶预设航线和船舶周围环境 障碍物信息，实时自主规划出船舶的运动航线。 ３ 个子系统之间的关系如图 ４ 所示。 图 ４ 智能航行 ３ 个子系统的相互关系 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｌｉｎｋｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｒｅｅ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｉｎ⁃ ｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ３ 智能航运系统的发展现状 智能航运系统涵盖智能航道、智能港口、智能船 舶和智慧海事等部分，以下分别介绍其最新进展。 ３．１ 智能航道 文献［２０］对智能航道有如下定义：智能航道是 指在数字航道基础上，利用智能传感器、物联网、自 动控制、人工智能等技术，自动获取航道系统要素信 息，通过融合处理与深度挖掘，动态发布航道有关信 息，实现航道规划科学化、建养智能化、管理现代化， 为航运企业运输决策、船舶航行安全、海事监管、政 府水上应急等提供全方位、实时、精确、便捷的服务。 智能航道的发展对提升内河航运安全性及航行效率 具有重要的促进意义。 欧盟早在 ２０ 世纪 ９０ 年代后期就提出了欧洲内 河航运信息服务概念，其旨在统一和提升欧盟各国 的内河航运服务水平，并为用户提供了电子航道图、 法律法规、船舶登记等静态信息以及船舶位置、货物 信息、预计到达时间等动态信息［５］ 。 我国长江航道 ·８１０· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷

第6期 严新平，等：智能航运系统的发展现状与趋势 ·811· 建设也正在从数字航道逐步向智能航道转变。文献 3.3智能船舶 [21]认为长江智能航道的关键技术体系包括航道 智能船舶是指利用传感器、通信、物联网、互联 变化监测与动态感知、航道智能融合与演变模拟和 网等技术手段，自动感知和获得船舶自身、海洋环 航道信息智能服务与综合应用。这些技术或功能的 境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于计算机 实现离不开船联网、大数据、云计算等理论和技术方 技术、自动控制技术和大数据处理和分析技术，在船 法的支持。文献[22]提出了长江智能航道全面感 舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能 知概念设计，具体是在数字航道基础上，利用智能传 化运行的船舶，以使船舶更加安全、更加环保、更加 感器、物联网、自动控制、人工智能等技术，自动获取 经济和更加可靠16]。中国船级社基于国内外智能 航道系统要素信息，借助高空、水面、水下传感设备， 船舶的应用经验和未来船舶智能化的发展方向于 实现水位、气象、助航设施、桥梁净空等信息的动态 2015年制定了《智能船舶规范》，将智能船舶划分为 采集，实时地为航道维护管理、船舶航行提供可靠的 智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能 航道信息，如图52]所示。 货物管理和智能集成平台等六大功能模块[6]。 全方位的数据感知 综合船桥系统(integrated bridge system,BS)的 快速发展为实现智能船舶提供了必要的理论和技术 视可2于合 只.冠 支持。BS具有完善的导航、驾控、避碰、信息集中显 示、报警监控、通信、岸站支持、航行管理和控制自动 化等多种功能，便于驾驶员及岸基人员的观测和操 纵，同时将各设备的信息进行优化处理，从而使综合 图5长江智能航道全面感知概念设计 船桥系统比各设备单独使用时在保障船舶安全航行 Fig.5 Comprehensive perception design for intelligent 和降低人员成本方面发挥更大的作用]。新一代 waterway of Yangtze River BS应至少具备以下特性：1)先进的体系架构，可考 3.2智能港▣ 虑应用CPS架构：2)强大的系统集成能力，融合不同 随着全球经济一体化的趋势日渐明显，港口日 设备间的信息：3)最优航线设计能力：4)精确和可靠 益成为全球综合运输网络的神经中枢[23]。通常来 的航迹控制技术：5)多目标避碰辅助决策系统：6)雷 说，港口发展可分为运输中心、运输与服务中心、国 达、电子海图、AIS间的融合处理2]。全球最大的船 际物流中心和绿色供应链物流据点4个阶段24】。 舶设备供应商之一的英国罗尔斯·罗伊斯公司已经 港口信息化、自动化的快速发展推动了港口智能化 开展了无人驾驶货船项目的研究，预计10年内将有 的步伐。智能港口是将互联网技术(WEB)、全球定 第一艘无人驾驶货船投入使用)。其提出的智能航 位系统(GPS)、移动通信技术(GMS)、无线通信技 行框架包括远程控制、设备环境监控、决策支持、优化 术(WAP)、地理信息系统(GIS)、无线射频识别技术 操作、船舶自动化等功能模块，如图6[0]。 (RFD)、实时监控系统、自动化装卸设备、物流搬运 机器人等先进的信息技术和自动化技术综合应用于 整个港口物流作业、运输服务及港口管理等各个方 面，建立一种在港口服务范围内全方位发挥作用的， 实时、准确、高效、优质的港口物流服务体系[5]。比 如，基于RFID的智能闸口系统能够将集装箱从堆 场闸口摆放到指定位置的时间从原来的2min缩减 为30s,且降低了放置错误的问题26]。智能航口的 发展一方面加快了航运过程中货物的装卸和周转速 图6智能航行框架 度，另一方面也实现了对货物的智能化管理。目前 Fig.6 The architecture of intelligent navigation 智能港口发展中涉及的关键技术主要包括[5]：1) 3.4智慧海事 智能化的货物识别技术；2)实时监控与可视化技 海事监管对提高航运效率具有重要的意义。智 术；3)大型装卸设备的智能化运行技术：4)自动引 慧海事监管是用信息化的手段全面打造海事监管的 导车辆的智能化运行技术：5)港口工艺流程智能控 新格局，在海事监管领域全面深入地利用信息技术， 制技术；6)港口通用设备智能化运行改造技术

