（船檢）智能能效綜合解決方案 附(即將人工智能融入邊緣計(jì)算部署在邊緣設(shè)備) 邊緣智能現(xiàn)狀和展望

溫室氣體(GHG)導(dǎo)致氣候變暖已經(jīng)成為當(dāng)今國際社會(huì)共識(shí)，國際社會(huì)及各國政府紛紛采取相對(duì)應(yīng)措施致力于溫室氣體減排。近年來，海事界圍繞節(jié)能減排也紛紛行動(dòng)，推出了一系列應(yīng)對(duì)措施。其中，通過技術(shù)、管理和操作等措施來提高船舶能效是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段。自2010年始，中國船級(jí)社(CCS)攜手業(yè)界，積極開展船舶能效法律法規(guī)與節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用，基于實(shí)踐，形成了從船舶能效規(guī)范指南到能效節(jié)能服務(wù)產(chǎn)品系列能效綜合解決方案，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能降耗，踐行中國船級(jí)社保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任。2015年中國船級(jí)社發(fā)布了《智能船舶規(guī)范》,該規(guī)范第五章為智能能效管理，通過對(duì)船舶航行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、能耗排放數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和在線監(jiān)測，基于層次分析、數(shù)據(jù)挖掘、智能優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，建立船舶能效分析模型和分析方法，實(shí)現(xiàn)了船岸同步對(duì)航行行為及船舶耗能設(shè)備監(jiān)控、能源管理和能效分析評(píng)估、輔助決策等功能，以滿足相關(guān)方對(duì)船舶能效智能化管理需求。為更好地指導(dǎo)業(yè)界操作，編寫了《船舶智能能效管理檢驗(yàn)指南》,對(duì)船舶能效在線智能監(jiān)控、航速優(yōu)化、基于縱傾優(yōu)化的最佳配載、圖紙審查、產(chǎn)品認(rèn)可與試驗(yàn)技術(shù)、初次檢驗(yàn)和建造后檢驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)說明。為驗(yàn)船師、船舶設(shè)計(jì)單位、制造廠、服務(wù)供應(yīng)商和船東、船舶管理公司等開展相關(guān)工作提供了指導(dǎo)性文件，推進(jìn)了船舶智能能效管理快速發(fā)展。智能能效管理標(biāo)準(zhǔn)要求已在業(yè)界廣泛應(yīng)用，40萬噸21000TEU集裝箱，3800汽車滾裝船以及散貨船和油輪相繼獲得智能能效附加標(biāo)志(i-shipE),取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。營運(yùn)船舶能效智能解決方案1、船舶能效管理為滿足IMO船舶能耗數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、歐盟船舶CO?相關(guān)數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)和中國海事局船舶能耗數(shù)據(jù)報(bào)告要求，中國船級(jí)社開發(fā)了船舶能效管理系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)由船端能效數(shù)據(jù)采集管理軟件和公司能效管理系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫中心和網(wǎng)絡(luò)開放性應(yīng)用平臺(tái)組成。由船端軟件輸入航段營運(yùn)能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并通過船舶通信系統(tǒng)傳送至CCS能效數(shù)據(jù)庫和公司數(shù)據(jù)用平臺(tái)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的需求調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和相對(duì)應(yīng)的圖表分析輸出。中國船級(jí)社能效管理系統(tǒng)是一個(gè)開放性的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，根據(jù)用戶的不同，提供不同權(quán)限的能效信息管理和查詢服務(wù)。該系統(tǒng)可通過在CCS網(wǎng)站注冊(cè)免費(fèi)使用，用戶可從CCS主頁鏈接進(jìn)入該系統(tǒng)，或直接輸入網(wǎng)站地址，點(diǎn)擊“注系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括：船舶基本信息和營運(yùn)能效信息管理；能效數(shù)據(jù)、能效指標(biāo)統(tǒng)計(jì)輸出；船舶/船隊(duì)能效狀況內(nèi)外部分析對(duì)比；能效變化趨勢(shì)和改進(jìn)方向分析；MRV報(bào)告；能效相關(guān)信息查詢。系統(tǒng)能夠?yàn)楹竭\(yùn)企業(yè)能效相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測和報(bào)告管理提供便利化、多樣化的服務(wù)，為第三方核查機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證提供可靠的數(shù)據(jù)來源。系統(tǒng)已收集3千艘船舶6萬航次/航段能效數(shù)據(jù)，為公司進(jìn)行船隊(duì)管理、能效數(shù)據(jù)監(jiān)測、能效分析、能效數(shù)據(jù)核查核算、能效指標(biāo)評(píng)估等提供服務(wù)。