智能船舶的頂層規劃與體系架構

周志鳳黃 嶸龔瑞良

（1.中國衛星海上測控部 江陰214400；2.中國極地研究中心 上海200136；3.常熟瑞特電氣股份有限公司 常熟215500）

智能船舶的頂層規劃與體系架構

周志鳳1黃 嶸2龔瑞良3

（1.中國衛星海上測控部 江陰214400；2.中國極地研究中心 上海200136；3.常熟瑞特電氣股份有限公司 常熟215500）

文章立足于船舶裝備、物聯網、計算機網絡、通訊等技術基礎，從頂層規劃層面分析智能船舶在功能實現上的基本內涵和在技術實現上的主要外延，適用性地提出了符合智能船舶平臺化集成要求的軟硬件體系架構及標準化接口體系。以此為設計開發框架，可以敏捷經濟地指導智能船舶的規劃設計、設備訂購、船廠施工、分系統調試、大系統集成與信息融合等應用實現。該文簡述了智能船舶的關鍵技術及應用內容，闡明了集成展示環境對于促進智能船舶推廣應用的意義及作用。

智能船舶；頂層規劃；體系架構；標準化接口；集成展示

1 背景分析

1.1 依據與標準

2015年5月19日，國務院印發了《中國制造2025》。這是我國部署實施和全面推進“制造強國”戰略第一個十年的行動綱領，把“海洋工程裝備和高科技船舶”作為需要聚集資源并實現突破發展的十大重點領域之一，并將集成化、智能化、模塊化的重點配套設備及關鍵造船技術作為所需掌握的核心技術。

2016年3月1日，中國船級社（CCS）編制的《智能船舶規范（2015）》［1］正式開始生效，該規范主要從智能船舶的定義描述以及主體功能（智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺等六個方面的功能），進行具體細化明確。

1.2 基礎與條件

智能船舶的提出順應了船舶裝備發展與物聯網技術應用的新潮流。首先，隨著船舶裝備數字化、智能化、信息化技術的持續發展與廣泛應用，越來越多的設備具有可接入其領域局域網或船舶互聯網的可能；其次，隨著物聯網概念的提出與相應技術的發展，基于現場總線、領域局域網、互聯網等形式的數據采集、數據分析、應用開發、系統集成、集中監控、分析預警、輔助決策等信息技術得到充分發展并進而推廣和應用；再者，隨著減員增效及人性化需求的不斷發展，無人機艙、中央集控系統、數字化橋樓系統等平臺化的應用實現也獲得逐步推廣。

1.3 現實的痛點

物聯網軟硬件架構體系及實現技術現已基本成熟并得到充分驗證和發展，但其相關標準及其應用還主要局限于分領域范圍內，整個體系的標準化、平臺化、融合化的向基礎設施方向的發展進程較為緩慢。

現階段，船舶領域裝備系統的智能化為有限智能（初級），其有效范圍也僅限于各裝備系統自身，船舶裝備的物聯網化發展進程較為緩慢，信息化水平較低，主要表現為以下幾個方面：

（1）信息孤島效應明顯。表現為主機、輔機、冷水機組等既有智能裝備的信息接口開放度不夠，信息的第三方應用集成與二次開發相對困難。

（2）重復建設成本較高。表現為各類型裝備硬件形式的應用終端在特定區域平臺上的集中布置與應用實現、信號采集、通訊接口、資源部署、應用終端等的實現基本上都是相互獨立的，系統建設的復雜度、重復性等其他成本較高，系統調整變更的實現成本較高。

（3）數據接口的等級較低。表現為以硬點信號線為承載的報警點信號量偏多，以串口通訊、寬帶通訊、光纖通訊等標準化接口及通訊協議為承載的應用開發還不夠廣泛。

（4）智能化信息化應用的體系度還不夠。比如：主推進系統中的主機、齒輪箱、可調螺距槳等的智能化監測與控制，與其輔助系統中的燃油駁運及分油系統、滑油駁運及分油系統、中央冷卻水系統等的管理與控制，主、輔兩類系統間的數字化智能化信息化的能力水平差距較大，基于相互間信息融合的應用不足。