建设也正在从数字航道逐步向智能航道转变。 文献 ［２１］认为长江智能航道的关键技术体系包括航道 变化监测与动态感知、航道智能融合与演变模拟和 航道信息智能服务与综合应用。 这些技术或功能的 实现离不开船联网、大数据、云计算等理论和技术方 法的支持。 文献［２２］提出了长江智能航道全面感 知概念设计，具体是在数字航道基础上，利用智能传 感器、物联网、自动控制、人工智能等技术，自动获取 航道系统要素信息，借助高空、水面、水下传感设备， 实现水位、气象、助航设施、桥梁净空等信息的动态 采集，实时地为航道维护管理、船舶航行提供可靠的 航道信息，如图 ５ ［２２ ］所示。 图 ５ 长江智能航道全面感知概念设计 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ３．２ 智能港口 随着全球经济一体化的趋势日渐明显，港口日 益成为全球综合运输网络的神经中枢［２３ ］ 。 通常来 说，港口发展可分为运输中心、运输与服务中心、国 际物流中心和绿色供应链物流据点 ４ 个阶段［２４ ］ 。 港口信息化、自动化的快速发展推动了港口智能化 的步伐。 智能港口是将互联网技术（ＷＥＢ）、全球定 位系统（ＧＰＳ）、移动通信技术（ＧＭＳ）、无线通信技 术（ＷＡＰ）、地理信息系统（ＧＩＳ）、无线射频识别技术 （ＲＦＩＤ）、实时监控系统、自动化装卸设备、物流搬运 机器人等先进的信息技术和自动化技术综合应用于 整个港口物流作业、运输服务及港口管理等各个方 面，建立一种在港口服务范围内全方位发挥作用的， 实时、准确、高效、优质的港口物流服务体系［２５ ］ 。 比 如，基于 ＲＦＩＤ 的智能闸口系统能够将集装箱从堆 场闸口摆放到指定位置的时间从原来的 ２ ｍｉｎ 缩减 为 ３０ ｓ，且降低了放置错误的问题［２６ ］ 。 智能航口的 发展一方面加快了航运过程中货物的装卸和周转速 度，另一方面也实现了对货物的智能化管理。 目前 智能港口发展中涉及的关键技术主要包括［２５ ］ ：１） 智能化的货物识别技术；２） 实时监控与可视化技 术；３）大型装卸设备的智能化运行技术；４） 自动引 导车辆的智能化运行技术；５）港口工艺流程智能控 制技术；６）港口通用设备智能化运行改造技术。 ３．３ 智能船舶 智能船舶是指利用传感器、通信、物联网、互联 网等技术手段，自动感知和获得船舶自身、海洋环 境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于计算机 技术、自动控制技术和大数据处理和分析技术，在船 舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能 化运行的船舶，以使船舶更加安全、更加环保、更加 经济和更加可靠［１ ６ ］ 。 中国船级社基于国内外智能 船舶的应用经验和未来船舶智能化的发展方向于 ２０１５ 年制定了《智能船舶规范》，将智能船舶划分为 智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能 货物管理和智能集成平台等六大功能模块［１６ ］ 。 综合船桥系统（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｓｙｓｔｅｍ， ＩＢＳ）的 快速发展为实现智能船舶提供了必要的理论和技术 支持。 ＩＢＳ 具有完善的导航、驾控、避碰、信息集中显 示、报警监控、通信、岸站支持、航行管理和控制自动 化等多种功能，便于驾驶员及岸基人员的观测和操 纵，同时将各设备的信息进行优化处理，从而使综合 船桥系统比各设备单独使用时在保障船舶安全航行 和降低人员成本方面发挥更大的作用［２７ ］ 。 新一代 ＩＢＳ 应至少具备以下特性：１）先进的体系架构，可考 虑应用 ＣＰＳ 架构；２）强大的系统集成能力，融合不同 设备间的信息；３）最优航线设计能力；４）精确和可靠 的航迹控制技术；５）多目标避碰辅助决策系统；６）雷 达、电子海图、ＡＩＳ 间的融合处理［２８ ］ 。 全球最大的船 舶设备供应商之一的英国罗尔斯·罗伊斯公司已经 开展了无人驾驶货船项目的研究，预计 １０ 年内将有 第一艘无人驾驶货船投入使用［２９ ］ 。 其提出的智能航 行框架包括远程控制、设备环境监控、决策支持、优化 操作、船舶自动化等功能模块，如图 ６ ［３０ ］ 。 图 ６ 智能航行框架 Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ３．４ 智慧海事 海事监管对提高航运效率具有重要的意义。 智 慧海事监管是用信息化的手段全面打造海事监管的 新格局，在海事监管领域全面深入地利用信息技术， 第 ６ 期 严新平，等： 智能航运系统的发展现状与趋势 ·８１１·

.812 智能系统学报 第11卷 开发利用监管资源，促进安全信息的整合和共享，提 约50%，同时还具有零排放、噪声小的优点[8」。鹿 高海事监管的质量和效能1]。智慧海事监管的核 特丹港混合动力和电池-电力AGV原型如图7。 心是信息化，具体是利用AS、闭路监控电视 2)联运系统 (CCTV)、射频识别(RFID)、船舶远程识别与跟踪 鹿特丹港具有发达的联合运输网络(intermodal (LRT)、船舶交通服务(VTS)等系统，以及大数据、 transportation,简称联运)，包括内河、道路、近海、管 船联网和云计算技术手段，实现对航运船舶的远程、 道运输等，这使得鹿特丹港能够将货物在24h内运 实时、全程监管与服务。 输到欧洲各个重要的目的地[]。联运系统最重要 近年来，国内外学者在智能海事相关的架构设 的特点是能够充分发挥每个运输方式的优势，从宏 计、智能决策等方面做了大量的研究工作。