陶志超 楊 瑜 王 露

（中船郵輪科技發(fā)展有限公司 上海 200137）

0 引 言

郵輪不同于貨運或工程類船舶，其主要用途是服務(wù)于乘客的休閑和娛樂，而郵輪內(nèi)部環(huán)境舒適度是吸引客流并產(chǎn)生經(jīng)濟價值的重要因素，因此以餐飲與客艙為代表的基礎(chǔ)功能區(qū)的舒適性設(shè)計一直是郵輪關(guān)注的重點。照明作為影響乘客視覺舒適性的關(guān)鍵因素，對其進行優(yōu)化設(shè)計十分必要。因此，國內(nèi)相關(guān)科研機構(gòu)已經(jīng)開始研究使用無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)光和自適應(yīng)控制技術(shù)對郵輪餐飲區(qū)域的照明場景進行智能控制[1]，最終實現(xiàn)以乘客需求為導向的舒適性照明配光，方案切實可行且效果顯著。而相對于餐飲區(qū)域，針對體量更大的客艙區(qū)域照明舒適性的研究將更具現(xiàn)實意義。

客艙是郵輪最基礎(chǔ)的功能主體，而照明又是影響客艙內(nèi)部光環(huán)境的主要因素，舒適的光照環(huán)境對人的情緒具有積極引導作用[2]。因此，科學合理的客艙照明配光設(shè)計對提升乘客的航程愉悅體驗至關(guān)重要。關(guān)于郵輪客艙內(nèi)部光環(huán)境舒適性的設(shè)計優(yōu)化，國內(nèi)已經(jīng)開展了相關(guān)研究。哈爾濱工程大學在其科研項目成果“郵輪居住環(huán)境的智能化設(shè)計應(yīng)用”中，就提到了“環(huán)境去適應(yīng)人”的設(shè)計理念，即通過統(tǒng)一的智能控制方案，同步地控制所有艙室內(nèi)部的布局、光、色彩、溫濕度等環(huán)境要素，從而提升乘客居住體驗[3]。然而，由于郵輪中的“乘客”是存在群體多樣性特點的研究對象，同一種照明配光對于不同年齡的人群會產(chǎn)生不同的光學生物效應(yīng)[4]，因此僅依靠統(tǒng)一的照明控制標準將難以滿足所有乘客的實際需求。

郝洛西等[5]研究發(fā)現(xiàn)：不同年齡段的客戶群體對于舒適照明的需求不同，涉及到照明的色溫、色彩、亮度等光學因素。但目前一些大型郵輪的客艙仍采用常規(guī)的單色溫且亮度不可調(diào)節(jié)的照明設(shè)備，這種缺少技術(shù)創(chuàng)新的傳統(tǒng)照明設(shè)計根本無法滿足不同客戶群體對光環(huán)境的多樣化需求，也難以順應(yīng)郵輪新興市場的發(fā)展。

為改進該現(xiàn)狀，部分新的郵輪項目在客艙內(nèi)部已逐步采用就地手動調(diào)光的設(shè)計，但實際情況是：部分乘客并不清楚如何找到最適合自己的光學配置（色溫/亮度/色彩組合），缺少群體調(diào)光需求分析和大概率事件統(tǒng)計結(jié)果作為調(diào)光參照，乘客艙室之間彼此信息隔離的隨機調(diào)光操作無法使調(diào)光照明發(fā)揮其最佳效果。

為此，本文運用網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析的方法，在現(xiàn)有發(fā)光二極管（light emitting diode,LED）照明的網(wǎng)絡(luò)調(diào)光技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計了1 種郵輪客艙智能調(diào)光方案。該方案通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)對客戶群體細致分類，并持續(xù)性且周期性地采集和統(tǒng)計分析不同客戶群體的調(diào)光行為數(shù)據(jù)，從而在每個運行周期結(jié)束后得到客戶群體最新的大概率調(diào)光需求參照，然后在下個運行周期由網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺為不同客戶群體智能地分配最新調(diào)光設(shè)定。

1 郵輪客艙智能調(diào)光控制方案系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 客艙單元內(nèi)部調(diào)光設(shè)備的組成及工作原理