已為900余艘適用歐盟MRV法規(guī)要求的船舶開展能效數(shù)據(jù)核查驗(yàn)證服務(wù)，后續(xù)將為符合IMO能效數(shù)據(jù)收集機(jī)制要求的1900艘船舶開展能效核查驗(yàn)證服務(wù)。2、船舶能效數(shù)據(jù)采集監(jiān)測為滿足IMO船舶能耗數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、歐盟船舶CO?相關(guān)數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)和中國海事局船舶能耗數(shù)據(jù)報(bào)告要求，CCS開發(fā)了船舶能效采集監(jiān)測系統(tǒng)軟件。該軟件采集抵離港名稱、抵離港時(shí)間、燃油消耗和加裝數(shù)量、航行里程、載貨量等能效相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能效相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)分析、生成基于不同目標(biāo)的排放報(bào)告等功能。軟件能夠單船獨(dú)立安裝運(yùn)行，也能夠配套中國船級(jí)社現(xiàn)有“船舶能效管理系統(tǒng)”或企業(yè)相對(duì)應(yīng)服務(wù)端使用，將采集數(shù)據(jù)通過郵件或接口等方式自動(dòng)導(dǎo)入系統(tǒng)，從源頭上保證能效數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性。軟件能夠?yàn)榈谌胶瞬闄C(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證提供可靠的數(shù)據(jù)來源，為航運(yùn)企業(yè)能效相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測和報(bào)告管理提供便利化、多樣化的服務(wù)。軟件開發(fā)最大限度地考慮了企業(yè)計(jì)算機(jī)配置現(xiàn)狀，以期降低企業(yè)安裝、運(yùn)行和維護(hù)成本。軟件具有中英文雙語功能，一款應(yīng)用軟件即可滿足不同法規(guī)對(duì)船舶能效數(shù)據(jù)的采集和報(bào)告要求，助力航運(yùn)企業(yè)能效相關(guān)數(shù)據(jù)采集、報(bào)告和碳排放核算核查。用戶名：用戶名：取通圖速物程加松-公,和0·HM團(tuán)通到三到抑國制4組劃3血田劃劃劃幽H劃劃劃的M性4型e劃劃劃劃制劃em1程劃型幽0劃4料劃3村e(cuò)料劃料通過調(diào)整縱傾，可使船舶在最佳狀態(tài)航行，可有效減少船舶主機(jī)功率消耗，降低營運(yùn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。區(qū)別于傳統(tǒng)較為粗放的航行浮態(tài)管理，船舶縱傾優(yōu)化決策系統(tǒng)(OTA)基于大量水池試驗(yàn)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，給出最佳航行縱傾，為船舶營運(yùn)航行提供科學(xué)合理指導(dǎo)。OTA可獨(dú)立安裝于任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)，只需簡單輸入燃油應(yīng)最佳縱傾尋優(yōu)，并輸出完備的優(yōu)化計(jì)算報(bào)告。OTA已實(shí)現(xiàn)集裝箱、散貨船和油輪船型系列產(chǎn)品覆蓋，并在百余艘船舶開展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)約5%的節(jié)能效果。4、船舶能效在線智能管理基于業(yè)界需求及未來智能能效發(fā)展，2013年，中國船級(jí)社組織開發(fā)了“船舶能效在線智能管理系統(tǒng)”,系統(tǒng)可對(duì)船舶的主機(jī)、副機(jī)、鍋爐等主要耗能設(shè)備的能耗、工況以及軸功率設(shè)備、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、風(fēng)速風(fēng)向儀、計(jì)程儀、傾斜儀、測深儀等航行設(shè)備運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、監(jiān)測，并與岸基系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。通過對(duì)船舶耗能設(shè)備、航行設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控，岸基設(shè)備能耗、天氣海況等影響能效的因素，并通過綜合分析，政府主管機(jī)關(guān)、航運(yùn)企業(yè)對(duì)能耗監(jiān)測及管理要求，達(dá)到精細(xì)化管理和節(jié)能的目的。系統(tǒng)主要功能包括船舶耗能設(shè)備、航行設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控、船舶能效趨勢(shì)分析、多船能效比較分析、油耗管理、航態(tài)分析、航速優(yōu)化、能效監(jiān)測、報(bào)告和驗(yàn)證等。該系統(tǒng)構(gòu)是面向船舶營運(yùn)過程中能效實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、智能優(yōu)化輔助決策、船岸一體化的船舶能效在線智能綜合管理系統(tǒng)，已在散貨船、滾裝船、集裝箱船等140余艘船舶安裝使用，并獲中國航海學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。RightshipGHG船舶能效評(píng)級(jí)，被越來越多的租家、船東、金融機(jī)構(gòu)使用，同時(shí)也是很多港口激勵(lì)政策使用的評(píng)估往往處于劣勢(shì)?