文献 观（交通拥堵、排放等）和微观（某一货物达到时间 [31]提出了一种基于面向服务的体系结构(SOA) 等)两个层面综合考虑，最终设计一个最优的运输 的分布式“智慧海事云”架构：针对VTS系统交管雷 方案。鹿特丹港充分发挥了联运系统的优势，在提 达对船舶目标自动识别问题；文献[32]提出了一种 高运输效率的同时还节约了能源、降低了排放。 改进的模糊C-Mean方法来实现雷达自动雷达标绘 仪(ARPA)目标的自动提取，有效降低了人工识别 船舶目标的难度：文献[33]基于天气信息系统构建 了一种海事智能管理工作站，既能够为船舶交通管 理者提供决策支持，也能够为船舶本身提供服务：文 献[34]为提高船舶交通管理的安全性，提出利用人 工神经网络机理同时监控多条船舶的状态，并将获 取的信息与现有的船舶交通管理和信息系统(vessel traffic monitoring and information systems,VTMISs) 行融合，同时还提出利用扩展卡尔曼滤波实现单条 船舶状态轨迹的预测：文献[35]基于模糊推理系统 研发一种智能化的实时多船避碰风险评估系统，保 障船舶航行安全。 AGV details 4典型智能航运系统 99 2006 2012 2013 器 目前智能航运系统仍处于发展和完善阶段，以 鹿特丹港和新一代智能船舶为例介绍已有智能航运 系统的现状。 a = 4.1世界领先港口—鹿特丹港 一元5一 鹿特丹港位于莱茵河与马斯河河口，是欧洲最 大也是全球最先进的港口，被誉为“欧洲门户”[6]。 图7鹿特丹港混合动力AGV和电池-电力AGV原型 作为首个使用自动引导车(automated guided vehi- Fig.7 Prototypes of hybrid and battery-electric AGV in cles,AGV)和首个建成全自动化集装箱码头的港 port of rotterdam 口，鹿特丹港除了巨大的吞吐量外，更让人熟知的是 4.2新一代智能船舶 其对先进运营理念和技术的不断追求。以下简要从 罗尔斯·罗伊斯(Rolls Royce)公司致力于研发 自动引导车和联运系统来分析鹿特丹港的先进性。 具有无人驾驶和全球航行能力的新一代商用智能船 1)自动引导车 舶，能够有效提高运营效率、降低成本、减少排放甚至 码头AGV是一种用于船舶与堆场之间运输集 降低风险。新一代智能船舶或许是航运业历史上的 装箱的交通工具，是实现全自动集装箱码头的关键 一次重要变革，已经引起了全世界广泛的关注[0]。 装备[37]。AGV经历了卡车、柴油-液压车、油电混 2015年，罗尔斯·罗伊斯公司联合芬兰船舶设 合车的发展后，鹿特丹港在2013年就开始应用无人 计公司Deltamarin、国际海事卫星组织、芬兰图尔库 电池-电力AGV,该AGV首次将集装箱的运输和存 大学等近10家机构共同承担了由芬兰政府资助的 放过程分离，并能将集装箱在码头的处理效率提升 AAWA advanced autonomous waterborne applica-

开发利用监管资源，促进安全信息的整合和共享，提 高海事监管的质量和效能［３１ ］ 。 智慧海事监管的核 心是 信 息 化， 具 体 是 利 用 ＡＩＳ、 闭 路 监 控 电 视 （ＣＣＴＶ）、射频识别（ＲＦＩＤ）、船舶远程识别与跟踪 （ＬＲＩＴ）、船舶交通服务（ＶＴＳ）等系统，以及大数据、 船联网和云计算技术手段，实现对航运船舶的远程、 实时、全程监管与服务。 近年来，国内外学者在智能海事相关的架构设 计、智能决策等方面做了大量的研究工作。 文献 ［３１］提出了一种基于面向服务的体系结构（ ＳＯＡ） 的分布式“智慧海事云”架构；针对 ＶＴＳ 系统交管雷 达对船舶目标自动识别问题；文献［３２］提出了一种 改进的模糊 Ｃ⁃Ｍｅａｎ 方法来实现雷达自动雷达标绘 仪（ＡＲＰＡ）目标的自动提取，有效降低了人工识别 船舶目标的难度；文献［３３］基于天气信息系统构建 了一种海事智能管理工作站，既能够为船舶交通管 理者提供决策支持，也能够为船舶本身提供服务；文 献［３４］为提高船舶交通管理的安全性，提出利用人 工神经网络机理同时监控多条船舶的状态，并将获 取的信息与现有的船舶交通管理和信息系统（ｖｅｓｓｅｌ ｔｒａｆｆｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ， ＶＴＭＩＳｓ）进 行融合，同时还提出利用扩展卡尔曼滤波实现单条 船舶状态轨迹的预测；文献［３５］基于模糊推理系统 研发一种智能化的实时多船避碰风险评估系统，保 障船舶航行安全。 ４ 典型智能航运系统 目前智能航运系统仍处于发展和完善阶段，以 鹿特丹港和新一代智能船舶为例介绍已有智能航运 系统的现状。 ４．１ 世界领先港口———鹿特丹港 鹿特丹港位于莱茵河与马斯河河口，是欧洲最 大也是全球最先进的港口，被誉为“欧洲门户” ［ ３６ ］ 。 作为首个使用自动引导车（ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ ｖｅｈｉ⁃ ｃｌｅｓ， ＡＧＶ）和首个建成全自动化集装箱码头的港 口，鹿特丹港除了巨大的吞吐量外，更让人熟知的是 其对先进运营理念和技术的不断追求。 以下简要从 自动引导车和联运系统来分析鹿特丹港的先进性。 １）自动引导车 码头 ＡＧＶ 是一种用于船舶与堆场之间运输集 装箱的交通工具，是实现全自动集装箱码头的关键 装备［ ３７ ］ 。 ＡＧＶ 经历了卡车、柴油－液压车、油电混 合车的发展后，鹿特丹港在 ２０１３ 年就开始应用无人 电池－电力 ＡＧＶ，该 ＡＧＶ 首次将集装箱的运输和存 放过程分离，并能将集装箱在码头的处理效率提升 约 ５０％，同时还具有零排放、噪声小的优点［ ３８ ］ 。 鹿 特丹港混合动力和电池－电力 ＡＧＶ 原型如图 ７。 ２）联运系统 鹿特丹港具有发达的联合运输网络（ ｉｎｔｅｒｍｏｄａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，简称联运），包括内河、道路、近海、管 道运输等，这使得鹿特丹港能够将货物在 ２４ ｈ 内运 输到欧洲各个重要的目的地［ ３９ ］ 。 