（5）信息化應用的層級水平還較低。應用范圍僅限于現場總線級具有互操作能力的應用終端以及有限智能的軟件交付，其故障預警與自診斷能力、故障處置的決策支持能力、維修保養的計劃性管理與實時監測能力、備品件管理能力等智能化的應用實現還不足。

（6）信息有效應用的形式較少。表現為用于支持復雜業務場景的信息融合與應用開發還非常欠缺，用于評價裝備可靠性與體系能力貢獻率的模型、框架及相互間邏輯關系的應用還沒有。

（7）平臺化集成的實現等級還較低。集成方式仍主要體現為對各類型終端設備在統一物理平臺上的布置位置的空間規劃、優化與調整等，基于信息集成、應用集成、服務集成、網絡集成的標準化客戶端及網絡服務的信息化數字平臺還稀少。

1.4 指導方法

智能船舶的提出、研究與建設，就是要在既有數字化、智能化裝備基礎上，以及無人機艙、中央集控系統、數字化橋樓系統等平臺化的應用實現上，借鑒物聯網軟硬件架構體系及其實現方式，借助成熟的計算機網絡技術及其資源配置管理方法，適用性地提出船舶裝備物聯網及信息化應用的軟硬件體系架構，定義相應的接口標準，并據此規劃與部署相應的網絡資源、進行相應的應用開發，突出對用戶需求的調研、分析、挖掘、發現與實現，最終以網絡平臺環境下的基礎資源及應用服務向廣泛的用戶提供權屬范圍內的業務支撐，促進裝備信息的有效流動、科學管理、高效應用，使數字化智能化的船舶分裝備向船舶裝備物聯網及信息化智能化協同化的應用體系轉變。

2 概念分析

2.1 基本定義

目前，英國勞氏船級社（LR）和中國船級社（CCS）都有針對智能船舶的描述。

英國勞氏船級社發布智能船舶入級指導文件，定義了船舶自動化的程度，從AL1～AL6，分為六個等級，從設計到營運，針對每個等級的特征進行定義。

相比之下，CCS的定義相對更具體。智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯網、互聯網等技術手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據，并基于計算機技術、自動控制技術和大數據處理、分析技術，在船舶航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行的船舶，使船舶運行更加安全、環保、經濟、可靠［2］。

中國船級社（CCS）《智能船舶規范》，針對常規的軸系柴油機推進的運輸商船提出有關智能的六大基本符號，概括為：

i-ship（N） 智能航行/Navigation

i-ship（H） 智能船體/Hull

i-ship（M） 智能機艙/Machinery

i-ship（E） 智能能效/Energy

i-ship（C） 智能貨控/Cargo

i-ship（I） 智能集成平臺/Integration

智能船舶與常規船的技術差異主要是在常規船的基礎上增設以下功能：

（1）增加船端統一集成平臺，實現船端各系統的互聯互通，通過數據的綜合分析和評估，提供輔助決策功能，同時通過船岸通訊實現遠程監測。

（2）船舶實現自主學習能力，并可完成部分的自主操作，通過加強岸端系統的建設實現對船舶的遠程控制。

（3）通過船岸港的一體智能化建設，船舶實現最終的無人駕駛，自主航行、自主靠港。

基于以上定義以及相關功能組成，智能船舶是以用戶需求及關鍵業務內容為牽引，將人性化、智能化的應用實現，貫穿于船舶平臺設計、建造、運用、管理、維修等全壽命周期的所屬產品、環境及體驗的船舶系統的總稱，包含物聯網體系中的感知層、傳輸層、應用層等各層級領域內容［3］，并需要選用較為經濟、高效、便捷、可靠的計算機網絡及其資源為支撐，采用合理的接入、控制、承載、疊加、部署、認證和協同形式等，目的是以人性化智能化網絡服務的形式實現對船舶系統及其裝備的體系性信息描述及高效合理的信息使用。

2.2 內涵分析

智能船舶實現的物理平臺是船舶，這是由其領域特性及服務對象所決定的，其人性化、智能化應用的首要目的是支持船舶系統所屬功能性能的發揮。其實現形式及主要內容必然是圍繞船舶系統領域范圍內的相關業務內容而展開；其次才是對船舶系統輔助功能及相關應用的拓展。所交付的產品也是支持船舶系統相關業務需求的終端產品、應用環境、交互體驗等。

