海運(yùn)造船業(yè)如何玩轉(zhuǎn)航運(yùn)大數(shù)據(jù)

對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘大數(shù)據(jù)所蘊(yùn)涵的價(jià)值，目前已成為許多行業(yè)的熱點(diǎn)，并在行業(yè)評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)及企業(yè)運(yùn)營(yíng)方面發(fā)揮著重要作用。上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所副總工程師、航運(yùn)技術(shù)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人陳昌運(yùn)認(rèn)為，船舶行業(yè)又是個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，與互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合相對(duì)滯后，但船舶行業(yè)又是一個(gè)全球性且規(guī)模龐大的行業(yè)，聯(lián)系著設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)輸業(yè)等，與許多行業(yè)的大數(shù)據(jù)有著根深蒂固的關(guān)系，這其中就包括航運(yùn)大數(shù)據(jù)。日前，他向上海造船業(yè)同仁介紹了航運(yùn)大數(shù)據(jù)技術(shù)的有關(guān)研究情況，以及如何讓航運(yùn)大數(shù)據(jù)為造船業(yè)所用。

   航運(yùn)大數(shù)據(jù)收集與傳輸已有技術(shù)支撐  

   陳昌運(yùn)介紹說，航運(yùn)大數(shù)據(jù)包括船舶營(yíng)運(yùn)管理、船舶航行環(huán)境、船舶航行性能及營(yíng)運(yùn)能耗等數(shù)據(jù)內(nèi)容，通?？梢酝ㄟ^航運(yùn)信息管理和船舶營(yíng)運(yùn)監(jiān)測(cè)兩種方式獲取。

最常見的實(shí)船數(shù)據(jù)是船舶試航時(shí)測(cè)試到的數(shù)據(jù)，主要包括航速、航向、風(fēng)速、風(fēng)向、主機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩等。但這類數(shù)據(jù)是在特定環(huán)境下獲取的，采集的時(shí)間特定，數(shù)據(jù)量有限。因此，要獲得最全面的數(shù)據(jù)，必須對(duì)營(yíng)運(yùn)船舶進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

   以往，營(yíng)運(yùn)船舶的航行數(shù)據(jù)主要是采用定時(shí)報(bào)送方式獲取，通常每4小時(shí)或6小時(shí)由船上報(bào)送岸上，人工統(tǒng)計(jì)抄報(bào)的情況較為普遍。目前，隨著船舶設(shè)備逐步智能化，衛(wèi)星定位技術(shù)和通信技術(shù)日漸成熟，營(yíng)運(yùn)船舶很多物理數(shù)據(jù)的測(cè)量已成為可能，航運(yùn)業(yè)船岸信息一體化也成為現(xiàn)實(shí)。陳昌運(yùn)提出，要想實(shí)現(xiàn)航運(yùn)數(shù)據(jù)傳輸量大且成本不太高，目前條件下可以采用兩種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。一是進(jìn)行數(shù)據(jù)岸端有線傳輸，即當(dāng)船舶靠岸或靠泊碼頭時(shí)，將數(shù)據(jù)采用有線加密方式發(fā)送到指定的岸上網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，該岸上網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的所有者可以是該船舶所屬公司，也可以是合作的科研機(jī)構(gòu)。二是通過移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)，在船舶每個(gè)航次返回特定港口時(shí)，由指定船員交到岸上指定機(jī)構(gòu)。

   鑒于海上風(fēng)浪和船上各種設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)難免會(huì)有不完整或失真的情況。陳昌運(yùn)表示，對(duì)于船舶監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要進(jìn)行修正?？梢愿鶕?jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特性查找出失真數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)數(shù)據(jù)的量級(jí)以及數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)進(jìn)行判斷，還可以根據(jù)其他相關(guān)信號(hào)量的值進(jìn)行判斷，例如，可以根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)來判斷浪高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否失真等。一旦判斷出失真數(shù)據(jù)，就要采用一定的數(shù)值方法對(duì)失真數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)，通過后續(xù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行再驗(yàn)證，通過多次迭代與分析，逐步逼近正確的結(jié)果。

   航運(yùn)大數(shù)據(jù)對(duì)造船業(yè)意義巨大    

   通過對(duì)營(yíng)運(yùn)船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)分析以及價(jià)值挖掘，可以獲得很多有價(jià)值的信息，如船舶的功率與航速、船舶能耗數(shù)據(jù)、風(fēng)浪對(duì)船舶航速的影響、各種節(jié)能措施的效果、污底對(duì)功率的影響、航線航區(qū)的海況資料和各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，不僅對(duì)航運(yùn)業(yè)作用巨大，對(duì)于造船業(yè)也具有重要的價(jià)值。陳昌運(yùn)為此著重介紹了六個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