為滿足乘客多樣化的照明需求，郵輪客艙配置了可調(diào)光LED 主照明設(shè)備、LED 氛圍照明設(shè)備、通信轉(zhuǎn)換控制單元和艙內(nèi)調(diào)光面板，如圖1 所示，其中的主照明用于提供環(huán)境視覺照明。

圖1 客艙調(diào)光照明設(shè)備組成及調(diào)光效果示例

李薇等[6]研究認為：影響主照明視覺舒適性的主要因素是光源色溫參數(shù)與亮度參數(shù)的組合，故主照明應(yīng)選取色溫和亮度分別可調(diào)的LED 光源；氛圍照明用于背景色調(diào)的烘托和滿足個性化需求，故選取色彩和亮度分別可調(diào)的RGB 彩色燈帶；通信轉(zhuǎn)換控制單元負責同船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺交互通信，并實現(xiàn)調(diào)光主控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與客艙調(diào)光總線的通信轉(zhuǎn)換，是調(diào)光信號上傳下達的樞紐；艙內(nèi)調(diào)光面板用于手動和自動調(diào)光的切換，以及在手動模式下調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明色溫、色彩和亮度。作為網(wǎng)絡(luò)擴展的關(guān)鍵部件，通信轉(zhuǎn)換控制模塊將艙室單元的調(diào)光系統(tǒng)整合至全船調(diào)光網(wǎng)絡(luò)，其工作原理如圖2 所示。

圖2 通信轉(zhuǎn)換控制模塊工作原理簡圖

艙室照明在“自動調(diào)光”模式下，通信轉(zhuǎn)換控制模塊實時接收船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺本周期最新發(fā)布的智能調(diào)光設(shè)定；然后將網(wǎng)絡(luò)TCP/IP 通信協(xié)議的調(diào)光指令轉(zhuǎn)換為照明設(shè)備專用的DALI 總線調(diào)光信號后，轉(zhuǎn)發(fā)至艙室內(nèi)部的可調(diào)光LED 照明設(shè)備；最后由LED 照明設(shè)備執(zhí)行調(diào)光指令[7]。另外，通信轉(zhuǎn)換控制模塊還會在“手動調(diào)光”模式下接收并轉(zhuǎn)發(fā)艙內(nèi)調(diào)光面板的手動調(diào)光指令，使艙室照明在接收網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺智能調(diào)光的基礎(chǔ)上，仍然可以根據(jù)乘客喜好進行個性化手動調(diào)光；同時，該通信轉(zhuǎn)換控制模塊將當前手動調(diào)光后的最終修正狀態(tài)反饋至船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺，為下一周期智能調(diào)光參照的優(yōu)化提供參考樣本。

1.2 全船智能調(diào)光網(wǎng)絡(luò)平臺的組成及工作原理

全船智能調(diào)光網(wǎng)絡(luò)平臺的組成如下頁圖3 所示，設(shè)備編號同圖1。船舶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器②通過乘客信息登記系統(tǒng)④采集乘客基本信息，同時它還通過網(wǎng)絡(luò)交換機③實時采集每個乘客艙室的當前調(diào)光狀態(tài)。全船網(wǎng)絡(luò)調(diào)光路徑采用CAT-6A 電纜以確保調(diào)光指令高速穩(wěn)定地傳輸，重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備①至③分別由不間斷電源UPS 供電，確保應(yīng)急狀態(tài)下系統(tǒng)運行的連續(xù)性與可靠性。

圖3 全船智能調(diào)光網(wǎng)絡(luò)平臺示意圖

在本方案中，每個艙室內(nèi)部的通信轉(zhuǎn)換控制模塊⑤都被賦予唯一的IP 地址，且該IP 地址在調(diào)光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中與艙室門房號為映射關(guān)聯(lián)，而乘客信息登記系統(tǒng)④所錄信息中已經(jīng)包含每個乘客入住的房間號，因此通過房間號的中間關(guān)聯(lián)作用，智能分析主控單元①通過船舶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器②，便可準確獲得乘客群體與其艙室調(diào)光控制的對應(yīng)關(guān)系，然后用于客艙調(diào)光狀態(tài)分類采集以及調(diào)光指令的精準發(fā)布。