联运系统最重要 的特点是能够充分发挥每个运输方式的优势，从宏 观（交通拥堵、排放等）和微观（某一货物达到时间 等）两个层面综合考虑，最终设计一个最优的运输 方案。 鹿特丹港充分发挥了联运系统的优势，在提 高运输效率的同时还节约了能源、降低了排放。 图 ７ 鹿特丹港混合动力 ＡＧＶ 和电池－电力 ＡＧＶ 原型 Ｆｉｇ．７ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ ｂａｔｔｅｒｙ⁃ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＡＧＶ ｉｎ ｐｏｒｔ ｏｆ ｒｏｔｔｅｒｄａｍ ４．２ 新一代智能船舶 罗尔斯·罗伊斯（Ｒｏｌｌｓ Ｒｏｙｃｅ）公司致力于研发 具有无人驾驶和全球航行能力的新一代商用智能船 舶，能够有效提高运营效率、降低成本、减少排放甚至 降低风险。 新一代智能船舶或许是航运业历史上的 一次重要变革，已经引起了全世界广泛的关注［ ４０ ］ 。 ２０１５ 年，罗尔斯·罗伊斯公司联合芬兰船舶设 计公司 Ｄｅｌｔａｍａｒｉｎ、国际海事卫星组织、芬兰图尔库 大学等近 １０ 家机构共同承担了由芬兰政府资助的 ＡＡＷＡ （ ａｄｖａｎｃｅｄ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ ａｐｐｌｉｃａ⁃ ·８１２· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷

第6期 严新平，等：智能航运系统的发展现状与趋势 ·813 tios)项目，旨在为实现新一代智能船舶提供前期设 该项目提出的自主导航流程和结构分别如图8a)和 计方案以及开展关键技术研究。AAWA项目共分 8b)所示。该项目是从经济、社会、法律、管理、技术 为3个阶段：第1阶段(2015年)为概念设计阶段： 等多个方面来探讨智能船舶的可行性方案，对下一 第2阶段(2016一2017年)为关键解决方案和关键 代智能船舶的实现提供了重要参考和支持。 技术研究阶段；第3阶段(2018年)为验证阶段41。 态势感知SA) 电子导航图 目前公开的资料显示，该项目涉及的研究包括：1) +长距离 摄像机+ 船载雷达 远程操控技术；2)离港解缆和机动操控技术；3)开 短距离雷达 、传感器 船舶定位和 导航和反应 阔水域操控技术：4)自主航行技术：5)态势感知技 数据处理 激光雷达 状态估计 式避碰 术：6)远程通信技术：7)远程和自主航行合法性：8) (+摄像机 GPS、惯性 +天气 雷达) 导航传感器 自主航行的安全性保障：9)对航运业格局的影响。 (a)自主导航流程 态势感知系统 态势感知传感器 路径规侧模块 传感器融合 推进 动态 态势感知模块 数据 远程操控 控制系统 定位系统 通信 避碰模块 船舶状态 定义模块 (b)自主导航结构 图8自主导航系统原理 Fig.8 The autonomous navigation system (ANS)principle 入智能时代。在技术层面，除了船联网、大数据、云 5智能航运系统的技术展望 计算外，信息物理系统(cyber-physical systems, 经过对智能航运系统涉及的关键技术和发展现 CPS)、无人化技术在智能航运系统中将起到至关重 状的分析可知，当前航运正处于自动化、信息化时代 要的作用。 向智能化时代过渡的阶段。随着船联网的建设不断 5.1 CPS 完善以及云计算、大数据在航运领域的逐步应用，构 CPS是一种计算进程与物理进程的集成和相互 建智能化的航运系统已经成为了未来几年、十几年 影响的复杂系统，即通过嵌入式计算机和网络实现 内可能实现的目标。从谷歌围棋机器人AlphaGo能 对物理进程的检测和控制，并通过反馈循环实现物 够战胜最顶尖围棋棋手的结果来看，在某些方面目 理进程对计算进程影响的系统[2】。CPS不同于传 前机器智能水平已经能够达到甚至超过人类。对于 统的有关计算系统和物理系统的观念，其将信息世 航运系统也是如此，随着计算机、通信、传感技术的 界(cyber space)与物理世界(physical world)通过自 飞速发展，人工智能算法尤其是人工神经网络算法 主适应、反馈闭环控制方式紧密地结合起来，具有实 的逐步完善，以及大数据分析、云计算平台的成功应 时、安全、可靠、高性能等特点。CPS是当今最前沿 用，使得未来的航运系统对人的依赖越来越少，船舶 的交叉研究领域之一，被认为是计算机信息处理技 交通管理的效率越来越高。 术史上的下一次信息浪潮，将会改变人与显示物理 从2011年提出“工业4.0”以来，智能制造迅速 世界之间的交互方式[]。目前CPS在交通领域尤 成为了工业界未来重要的发展方向，我国也于2015 其是船舶交通领域的研究还多处于探索阶段。借鉴 年发布了《中国制造2025》，旨在加快中国向制造强 文献[44]对道路交通信息物理系统(T-CPS)设计的 国迈进。作为航运大国，中国航运工业也应尽快进 架构，提出水路交通信息物理系统架构，如图9