   一是分析得出船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)（EEOI）。對(duì)于船舶營(yíng)運(yùn)中監(jiān)測(cè)到的大量功率與航速數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)清洗后，可以分類提取出類似于交船試航測(cè)試的相應(yīng)數(shù)據(jù)。對(duì)于這些數(shù)據(jù)，可通過數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析，從一種數(shù)據(jù)或幾種數(shù)據(jù)中推算出缺失的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證與校正失真的數(shù)據(jù)。然后，應(yīng)用有關(guān)實(shí)船測(cè)試分析與換算方法，分析營(yíng)運(yùn)船舶的功率與航速指標(biāo)，換算得到相應(yīng)的EEOI，不僅可為航運(yùn)能效管理服務(wù)，也可為未來的國(guó)際海事MRV(監(jiān)測(cè)、報(bào)告、核查)制度實(shí)施提供支持。

   二是分析出波浪對(duì)船舶航速的影響。波浪對(duì)船舶航速的影響，可歸結(jié)為波浪對(duì)船舶功率(阻力)的影響。一旦獲得比較準(zhǔn)確的波浪中船舶消耗功率的數(shù)據(jù)，就能夠?qū)⑵溆糜诓煌蜌庀笠蜃拥尿?yàn)證與評(píng)價(jià)，為船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）的驗(yàn)證提供支持。從長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的角度看，營(yíng)運(yùn)中的船舶會(huì)遭遇各種等級(jí)的波浪，通過與不同等級(jí)波浪分類統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)比較，可以分析出波浪對(duì)船舶航速以及失速的影響，而且得到的結(jié)論也將越來越接近實(shí)際情況。

   三是評(píng)價(jià)節(jié)能技術(shù)產(chǎn)生的效果。近年來，船舶附體節(jié)能裝置的應(yīng)用比較廣泛，但實(shí)船節(jié)能效果往往無法通過交船試航得到驗(yàn)證，當(dāng)前仍主要借助于船模試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)報(bào)，如何評(píng)價(jià)節(jié)能裝置的實(shí)船節(jié)能效果已成為造船行業(yè)節(jié)能技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的一道難題。而借助船舶營(yíng)運(yùn)大數(shù)據(jù)，通過分類提取節(jié)能裝置安裝前和安裝后的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)，借助數(shù)據(jù)挖掘得到相關(guān)數(shù)據(jù)之間的影響關(guān)系與修正方法，消除諸如波浪、吃水、浮態(tài)、水深、水流等因素的影響后，就能夠確切得出所用節(jié)能裝置的實(shí)際節(jié)能效果。

    四是分析污底對(duì)船舶功率的影響。船舶污底是船舶運(yùn)營(yíng)中的常見問題。隨著航行時(shí)間的推移，船舶水下船體和螺旋槳葉表面形成的污底會(huì)越來越多，越來越厚，使得船舶的阻力增加，導(dǎo)致油耗增加。污底導(dǎo)致的船舶營(yíng)運(yùn)功率的提高，通常很難測(cè)量與評(píng)估，給船舶的能效管理與成本管理帶來了難度和不確定性。而應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可進(jìn)一步分析出船舶污底與船舶營(yíng)運(yùn)時(shí)間及航線間的關(guān)系，再結(jié)合塢修時(shí)清污成本的測(cè)算，分析得出最低成本的塢修清污時(shí)間節(jié)點(diǎn)。這對(duì)于船舶營(yíng)運(yùn)能效管理以及營(yíng)運(yùn)成本管理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

   五是海況資料應(yīng)用于船型開發(fā)等研究。船舶航運(yùn)大數(shù)據(jù)還包含了對(duì)海況環(huán)境的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如風(fēng)、浪、流、水深、水溫等的情況。這些海況資料，可應(yīng)用于船型開發(fā)設(shè)計(jì)研究、海事法規(guī)與管理研究、航線優(yōu)化和航速優(yōu)化研究等，將是造船、航運(yùn)及海事管理的寶貴資料。

   六是判斷評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。通過不間斷對(duì)船舶主要設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，可判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，再結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行特性，預(yù)警設(shè)備故障，從而確定必要的維護(hù)措施，為設(shè)備日常維護(hù)、安全管理以及成本管理提供有力的支持。

   另據(jù)陳昌運(yùn)介紹，歐洲已經(jīng)發(fā)布了“MUNIN”項(xiàng)目，旨在發(fā)展新一代控制系統(tǒng)與通信技術(shù)，顯示在港和離港船舶的狀態(tài)。日本船舶技術(shù)研究協(xié)會(huì)正開展船舶“大數(shù)據(jù)路標(biāo)”研究工作，大量搜集船舶的航行及其相關(guān)數(shù)據(jù)形成大數(shù)據(jù)，應(yīng)用于船舶的節(jié)能航行、船型開發(fā)、裝備遠(yuǎn)程維護(hù)等項(xiàng)目。在這種情況下，我國(guó)船舶行業(yè)也應(yīng)加快大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用研究。陳昌運(yùn)希望上海航運(yùn)、造船兩大行業(yè)能夠率先開展合作，盡早啟動(dòng)相關(guān)大數(shù)據(jù)科研項(xiàng)目，為船舶節(jié)能減排、航運(yùn)安全提供更加有力的科技支持。