上述調(diào)光網(wǎng)絡(luò)平臺中，智能分析主控單元①作為核心功能單元，它的具體運作機制如后頁圖4所示。主控單元①通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器②收集乘客及調(diào)光狀態(tài)的信息，這些信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換模塊?進入數(shù)據(jù)采集模塊?，經(jīng)過一段采集周期后，數(shù)據(jù)采集模塊?將相關(guān)數(shù)據(jù)分類整理和儲存后供給數(shù)據(jù)分析模塊?進行數(shù)據(jù)分析。該分析進程將結(jié)合所有乘客的群體特征信息與其艙室對應(yīng)的調(diào)光狀態(tài)信息，通過數(shù)學運算和概率統(tǒng)計，即可得到每個特征群體對調(diào)光偏好的典型參照。該分類統(tǒng)計結(jié)果可以在下個航次開始時，通過控制指令發(fā)生模塊?轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)（IP 地址+調(diào)光信息），借助網(wǎng)絡(luò)交換機③準確地傳送至每個客艙，如下頁圖4 所示。

圖4 智能分析主控單元功能原理圖

2 郵輪客艙智能化調(diào)光控制策略

自主實現(xiàn)目標是智能控制的基本特征[8]?！叭绾潍@得準確的‘目標’，從而使自主調(diào)光效果與乘客需求高度一致”，是本次智能調(diào)光方案研究的重點。為此，本方案采用群體大概率事件提取的數(shù)學方法，在線采集大量乘客群體的手動調(diào)光數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析得出不同乘客群體的典型調(diào)光偏好，以此作為智能調(diào)光控制的目標參照。

2.1 乘客群體調(diào)光數(shù)據(jù)采集和分類

在智能分析主控單元內(nèi)部，調(diào)光數(shù)據(jù)采集和分類將基于郵輪實際運營特點進行。據(jù)《2023—2028年中國郵輪旅游行業(yè)發(fā)展前景預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》整理的數(shù)據(jù)，中國旅客郵輪出游的情況可分為如圖5 所示的四大類。可見，中國旅客郵輪出游類型主要為父母（中老年）游和親子游，占比分別為56%和30%。

圖5 中國旅客郵輪出游類型比例示意圖

數(shù)據(jù)分類采集時，乘客群體類別理論上可以基于這四大類型再進行年齡段細致劃分。然而現(xiàn)實是僅依靠郵輪乘客信息登記系統(tǒng)無法準確判斷所有乘客的出游類型，只有親子游類型可借助未成年人信息關(guān)聯(lián)來進行程序邏輯判斷。不過，親子游類型因同住客艙內(nèi)的旅客年齡跨度較大，故調(diào)光需求有一定的特殊性，采集數(shù)據(jù)時需單獨考慮。以乘客年齡信息為基礎(chǔ)的特征群體分類將按照表1 進行。

表1 乘客特征群體種類劃分表

由于親子游類型群體重點考慮未成年人對照明調(diào)光舒適性的需求，因此只對未成年的年齡段進行劃分來形成獨立的幾類特征群體。圖5 涉及的其他三大類由于一般不存在較大年齡跨度，故可直接合并為“其他類型”并按照年齡段劃分特征群體；而“其他類型”乘客在實際特征群體歸類時，則按照對應(yīng)客艙內(nèi)幾位乘客的平均年齡執(zhí)行。

數(shù)據(jù)采集和分類的方式如下頁表2 所示。以郵輪的1 個航程為例，連續(xù)N天采集某乘客群體所對應(yīng)艙室（樣本1 ～n）在旅行期間對主照明和氛圍照明的調(diào)光工作狀態(tài)，這些信息能夠真實反映某乘客群體對艙室照明色溫、色彩和亮度的普遍需求，是乘客對光學需求的群體畫像，它將為數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)提供最可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

表2 乘客住艙某航程調(diào)光需求數(shù)據(jù)采樣表

在數(shù)據(jù)采集和分類的過程中，入住客艙的乘客群體將根據(jù)不同年齡段的組合（如親子團體）進行特征分類，或由郵輪運營方自定義分類標準；數(shù)據(jù)庫將按群體特征分類標準篩選出各群體對應(yīng)的艙室調(diào)光樣本1 ～n，在1 個航程周期內(nèi)采集所有樣本對于各光學參數(shù)的調(diào)光需求；然后將它們作為乘客特征群體的調(diào)光事件集合存儲入庫。以某特征群體對應(yīng)的主照明光學參數(shù)調(diào)節(jié)狀態(tài)為例，其2 個關(guān)聯(lián)參數(shù)“色溫”和“亮度”在數(shù)據(jù)分類采集后的可視化效果如圖6 所示。