ｔｉｏｎｓ）项目，旨在为实现新一代智能船舶提供前期设 计方案以及开展关键技术研究。 ＡＡＷＡ 项目共分 为 ３ 个阶段：第 １ 阶段（２０１５ 年）为概念设计阶段； 第 ２ 阶段（２０１６—２０１７ 年）为关键解决方案和关键 技术研究阶段；第 ３ 阶段（２０１８ 年）为验证阶段［ ４１ ］ 。 目前公开的资料显示，该项目涉及的研究包括：１） 远程操控技术；２）离港解缆和机动操控技术；３） 开 阔水域操控技术；４）自主航行技术；５） 态势感知技 术；６）远程通信技术；７）远程和自主航行合法性；８） 自主航行的安全性保障；９）对航运业格局的影响。 该项目提出的自主导航流程和结构分别如图 ８ａ）和 ８ｂ）所示。 该项目是从经济、社会、法律、管理、技术 等多个方面来探讨智能船舶的可行性方案，对下一 代智能船舶的实现提供了重要参考和支持。 （ａ） 自主导航流程 （ｂ）自主导航结构 图 ８ 自主导航系统原理 Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ （ＡＮＳ） ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ５ 智能航运系统的技术展望 经过对智能航运系统涉及的关键技术和发展现 状的分析可知，当前航运正处于自动化、信息化时代 向智能化时代过渡的阶段。 随着船联网的建设不断 完善以及云计算、大数据在航运领域的逐步应用，构 建智能化的航运系统已经成为了未来几年、十几年 内可能实现的目标。 从谷歌围棋机器人 ＡｌｐｈａＧｏ 能 够战胜最顶尖围棋棋手的结果来看，在某些方面目 前机器智能水平已经能够达到甚至超过人类。 对于 航运系统也是如此，随着计算机、通信、传感技术的 飞速发展，人工智能算法尤其是人工神经网络算法 的逐步完善，以及大数据分析、云计算平台的成功应 用，使得未来的航运系统对人的依赖越来越少，船舶 交通管理的效率越来越高。 从 ２０１１ 年提出“工业 ４．０”以来，智能制造迅速 成为了工业界未来重要的发展方向，我国也于 ２０１５ 年发布了《中国制造 ２０２５》，旨在加快中国向制造强 国迈进。 作为航运大国，中国航运工业也应尽快进 入智能时代。 在技术层面，除了船联网、大数据、云 计算 外， 信 息 物 理 系 统 （ ｃｙｂｅｒ⁃ｐｈｙｓｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ， ＣＰＳ）、无人化技术在智能航运系统中将起到至关重 要的作用。 ５．１ ＣＰＳ ＣＰＳ 是一种计算进程与物理进程的集成和相互 影响的复杂系统，即通过嵌入式计算机和网络实现 对物理进程的检测和控制，并通过反馈循环实现物 理进程对计算进程影响的系统［４２ ］ 。 ＣＰＳ 不同于传 统的有关计算系统和物理系统的观念，其将信息世 界（ｃｙｂｅｒ ｓｐａｃｅ）与物理世界（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｗｏｒｌｄ）通过自 主适应、反馈闭环控制方式紧密地结合起来，具有实 时、安全、可靠、高性能等特点。 ＣＰＳ 是当今最前沿 的交叉研究领域之一，被认为是计算机信息处理技 术史上的下一次信息浪潮，将会改变人与显示物理 世界之间的交互方式［４３ ］ 。 目前 ＣＰＳ 在交通领域尤 其是船舶交通领域的研究还多处于探索阶段。 借鉴 文献［４４］对道路交通信息物理系统（Ｔ⁃ＣＰＳ）设计的 架构，提出水路交通信息物理系统架构，如图 ９。 第 ６ 期 严新平，等： 智能航运系统的发展现状与趋势 ·８１３·

.814 智能系统学报 第11卷 服务层 服务层 诱导及导航 交通调度 不停船签证 货物跟踪 物理域 控制层 控制中 系统性能评估 操作中心 算法设计 算法评估 到 信息 执行器 传感器 服务器 分布式存储 备份 计 信息处 人工 计算机 信息中心 信息处理数据库 信息域 翠 海事专网 2G/3G/4G 有线宽带 海事卫星 通信层 防火墙 通信设备 执行器 传感器 通信基站 共亭网关 网络节点 感知层 感知设备 AIS CCTV REID 气象测量仪 交管雷达 物理域 流速测量仪 航道测量船 图9水路交通信息物理系统架构 Fig.9 CPS Structure of waterway transportation 5.2无人驾驶技术 及英国、德国、法国等海洋强国，文献[45]对国内外 无人机、无人车和无人水下航行器的成功应用 无人艇的相关研究作了较为详细的介绍和分析。 和推广使载运工具无人化技术在航运系统的应用受 6结束语 到了很大的关注。无人船(unmanned surface ves- sCs,USVs)和自动引导车是航运系统中具有代表 航运系统是一个较为复杂和庞大的运输系统， 性的无人驾驶运输工具。如能实现船舶的无人驾 航运系统智能化是提升航运系统效率、安全和节能 驶，将会有效降低航运的人工成本，降低人为因素带 环保的必然选择。限于篇幅本文很难从各个方面完 来的事故风险，以及提升船舶运输能力（将原有船 整概述智能航运系统涉及的各个方面，仅从体系结 员生活空间用来装载货物)等[45]。在港口集装箱 构、研究现状、关键技术等方面对当前智能航运作了 搬运时，AGV能够在港口不同的码头间按照预设的 简要的阐述和分析，以鹿特丹港和新一代智能船舶 路径自动驾驶，使货物托运过程能够完全在无人化 作为示例描述了智能航运系统的特点，最后展望了 的情况下进行，提升了装卸货的效率。考虑到当前 未来智能航运的发展趋势，并将CPS和无人驾驶技 AGV主要在地面行驶的局限性，文献[46]还提出了 术作为未来智能航运发展重要的技术趋势。 基于水面AGV的自动路径跟踪控制方法。 参考文献： 无人驾驶可认为是未来智能航行的一种表现形 式。目前还未有成熟的船舶无人驾驶技术能够应用 [1]何新华.内河航运系统体系框架设计的关键问题研究 于航运船舶，尤其是针对远洋航线的货船，因为这对 [D].上海：同济大学，2007. 无人驾驶的可靠性、安全性、自动避碰性能要求较 HE Xinhua.Research of structure frame designing of ship- ping intelligent transportation system[D].Shanghai:Tongji 高。此外，USV的航行合法性也是限制其在航运中 University,2007. 实际应用的重要障碍，目前国际海事组织还未出台 [2]赵丽宁.基于多AGENT的智能航运信息系统关键技术 针对USV航行的规则。但是，目前针对小型艇的无 研究[D].大连：大连海事大学，2010. 人驾驶研究较多，尤其是美国、以色列等军事强国以 ZHAO Lining.Research on key technology of intelligent wa-