2.3 外延分析

（1）組成要素及硬件體系。智能船舶實現的基礎條件是數字化智能化裝備、物聯網技術、計算機網絡技術等，其相關技術與實現方式亦具有通用性、多樣性等特點。在多領域、多系統的數據集成中，需作好“云與海”體系規劃；在大系統的應用集成中，需作好分布式應用部署與虛擬化集中部署的體系規劃；在多鏡像系統中，需作好數據的同步、緩存、更新等。

（2）用戶關注點及其輸入條件。智能船舶實現的核心是以用戶需求與關鍵業務內容為牽引，以及以此為目的的對相關人性化智能化應用的技術實現與條件創造。簡單便捷、智能高效、安全可靠的人性化交互界面以及對于業務內容、應用環境的保障，是用戶體驗的首要關注點；相關技術、設施、設備的應用則是實現手段。

（3）系統框架及標準化接口。智能船舶實現的關鍵是可用于指導智能船舶設計、建造的高可用性的開發框架及標準化的接口體系，包括硬件體系架構及其網絡拓撲形式、軟件體系架構及其業務邏輯關系、交互信息及通訊協議等。按照該框架、體系，總體負責單位就可以對分系統設備商和分系統開發團隊形成有效的規定約束并開展相應的分工、協同，從而實現智能船舶設計建設過程的敏捷化和高效化。

（4）信息流是智能船舶的血液。智能船舶實現的工質是船舶系統及其裝備的描述信息。通過對智能裝備及其信息接口的開放和補充，對裝備信息的數據采集、分析、管理、控制、消費等的應用開發，以及所需元數據庫建設、數據中心建設、數據消費方式實現、軟件開發平臺建設、應用部署環境建設、人員身份信息及信息訪問權限管理等，實現對船舶系統及其裝備信息的科學、高效、合理使用。

（5）中間產品及資源消耗。智能船舶實現的難點是基于業務邏輯的數據分析、數據挖掘、知識表示、知識完善、知識應用的底層領域應用開發。數據分析時，主要以基于既有知識及相關業務邏輯的特征提取，通過對數據的向上鉆取，實現對系統狀態空間數據在時間序列上的最大程度的降維與性能評價，并用以支持系統監控與運維管理等；當發生異常狀態評價時，可基于特定的知識及業務邏輯，對數據進行向下鉆取，實現對系統狀態空間數據在時間序列上的最大程度的增維，通過對系統狀態空間的可觀性來支持輔助決策。數據挖掘時，主要以基于時間序列的統計分析、回歸分析、關聯分析、分類分析、聚類分析等方法為主，并且需要對所發現的知識特征以及奇異點等進行基于業務邏輯的分析解釋，并采用計算機邏輯語言的形式為知識表示，進而將其補充到可供分析應用的知識策略庫中。

（6）終端產品及價值體現。智能船舶實現的亮點是基于用戶需求及業務內容的人性化交互接口、信息聚合方式、消息推送服務等頂層應用開發，包括基于人員身份信息的單點登錄、訪問權限控制等。面向用戶的頂層應用開發及其終端設備、平臺環境等是支持用戶完成特定業務內容的信息化交互接口，是智能船舶的外在表現形式，是用戶體驗獲取與應用評價的直接對象，也是底層應用實現及數據產品消費并表現相應價值的承載主體。

（7）一般性特點、要求、關系等。智能船舶實現的特點是基于接口的通用性、實現上的多樣性、建設上的經濟性，以及功能性能上的安全性、可靠性、穩定性，還有規模、內容、空間、時間上的擴展、延伸、變更、遷移、異構、演進等。其中，功能、性能的安全性是依靠相對獨立的有限開放來實現，尤其是要求快速響應的領域系統或智能化裝備，如船舶主機、發電機等的控制主要依靠于本地化的智能模塊及控制器；建設上的經濟性是通過接口上的通用性和實現上的多樣性來保證，并構成為可擴展、變更的基礎；空間上的延伸性包括感知層面有效節點的擴展、異構網絡接入方式的擴展、傳輸層面信息隧道的應用與端到端信息鏡像的管理等。