圖6 某特征群體調(diào)光數(shù)據(jù)分類采集可視化示意圖

2.2 乘客群體調(diào)光數(shù)據(jù)處理與分析

由于調(diào)光照明的出光狀態(tài)是由2 個關(guān)聯(lián)參數(shù)（色溫與亮度，或色彩與亮度）的組合來體現(xiàn)的，為準確統(tǒng)計關(guān)聯(lián)事件的密度特征，需要建立聯(lián)合密度分布模型[10]。本方案將采用聯(lián)合分布函數(shù)進行分析，其表達式如式（1）所示：

以主照明的關(guān)聯(lián)參數(shù)色溫與亮度為例，在式（1）中：Pr{·}為主照明調(diào)光事件概率，X為亮度參數(shù)的離散隨機變量，Y為色溫參數(shù)的離散隨機變量；模擬輸入典型統(tǒng)計學離散事件數(shù)據(jù)后，經(jīng)軟件建模運算處理，可以得到如圖7 所示的聯(lián)合概率密度函數(shù)圖像。

圖7 某乘客特征群體主照明調(diào)光事件聯(lián)合密度函數(shù)圖像

該三維函數(shù)圖像沿著x軸方向取截面投影，可以觀察到某色溫狀態(tài)下亮度調(diào)節(jié)事件的概率分布圖；以此類推，沿著y軸方向取截面投影，可以觀察到某亮度狀態(tài)下色溫調(diào)節(jié)事件的概率分布圖；而沿著z 軸方向俯視投影則可以觀察到聯(lián)合事件的大概率區(qū)間，即主照明調(diào)光事件高密度區(qū)間α。

結(jié)合上文所述，通過數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)得到的主照明調(diào)光事件高密度區(qū)間α，對應(yīng)的即某乘客特征群體對主照明的大概率調(diào)光偏好。以此類推，氛圍照明調(diào)光事件高密度區(qū)間β也可按上述方法獲得，所有特征群體的調(diào)光偏好也皆可按此方法在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)運算后提取，而這些運算結(jié)果將為船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺智能化控制提供可靠的目標參照數(shù)據(jù)。

3 郵輪客艙智能調(diào)光控制邏輯

在智能分析主控單元內(nèi)部完成數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)后，下一步進入控制指令發(fā)生環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)通過預設(shè)的調(diào)光控制邏輯，對每個郵輪客艙進行按需分配的調(diào)光控制。指令發(fā)生環(huán)節(jié)的運行原理如圖8 所示?？团撆涔庠O(shè)定為初始基準），按客戶群體分別生成相匹配的調(diào)光指令，全船實現(xiàn)在線智能調(diào)光控制。在航行過程中，通過網(wǎng)絡(luò)平臺采集1 個航次周期內(nèi)所有不同客戶群體手動調(diào)光的狀態(tài)信息（如表1 所示）；然后當航程結(jié)束后，再次統(tǒng)計和分析出不同客戶群體在本次航程的最新調(diào)光偏好區(qū)間，修正和更新上個航次獲取的調(diào)光參照數(shù)據(jù)，并且在下個航次采用當前最新的調(diào)光參照。如此反復迭代，使全船住艙照明狀態(tài)不斷趨向各類乘客群體的最準確需求，使智能調(diào)光具有遞進式優(yōu)化調(diào)光的能力。

圖8 全船客艙調(diào)光指令生成示意圖

在船舶網(wǎng)絡(luò)調(diào)光平臺中，乘客登記信息包含乘客基本信息及其入住的房間號信息，在網(wǎng)絡(luò)平臺數(shù)據(jù)庫中房間號信息與該房間內(nèi)部的控制模塊IP 地址已經(jīng)關(guān)聯(lián)，因此乘客基本信息與客艙控制模塊IP 通過房間號這個中間媒介產(chǎn)生間接關(guān)聯(lián)。在調(diào)光平臺主控單元內(nèi)運行智能調(diào)光程序的過程中，乘客基本信息首先經(jīng)過特征群體歸類，然后按群體類別調(diào)用最新的群體調(diào)光目標參照（高密度區(qū)間α和β），將匹配的調(diào)光指令通過IP 尋址的方式發(fā)送至該乘客所關(guān)聯(lián)的客艙控制模塊中，最后由客艙調(diào)光照明設(shè)備執(zhí)行調(diào)光指令。