图 ９ 水路交通信息物理系统架构 Ｆｉｇ．９ ＣＰＳ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｗａｔｅｒｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ５．２ 无人驾驶技术 无人机、无人车和无人水下航行器的成功应用 和推广使载运工具无人化技术在航运系统的应用受 到了很大的关注。 无人船（ ｕｎｍａｎｎｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｖｅｓ⁃ ｓｅｌｓ， ＵＳＶｓ）和自动引导车是航运系统中具有代表 性的无人驾驶运输工具。 如能实现船舶的无人驾 驶，将会有效降低航运的人工成本，降低人为因素带 来的事故风险，以及提升船舶运输能力（将原有船 员生活空间用来装载货物） 等［４５ ］ 。 在港口集装箱 搬运时，ＡＧＶ 能够在港口不同的码头间按照预设的 路径自动驾驶，使货物托运过程能够完全在无人化 的情况下进行，提升了装卸货的效率。 考虑到当前 ＡＧＶ 主要在地面行驶的局限性，文献［４６］还提出了 基于水面 ＡＧＶ 的自动路径跟踪控制方法。 无人驾驶可认为是未来智能航行的一种表现形 式。 目前还未有成熟的船舶无人驾驶技术能够应用 于航运船舶，尤其是针对远洋航线的货船，因为这对 无人驾驶的可靠性、安全性、自动避碰性能要求较 高。 此外，ＵＳＶ 的航行合法性也是限制其在航运中 实际应用的重要障碍，目前国际海事组织还未出台 针对 ＵＳＶ 航行的规则。 但是，目前针对小型艇的无 人驾驶研究较多，尤其是美国、以色列等军事强国以 及英国、德国、法国等海洋强国，文献［４５］对国内外 无人艇的相关研究作了较为详细的介绍和分析。 ６ 结束语 航运系统是一个较为复杂和庞大的运输系统， 航运系统智能化是提升航运系统效率、安全和节能 环保的必然选择。 限于篇幅本文很难从各个方面完 整概述智能航运系统涉及的各个方面，仅从体系结 构、研究现状、关键技术等方面对当前智能航运作了 简要的阐述和分析，以鹿特丹港和新一代智能船舶 作为示例描述了智能航运系统的特点，最后展望了 未来智能航运的发展趋势，并将 ＣＰＳ 和无人驾驶技 术作为未来智能航运发展重要的技术趋势。 参考文献： ［１］何新华． 内河航运系统体系框架设计的关键问题研究 ［Ｄ］． 上海： 同济大学， ２００７． ＨＥ Ｘｉｎｈｕａ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒａｍｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｏｆ ｓｈｉｐ⁃ ｐｉｎｇ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］． Ｓｈａｎｇｈａｉ： Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２００７． ［２］赵丽宁． 基于多 ＡＧＥＮＴ 的智能航运信息系统关键技术 研究［Ｄ］． 大连： 大连海事大学， ２０１０． ＺＨＡＯ Ｌｉｎｉｎｇ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａ⁃ ·８１４· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷

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ｔｅｒｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｕｌｔｉ－ａ⁃ ｇｅｎｔ［Ｄ］． Ｄａｌｉａｎ： Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２０１０． ［３］严忠贞， 严新平， 马枫， 等． 绿色长江航运智能化信息 服务系统及其关键技术研究［ Ｊ］． 交通信息与安全， ２０１０， ２８（６）： ７６－８１． ＹＡＮ Ｚｈｏｎｇｚｈｅｎ， ＹＡＮ Ｘｉｎｐｉｎｇ， ＭＡ Ｆｅｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｇｒｅｅｎ Ｙａｎｇｔｚｅ ｒｉｖｅｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ， ２０１０， ２８（６）： ７６－８１． ［４］ ＺＨＡＮＧ Ｌｉｙｅ， ＷＡＮＧ Ｈｕａ，ＭＥＮＧ Ｑｉａｎｇ． Ｂｉｇ ｄａｔａ⁃ｂａｓｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｈｉｐ ｓａｆｅｔｙ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｐｏｒｔ ｗａｔｅｒｓ ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｃｏｒｄ： ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒ⁃ ｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｂｏａｒｄ， ２０１５， ２４７９： １６－２４． ［５］任磊， 杜一， 马帅， 等． 大数据可视分析综述［ Ｊ］． 软件 学报， ２０１４， ２５（９）： １９０９－１９３６． ＲＥＮ Ｌｅｉ， ＤＵ Ｙｉ， ＭＡ Ｓｈｕａｉ， ｅｔ ａｌ． Ｖｉｓｕａｌ ａｎａｌｙｔｉｃｓ ｔｏｗａｒｄｓ ｂｉｇ ｄａｔａ ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ２０１４， ２５ （ ９）： １９０９ － １９３６． ［６］董耀华， 孙伟， 董丽华， 等． 我国内河“船联网”建设研 究［Ｊ］． 