3 頂層規劃

3.1 概 念

智能船舶實現的顯著特征是智能，是在船舶設計、建造、運用、管理、維修等全壽命周期中，將人性化智能化的應用需求實現，并將其集成到相應的終端產品、應用環境、系統平臺中；具有友好的交互體驗，對船舶系統相關業務的開展具有良好支撐作用。

3.2 頂層規劃體系

智能船舶實現的內在本質是對船舶系統及其所屬裝備相關信息體系的科學規劃、正確描述、安全管理、高效使用的應用實現方式。在規劃這套信息體系時，需要充分考慮現有的船舶系統，包括總體、船體、輪機、電氣以及舾裝等特征，能夠對船舶系統及其所屬裝備的相關功能、性能、狀態進行準確全面的描述和反映，并以網絡服務的形式給出相應的評價分析、趨勢分析、診斷分析、決策分析、管理分析或信息支持等。

4 體系架構

4.1 硬件體系架構

與物聯網體系的硬件實現相類似，在技術實現上，智能船舶的硬件體系也可切分為多個邏輯平面，具體可分為現場感知層、異構接入層、基礎網絡層、平臺疊加層、用戶接口層、平臺環境層。其中，現場感知層主要由開放接口的智能裝備及基于現場總線的感知網絡、基于光纖的傳感網絡等組成，如用于船體健康監測的分布式光纖傳感網絡及其設備終端等；異構接入層主要是指實現對現場感知網絡的協議轉換并將其接入TCP/IP網絡環境的設施設備，包括光纖、以太網、總線和無線接入的各種形式。基礎網絡層是船舶系統通訊實現的最基本方式，實現形式如以太網、光纖等；平臺疊加層主要用于部署數據中心、基礎應用服務器、Web應用服務器、加解密服務器、CDN服務器等；用戶接口層主要為人性化智能化應用的終端設備，包括計算機工作站、桌面、移動終端等；平臺環境層主要是指用以集成或支持終端設備的臺體、電源、接入網及其他人性化的設計實現等。

其網絡拓撲形式可以概括為基于TCP/IP基礎網絡的泛在接入與無限擴展，包括處于網絡前端的現場感知網絡、處于網絡中端的平臺疊加層、處于網絡后端的客戶終端等。另外，對于岸船協同系統，其還包括數據中心相關內容的鏡像遷移與管理等，以及所需的通訊隧道技術的應用。

4.2 軟件體系架構

與計算機網絡的應用實現相類似，在技術實現上，智能船舶軟件體系可以分為數據采集層、數據分析層、數據管理層、應用層等。其中，數據采集層主要部署于異構網絡接入節點并實現相關通訊協議的轉換；數據分析層主要部署于專業化的數據分析、處理工作站，其配置有豐富的數據分析策略及相關應用，并可以向數據中心訂閱相應的有待分析的數據源；數據管理層主要由數據中心或數據庫及其管理工具來實現，實現對有效數據的存儲管理、訪問控制、消息推送等；應用層主要由分布式應用服務器、Web應用服務器等來提供應用服務，用戶可以采用基于富客戶端的網絡服務或基于瘦客戶端的Web服務來獲取應用服務。

其業務邏輯關系可以簡述為：數據采集層主要用以支持底層業務數據的匯聚；數據分析層主要用以專業化的數據分析及領域范圍內的數據邏輯解讀，其產品輸出是可供消費的有效數據、評價、決策等；數據管理層是數據存儲、管理、訪問、推送的中間層，可以隔離底層應用開發與上層應用開發之間的接口耦合關系，并且簡化對海量數據的精準管理與有效控制；應用層是面向用戶的網絡服務實現，是對有效數據、評價、決策等信息的消費接口，也是網絡服務與用戶間的交互接口，并可以分為服務端和客戶端，其表現層的實現方式還可以細分為MVC開發框架。

4.3 標準化接口體系

標準化接口體系的基礎是模型語言與功能屬性描述，表現形式是元數據及其資源庫，模型對象庫，以及模型對象間發生相互作用時所需的消息應用協議。其中，模型表述所需的元數據是有粒度的，具有自描述、自包含的特點，以及格式化、結構化的特點。模型對象之間的關系必須是面向對象（OO）的和具有實體關系（ER）的。