為了更精確地匹配乘客的調(diào)光需求，控制程序需選取事件高密度區(qū)間α和β的峰值作為控制目標。但是，作為指令最終執(zhí)行單元的調(diào)光照明設(shè)備因受限于固有調(diào)光精度，導致其調(diào)光特性通常為非連續(xù)性[11]。如上頁圖7 所示的側(cè)視截面圖，色溫和亮度參數(shù)都是階梯狀的檔位區(qū)間，因此智能調(diào)光控制指令生成過程將考慮照明設(shè)備精度，在典型參照區(qū)間α和β內(nèi)由控制程序選擇最靠近峰值的最小檔位區(qū)間作為智能控制的目標參照。

在技術(shù)方案中，郵輪客艙智能調(diào)光的整個程序控制邏輯流程如圖9 所示。在新的航次開始時，調(diào)光程序結(jié)合乘客登記信息和當前最新的調(diào)光參照數(shù)據(jù)（新船首次航行的調(diào)光參照數(shù)據(jù)以傳統(tǒng)通用的

圖9 智能調(diào)光控制程序邏輯流程圖

4 郵輪智能調(diào)光方案的優(yōu)勢

本文研究的郵輪智能調(diào)光方案采用了網(wǎng)絡(luò)自動調(diào)光與客艙手動調(diào)光相結(jié)合的技術(shù)途徑，運用群體數(shù)據(jù)分析結(jié)果為參照，以按需分配的控制原則和周期性更新優(yōu)化的控制邏輯實現(xiàn)客艙照明的智能化控制，其主要優(yōu)勢如下：

11月21日，德州市十八屆人大常委會第十六次會議舉行聯(lián)組會議，對德州市獲得地方立法權(quán)后出臺的首部實體性法規(guī)——《德州市城鄉(xiāng)容貌和環(huán)境衛(wèi)生管理條例》實施情況進行專題詢問。聯(lián)組會上，常委會委員和列席會議的省、市人大代表組成“考官團”，直擊民生熱點，向城管、交警、規(guī)劃、交通等部門主要負責人提出了一系列群眾普遍關(guān)注的問題。

（1）控制靈活

客艙照明可選擇手動或自動調(diào)節(jié)，充分滿足乘客個性化調(diào)光需求；

（2）控制精準

網(wǎng)絡(luò)自動調(diào)光以客戶群體真實需求為參照，控制結(jié)果能夠精準匹配各類乘客實際需求；

（3）適用性強

在本方案中群體數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的調(diào)光參照系是以航程為周期不斷迭代更新，可以不斷趨向于各乘客群體動態(tài)的調(diào)光需求，這種與時俱進的特點使其具有極強的適應(yīng)性。

上述優(yōu)勢能夠使郵輪客艙照明實現(xiàn)乘客個性化和多樣化的需求，可以充分提升各類乘客群體在旅途中的視覺愉悅體驗，從而使郵輪更具有市場競爭優(yōu)勢。

5 結(jié) 語

本文針對當前郵輪客艙傳統(tǒng)照明無法進一步提升光環(huán)境舒適性的問題，設(shè)計了1 種郵輪客艙智能調(diào)光控制方案。該方案通過群體數(shù)據(jù)持續(xù)采樣和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計的方法將乘客的真實調(diào)光需求轉(zhuǎn)化為智能調(diào)光控制目標，使智能調(diào)光效果與乘客需求精準匹配，從而彌補了客艙傳統(tǒng)照明配置在滿足乘客多樣性需求方面的不足，最終達到提升客艙舒適性的目的。與此同時，該智能調(diào)光方案所特有的遞進式迭代更新的控制邏輯，使該智能控制系統(tǒng)能夠不斷適應(yīng)乘客調(diào)光偏好群體性的變化,故具有較佳的長期適用性。此外，該方案“以人為本，按需分配”的控制方法，對于郵輪艙室舒適性的發(fā)展起到了積極推動作用，具有廣泛的應(yīng)用和推廣價值。