水运工程， ２０１２（８）： １４５－１４９． ＤＯＮＧ Ｙａｏｈｕａ， ＳＵＮ Ｗｅｉ， ＤＯＮＧ Ｌｉｈｕａ， ｅｔ ａｌ． Ｏｎ ｃｏｎ⁃ ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｓｈｉｐｓ［Ｊ］． Ｐｏｒｔ ＆ ｗａｔｅｒｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒ⁃ ｉｎｇ， ２０１２（８）： １４５－１４９． ［７］ＷＵ Ｈｕａｆｅｎｇ， ＣＨＥＮ Ｘｉｎｑｉａｎｇ， ＨＵ Ｑｉｎｙｏｕ， ｅｔ ａｌ． Ｎｏｖｅｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｌａｎｄ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＷＳＮ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ⁃ｏｆ⁃ｔｈｉｎｇｓ［Ｊ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒ⁃ ｎａｌ ｏｎ ｍａｒｉｎｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｓｅａ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ， ２０１２， ６（３）： ３０７－３１３． ［８］刘克中， 占真， 韩海航， 等． 基于航运信息服务的船联 网标准体系框架［Ｊ］． 中国航海， ２０１４， ３７（１）： ６－１０． ＬＩＵ Ｋｅｚｈｏｎｇ， ＺＨＡＮ Ｚｈｅｎ， ＨＡＮ Ｈａｉｈａｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｓｈｉｐｓ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｔｏ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｉｎ⁃ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅｓ［Ｊ］． Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， ２０１４（１）： ６－ １０． ［９］ＺＨＵＡＮＧ Ｙｕａｎ， ＳＯＮＧ Ｓｈａｏｑｉａｏ． Ｕｓｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ｆｏｒ ｓｈｉｐ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｌａｎｄ ｒｉｖｅｒｓ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＣＴＩＳ ２０１３： Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ⁃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ， Ｓａｆｅｔｙ， ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ． Ｗｕｈａｎ： ＡＳＣＥ， ２０１３： ２４２５－２４３１． ［１０］曹芳平． 物联网关键技术在内河航道的应用探讨［ Ｊ］． 物联网技术， ２０１３（４）： ７６－７８． ＣＡＯ Ｆａｎｇｐｉｎｇ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ｋｅｙ ｔｅｃｈ⁃ ｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｉｎｌａｎｄ ｗａｔｅｒｗａｙ ［ Ｊ］． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ， ２０１３（４）： ７６－７８． ［１１］李文然， 曹文胜． 基于物联网的智能化船舶签证系统 ［Ｊ］． 交通建设与管理， ２０１４（６）： １８４－１８７． ＬＩ Ｗｅｎｒａｎ， ＣＡＯ Ｗｅｎｓｈｅｎｇ． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｈｉｐ ｖｉｓａ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＆ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ２０１４（６）： １８４－１８７． ［１２］高林， 宋相倩， 王洁萍． 云计算及其关键技术研究［ Ｊ］． 微型机与应用， ２０１１， ３０（１０）： ５－７， １１． ＧＡＯ Ｌｉｎ， ＳＯＮＧ Ｘｉａｎｇｑｉａｎ， ＷＡＮＧ Ｊｉｅｐｉｎｇ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［ Ｊ］． Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ＆ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ２０１１，３０（１０）： ５－７． ［１３］赵学洋， 李海红， 储凌剑． 基于船联网的内河智能航行 体系探讨研究［Ｊ］． 新技术新工艺， ２０１３（６）： １１７－１２１． ＺＨＡＯ Ｘｕｅｙａｎｇ， ＬＩ Ｈａｉｈｏｎｇ， ＣＨＵ Ｌｉｎｇｊｉａｎ． Ｒｅｓｅｒｃｈ ｏｎ ｉｎｌａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｏｆ ｖｅｓｓｅｌｓ［Ｊ］． Ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓ， ２０１３（６）：１１７ －１２１． ［１４］ＧＡＲＣÍＡ⁃ＤＯＭÍＮＧＵＥＺ Ａ． Ｍｏｂｉｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ｃｌｏｕｄ ａｎｄ ｂｉｇｄａｔａ ｏｎ ｓｈｉｐｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓａｆｅｔｙ ｏｎ ｍａｒｉｎｅ ｔｒａｆｆｉｃ； ａ ｓｍａｒｔ ｓｈｉｐ ｐｒｏｊｅｃｔ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｓｅｖｉｌｌｅ， Ｓｐａｉｎ： ＩＥＥＥ， ２０１５： １５３２－１５３７． ［１５］ ＲＩＳＴＯＶ Ｐ， ＰＥＲＩĉＭ， ＴＯＭＡＳ Ｖ． Ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｉｎ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｃｏｍｐａｎｉｅｓ ［ Ｊ］． Ｐｏｍｏｒｓｔｖｏ， ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｍａｒｉｔｉｍｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２０１４， ２８（１）： ８０－ ８７． ［１６］王起超， 王笑琳， 马春超， 等． 内河船舶智能航行系统 设计与实现［Ｊ］． 世界海运， ２０１５， ３８（６）： ２９－３２， ４１． ＷＡＮＧ Ｑｉｃｈａｏ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｌｉｎ， ＭＡ Ｃｈｕｎｃｈａｏ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅ⁃ ｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｌａｎｄ ｓｈｉｐ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｗｏｒｌｄ ｓｈｉｐｐｉｎｇ， ２０１５（６）： ２９－３２． ［１７］中国船级社． 智能船舶规范 ２０１５［ＯＬ］． ［２０１６－０４－１１］． ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｍｏｃ． ｇｏｖ． ｃｎ ／ ｚｉｚｈａｎ ／ ｚｈｉｓｈｕＪＧ／ ｃｈｕａｎｊｉｓｈｅ ／ ｇｕｉ⁃ ｆａｎｚｈｉｎａｎ ／ ２０１５１２ ／ Ｐ０２０１５１２０２３７１２１２５５８４９８．ｐｄｆ． ［１８］ＳＩＮＩＳＴＥＲＲＡ Ａ Ｊ， ＤＨＡＮＡＫ Ｍ Ｒ， ＶＯＮ ＥＬＬＥＮＲＩＥＤＥＲ Ｋ． Ｓｔｅｒｅｏ ｖｉｓｉｏｎ⁃ｂａｓｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｎ ＵＳＶ ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２０１４ Ｏｃｅａｎｓ． Ｃａｎａｄａ， ＮＬ： ＩＥＥＥ， ２０１４： １－７． ［１９］ＮＡＥＥＭ Ｗ， ＩＲＷＩＮ Ｇ Ｗ， ＹＡＮＧ Ａｏｌｅｉ． ＣＯＬＲＥＧｓ⁃ｂａｓｅｄ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｕｎｍａｎｎｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ［Ｊ］． Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ， ２０１２， ２２（６）： ６６９－６７８． ［２０］郭涛， 刘怀汉， 万大斌， 等． 长江“智能航道”系统架构 与关键技术［Ｊ］． 水运工程， ２０１２（６）： １４０－１４５． ＧＵＯ Ｔａｏ， ＬＩＵ Ｈｕａｉｈａｎ， ＷＡＮ Ｄａｂｉｎ， ｅｔ ａｌ． Ｓｙｓｔｅｍ ａｒ⁃ ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｉｎ⁃ ｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ［Ｊ］． Ｐｏｒｔ ＆ ｗａｔｅｒｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１２ （６）： １４０－１４５． ［２１］刘怀汉， 李学祥， 杨品福， 等． 长江智能航道关键技术 体系研究［Ｊ］． 水运工程， ２０１４（１２）： ６－９． ＬＩＵ Ｈｕａｉｈａｎ， ＬＩ Ｘｕｅｘｉａｎｇ， ＹＡＮＧ Ｐｉｎｆｕ， ｅｔ ａｌ． Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ［ Ｊ］． Ｐｏｒｔ ＆ ｗａｔｅｒｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１４（１２）： ６－９． ［２２］吕永祥， 何乐， 陈琳， 等． 长江数字航道和智能航道的 分析与思考［Ｊ］． 交通科技， ２０１３（２）： １６１－１６４． ＬＶ Ｙｏｎｇｘｉａｎｇ， ＨＥ Ｌｅ， ＣＨＥＮ Ｌｉｎ， ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｏｕｇｈｔｓ ｏｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｄｉｇｉｔａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｗａｙ ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１３（２）： １６１ 第 ６ 期 严新平，等： 智能航运系统的发展现状与趋势 ·８１５·

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