；诔杀究紤]，船東多采用限制主機(jī)功率6、船舶能效數(shù)據(jù)分析與能效評(píng)估針對(duì)新造船及營運(yùn)船舶節(jié)能技術(shù)，開展新造船船體線型船舶輕量化等節(jié)能技術(shù)節(jié)能效果評(píng)估驗(yàn)證；開展?fàn)I運(yùn)船舶航速優(yōu)化、最佳縱傾優(yōu)化等管理措施節(jié)能效果監(jiān)測、分析與評(píng)現(xiàn)污染物及溫室氣體減排，引領(lǐng)航運(yùn)能效管理及節(jié)能減排技未來，中國船級(jí)社將協(xié)同業(yè)界，繼續(xù)開展船舶節(jié)能技術(shù)研究，為業(yè)界提供最佳節(jié)能方案，促進(jìn)航運(yùn)節(jié)能減排，守護(hù)人類生命家園。邊緣智能現(xiàn)狀和展望摘要：邊緣智能(即將人工智能融入邊緣計(jì)算，部署在邊緣設(shè)備)作為更快更好地提供智能服務(wù)的一種服務(wù)模式，已逐漸滲入各行各業(yè)。不過，當(dāng)前邊緣智能面臨著巨大挑戰(zhàn)。首先簡要介紹了邊緣智能的起源與概念；然后總結(jié)了邊緣智能面臨的三大挑戰(zhàn)；最后，概括了當(dāng)前針對(duì)邊緣智能挑戰(zhàn)的5個(gè)研究方向。為相關(guān)讀者了解邊緣智能和相關(guān)人員研究邊緣智能提供一定的參考。關(guān)鍵詞：邊緣計(jì)算；人工智能；邊緣智能近年來，隨著萬物互聯(lián)時(shí)代的到來和無線網(wǎng)絡(luò)的普及，網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備數(shù)量和其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量都急劇增長。根據(jù)Cisco云指數(shù)的預(yù)測，到2021年，全球范圍內(nèi)將有超過500億的終端設(shè)備，這些設(shè)備每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量將達(dá)到847ZB,其中約有10%的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行計(jì)算處理。另外，智能終端設(shè)備已成為人們生活的一部分，人們對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求有了進(jìn)一步提升。在這種情況下，給網(wǎng)絡(luò)帶寬造成了極大的壓力。例如，飛機(jī)波音787每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)超過5GB,但飛機(jī)與衛(wèi)星之間的帶寬不足以支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)邊緣計(jì)算模型應(yīng)運(yùn)而生。邊緣計(jì)算是部署在邊緣終端設(shè)備和人工智能技術(shù)能夠在很大程度上解決現(xiàn)實(shí)生活中無法處理的2邊緣智能面臨的挑戰(zhàn)人工智能方法主要包括訓(xùn)練和推斷兩部分。訓(xùn)練主要是利用的任意計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源(如攝像頭、網(wǎng)關(guān)等)。因而，邊緣設(shè)備邊緣網(wǎng)絡(luò)資源不足。根據(jù)Cisco云指數(shù)的預(yù)測，到2021年，全球范圍將有超過500億的終端設(shè)備，每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量將達(dá)的某些思維過程和智能行為(如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等)的第2節(jié)中分析的邊緣智能面臨的挑戰(zhàn)，研究人員針對(duì)性地設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的解決方案。本節(jié)總結(jié)了當(dāng)前針對(duì)邊緣智能難題的5個(gè)研究(1)邊云協(xié)同出云計(jì)算和邊計(jì)算協(xié)同服務(wù)架構(gòu)。如圖1所示，研究人員提出將TPU是一種小型的專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit,ASIC)芯片，用于在邊緣設(shè)備上運(yùn)行(2)模型分割“cat”(3)模型裁剪模型，如在訓(xùn)練過程中丟棄非必要數(shù)據(jù)、稀疏代價(jià)函數(shù)等。圖3展示了一個(gè)裁剪的多層感知網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，網(wǎng)絡(luò)中很多神經(jīng)裁剪后(4)減少冗余數(shù)據(jù)傳輸為了節(jié)省帶寬資源，部分研究人員在不同的環(huán)境中提出了各(5)設(shè)計(jì)輕量級(jí)加速體系結(jié)構(gòu)一對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)加速硬件方法不同，作者提出采用可編程硬件加速，即對(duì)不同種類的應(yīng)用使用同一硬件重寫編程加速，以提高資源利用率，減小加速硬件的面積。在參考文獻(xiàn)中，作者提出利用可重構(gòu)硬件特性，針對(duì)多種應(yīng)用設(shè)計(jì)加速體系結(jié)構(gòu)，在維持硬件面積例如，與Altera公司和Xilinx公司研究數(shù)據(jù)中心功耗達(dá)到數(shù)十瓦以運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器的設(shè)備。4結(jié)束語經(jīng)過近幾年的發(fā)展，人工智能已在很多場景下發(fā)揮了重要作用，其巨大的優(yōu)勢(shì)有望在更多方面推動(dòng)科技和社會(huì)生活的進(jìn)