采用元數據，通過可編配、可擴展的方式來結構化地定義各種信息模型的數據類型、組成結構、屬性特點、數據格式、單位度量等，能使各種數據類型在其相應組成、屬性、格式、度量等的描述與定義方式上高度一致，從而為跨系統集成與信息融合等提供有利條件，并降低數據分析、數據挖掘等的實現成本與運算復雜度，也為數據的存儲、查詢與使用等管理提供有效的技術手段。

元數據信息模型的設計與生成，按照面向復用的原則，在中心數據庫及其數據字典的統一環境下，采用自頂向下的細化設計，以及自底向上的編配組合。區別于傳統的ER數據庫信息模型的設計方法，元數據信息模型通常采用星形模型或雪花模型。這種基于細粒度的元數據信息模型的編配與組合方式，能夠在特定的領域主題范圍內實現數據庫或數據倉庫的范式要求，且體現了ER數據庫信息模型設計的基本思想。

由于領域范圍內相應主題關注點的部分交叉，不同主題應用間的多個大粒度的元數據信息模型，會存在一定程度的信息冗余。由于采用在統一環境下的元數據信息模型的設計與生成方法，該部分冗余并不會導致信息在表述上的不一致。相反，其更有助于發現各分系統間的信息關聯，有效促進信息融合與系統融合，且能使大粒度的元數據信息模型可以基于此逐漸生成并不斷完善。

面向對象的實體關系（即對象間接口關系），包括數據接口和功能接口兩個部分，并可采用技術元數據與業務元數據分別描述。其在應用實現上可以采用SOAP、JOSN、XML等語言形式來表述。

5 主要內容

5.1 基于框架體系的設計、采購、建造

依托于高可用性的指導智能船舶設計建造的開發框架及標準化的接口體系，總體責任單位就可以對分系統設備商和分系統開發團隊形成有效的規約并開展相應的分工、協同，從而實現智能船舶在設計、建設、管理過程中的敏捷化和高效化，并且有效促進各類型裝備、設備、設施向該框架體系的靠攏與發展。

智能船舶的實施是一項綜合性系統工程，在設計之初就應該根據船級社的入級要求從總體、船體、輪機、電氣和舾裝各專業綜合考慮。

以智能機艙為例，設計者除了要考慮常規船機艙的設備、系統、布置以及安裝外，還應根據規范要求，綜合利用狀態監測系統所獲得的各種信息和數據，對機艙內機械設備的運行狀態、健康狀況進行分析和評估，用于機械設備操作決策和維護保養計劃的制定。對機艙內的主推進發動機、輔助發電用發動機、軸系的運行狀態進行監測；根據狀態監測系統收集的數據，對機械設備的運行狀態和健康狀況進行分析和評估；根據分析與評估結果，提出糾正建議，為船舶操作提供決策建議［2］。要實現這一目標，不但需要確定物聯網系統的軟、硬件框架，同時需要整理出數據采集和控制點的清單。為解決本文1.3節中列出現實的痛點，設計者需要和設備供應商進行充分的溝通和協商，整理出各個設備的數據接口格式、數據類型等，將有數據接口的設備數據利用采集終端轉換成標準數據格式上傳，設計者同時還應對沒有數據接口的設備增加傳感器和采集終端。由于船用設備供應商多樣性，這需要采購部門和供應商共同努力，對于相關設備盡量采用標準的數據接口。從短期來看，這些確實是阻礙智能船舶發展的痛點，但從長期來看則是大勢所趨。另外，對于像主機遙控、監測報警、閥門遙控和液位遙測等本身就有控制臺的設備和系統，應考慮從標準數據接口獲取數據，減少或取消控制臺，由應用層服務器統一顯示和控制，將來甚至可以取消集控室或貨控室，而由數據監測和設備控制中心取代。

5.2 能化感知系統的補充與完善

隨著船舶安全監測及人居環境評價等相關業務需求的發展，可以建設用以船體健康監測的分布式光纖傳感網絡及其智能化的設備終端，可以建設用以船體、設備、平臺振動或噪聲監測的感知網絡。

5.3 泛在接入的模塊化標準化實現

對于現場感知層異構網絡，其數據定義格式、網絡實現形式等的差異性較大，需要采用接口及協議轉換模塊來實現由底層異構網絡向平臺性基礎網絡的接入。采用模塊化標準化的接口轉換模塊，并實現相應轉換協議的自定義配置，這將是高效便捷的實現方法及應用模式。

5.4 基于策略集的數據分析與補充

策略集是對裝備系統構成及其內部邏輯的計算機語言表述，這是由裝備系統的構成原理、分系統間關系、人員認知水平等先驗知識所決定的，對裝備功能性能的描述與評價具有非常積極的作用。由于認知水平的發展以及分系統間關系的變更等，策略集需進行相應補充、完善或調整。

5.5 基于相關屬性的數據挖掘與解釋

實現數據挖掘需要成本，這就要求我們采用經濟高效的分析方法。而基于相關屬性的數據挖掘則相對較為容易，對于其所產生的知識特征也較容易判讀和解釋，對于有用的知識特征可將其補充到數據分析的策略集中。

5.6 頂層應用開發及其終端設備

以面向用戶和需求拉動的方式來規劃設計頂層應用，并且按照人員的領域特性及視角特點來規劃信息實現，通過不同的信息聚合方式及上下鉆取方式、導航方式等來提供人性化智能化的信息消費及應用服務。

5.7 遠程監控、診斷、托管等實現

智能船舶實現所需的基礎設施、網絡資源、計算資源、存儲資源、軟件資源、應用資源等的訂購、開發、建設、部署、應用等相對受設計建設時的資金預算、布置空間分配、使用范圍及其體系性作用、可復用程度及其成本攤薄、智能化實現的軟件能力及等級水平等條件所限制。因此，即使最先進的智能化船舶，其單船智能化程度在實現上也是受限制的，更為專業而復雜的業務功能，如領域性故障分析診斷、路徑規劃決策、方案優化設計等，需采用服務租用的形式，交付給相應的岸基服務中心來獲取。通過相應的隧道通信技術、鏡像管理技術等保證岸船間的準實時性和近似同步；相應的監控、診斷、托管等技術實現也是柔性化的，相應物理系統間的關系是自主化的；岸基服務中心的軟硬件資源、知識庫資源、專家庫資源都是最優化的。

5.8 特殊應用開發及其業務實現環境

（1）船舶安全中心。火災報警、疏散指示、防火門及防火風閘控制、風機控制、速關閥控制、水噴淋控制、CO2釋放報警與控制、船體健康監測、艙室環境監測、船體振動監測等監控系統的開發與應用集成。

（2）視情維修監測、決策、保障系統。基于裝備系統構成與業務邏輯的故障分析、預警、告警、診斷、評價、決策的裝備監控系統的開發與應用集成，以及基于設備維護保養規程的計劃性維修提醒、基于設備實時監控與狀態性能評價的視情性維修決策、備品件出入庫管理及申報管理等智能化的管理軟件。

（3）完整性、安全性、可靠性能力評價系統。基于船舶系統間接口關系與業務邏輯的模型描述，以及對平臺體系內相關能力的評估和體系貢獻率的計算，并據此設計的評價推演軟件或仿真平臺。

5.9 用戶端無線接入與桌面集成的平臺環境

包括人性化的移動用戶端的無線接入與單點登錄方式，以及對工作站形式的桌面應用客戶端主機及其顯示器等的統一桌面集成，還有所需的網絡管控、正常電源、應急電源、接地系統等平臺條件、環境條件。這是智能船舶實現人機交互的宏觀接口，是增強或改善人機交互體驗的一個重要環節。

6 集成展示環境

智能船舶集成展示環境的打造引領了未來船舶設計建造與裝備使用管理的新方向。

船舶系統的設計建造具有典型的集約性，從設計到交付的時間周期相對較短，而所需集成的設備設施卻日益增多、日趨先進，以滿足不斷提高的功能性能要求。與此相比，智能船舶對于智能裝備及其標準化接口、通訊協議的要求更嚴，系統實現的難度和復雜度更高。這就需要有較成熟、經濟、敏捷、高效的指導船舶系統，進行裝備集成的設計開發框架、標準化接口體系和總體責任單位，并可以采用設計所主導并推薦的方式來促進智能裝備、智能船舶的應用實現。對于具體的船舶項目而言，其總體設計單位、總體施工單位基本具有唯一性，在此基礎上引入智能船舶系統集成的總體責任單位可以形成更為專業化、系統化、標準化的業務分工與協同合作，并形成為船舶系統設計建造過程中高效運行推進的一種新體系下的合理且具有示范意義的模式。

基于高安全性、可靠性、穩定性、經濟性、可變更性、可擴展性、可演進性的軟硬件體系架構，構建人性化智能化的數據分析、消息推送、應用開發、軟件部署、配置管理、應用交互、輔助決策、監控管理的平臺化應用集成環境，這是滿足用戶關于設備智能化集約化平臺化管理、應對復雜業務場景、新功能新需求可以不斷植入、變更實現較為敏捷經濟高效的必然趨勢與有效途徑，并可以由該類型業務需求及其應用實現的不斷豐富、完善與發展來拉動智能裝備、智能船舶的不斷發展。對于需要新造船舶的用戶而言，智能船舶的集成展示環境實際上是用戶各類型潛在需求及其應用實現的范例性成果展示平臺。基于該平臺，用戶可以獲取相關應用實現的感性交互體驗，并對其作用、價值等作出合理評估，進而可用以指導自身的業務需求分析與選擇規劃，最終以菜單選項的方式完成對相關業務需求及其應用實現的快速配置。總體責任單位則可據此進行基于相關框架體系、標準接口、使用經驗、應用范例的項目定制，對內外部產品及其配套廠商等進行合理計劃、分配、跟進、管理等；可據此進行基于產品設計制造流程的資源配置、范例復制、軟件移植等工作。

7 結 論

本文以實現智能船舶的應用為關注點，突出了用戶需求及關鍵業務內容的牽引性作用，從頂層規劃層面分析其在功能實現上的基本內涵和在技術實現上的主要外延；提出符合智能船舶平臺化集成要求的軟硬件體系架構及標準化接口體系，該框架可以敏捷經濟且高效地指導智能船舶，相應規劃設計、設備訂購、船廠施工、分系統調試、大系統集成與信息融合等應用實現；指出用以支持智能船舶應用實現的關鍵技術及應用內容，確認智能船舶由概念走向實現的主要內容及基本方法；論述了集成展示環境對于促進智能船舶推廣應用的意義及作用。

［1］中國船級社.智能船舶規范［S］.北京：中國船級社，2015：1-39.

［2］龔瑞良，吉雨冠.智能船舶技術和無人駕駛技術研究［J］.船舶，2016（5）：82-87.

［2］周志鳳.船舶裝備物聯網服務平臺的規劃研究［D］.南京：南京理工大學，2013：1-80.

Top-level planning and system architecture of intelligent vessel

ZHOU Zhi-feng1HUANG Rong2GONG Rui-liang3
(1. China Satellite Maritime Tracking & Control Department, Jiangyin 214400, China; 2. Polar Research Institute of China, Shanghai 200136, China; 3. RUITE ELECTRIC, Changshu 215500, China)

This paper analyzes the intelligent vessel from the top-level planning aspect for the basic intension in function and the main extension in technology based on the technology foundation, such as ship equipment, internet of things, computer network and communication. The proposed hardware/software system and standardized interface system can meet the integration requirement of the intelligent vessel platform. As the design and development framework, it can provide the intelligent vessel with easy and economic guidance for the planning and design, equipment order, shipyard construction, subsystem debugging, large system integration and information fusion. It introduces the key technologies and applications of the intelligent vessel, and points out the signif i cance of the integrated demonstration environment for promoting the application of intelligent vessels.

intelligent vessel; top-level planning; system architecture; standardized interface; integrated demonstration

U671.99

A

1001-9855（2017）03-0089-08

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.03.089

2017-03-27；

2017-04-28

周志鳳（1979-），男，碩士，工程師。研究方向：船舶裝備物聯網、信息物理系統，以及基于信息融合的應用開發、規劃、設計等。

黃 嶸（1979-），男，高級輪機長。研究方向：極地船舶動力配置。

龔瑞良（1965-），男，高級工程師。研究方向：電氣自動化。