智慧船舶物联网实训室建设方案

第一章 建设背景

随着全球海洋经济的蓬勃发展与智能化技术的日新月异，数字船舶物联网（Internet of Things for Maritime, IoT-Maritime）与人工智能（Artificial Intelligence, AI）的结合已成为推动航运业转型升级的关键力量。为了培养适应未来航运业发展需求的高技能人才，加速航运科技的创新与应用，构建一个集教学、科研、实践于一体的"数字船舶实训基地"显得尤为重要且迫切。

一、 船舶数字化

随着大数据、云计算、物联网等技术的广泛应用，航运业正经历从传统模式向数字化、智能化方向的深刻变革。船舶远程监控、智能导航、自动避碰、能效管理等技术的应用，极大提升了航运效率与安全性。AI技术的快速发展，特别是机器学习、深度学习在图像处理、自然语言处理、预测分析等领域的应用，为航运业提供了前所未有的数据处理与决策支持能力，促进了航运服务的个性化和智能化升级。

基于AIoT（物联网人工智能）的船舶数字化，为船舶行业带来了前所未有的变革与创新。这些应用不仅提升了船舶的安全性、舒适性和运营效率，还丰富了船舶的游览体验。以下是几个主要的应用领域：

1. 自主航行与智能避障

自主航行系统：智慧船舶集成多种传感器（如雷达、激光雷达、摄像头等），通过AI算法实现自主导航和避障。这意味着船舶能够自动规划航线，避开障碍物，减少人为操作失误，提高航行安全性。

实时环境监测：利用物联网技术实时监测水面环境（如水流、风向、波浪等），结合AI算法进行数据分析，为船舶提供最佳的航行路径和速度建议，确保航行平稳舒适。

2. 智能游客服务与体验

个性化导览系统：通过AI技术识别游客身份和偏好，提供个性化的导览服务。游客可以通过手机APP或船舶上的智能设备获取定制化的游览路线、景点介绍和互动体验。

智能语音助手：船舶内配备智能语音助手，游客可以通过语音指令查询信息、控制设备（如调节空调温度、播放音乐等），提升游览的便捷性和趣味性。

3. 船舶健康管理与预测性维护

实时监测与诊断：物联网技术实时监测船舶各系统的运行状态，包括发动机、电力系统、通讯系统等。AI算法对传感器数据进行深度分析，提前预测潜在故障，实现预测性维护。

远程监控与支援：船舶管理人员可以通过远程监控平台实时查看船舶状态，并在必要时提供远程技术支持或派遣维修团队。

4. 节能环保与能效管理

智能能效管理系统：通过AI算法优化船舶的动力分配和航行参数，如航速、航线等，以降低燃油消耗和排放。同时，结合新能源技术（如太阳能、风能等），实现绿色航行。

环境监测与自适应航行：根据水面环境数据（如水质、气温等），AI算法可以自动调整船舶的运行模式，如开启节能模式、调整空调温度等，以减少能耗和污染。

5. 安全智能监控与应急响应

智能安全监控系统：集成多种传感器和摄像头，对船舶内外进行全方位监控。AI算法能够实时分析监控画面，识别异常行为或潜在威胁，并自动触发警报或应急响应机制。

紧急救援与疏散：在紧急情况下，AI系统可以迅速评估事态并给出救援建议。同时，船舶内配备智能疏散指示系统，引导游客快速有序地撤离到安全区域。

综上所述，基于AIoT的智慧船舶应用涵盖了自主航行、智能服务、健康管理、节能环保和安全监控等多个方面。这些应用不仅提高了船舶的智能化水平和运营效率，还为游客带来了更加安全、舒适和个性化的游览体验。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，智慧船舶将成为未来水上旅游的重要发展方向。

二、 船载智能化

船载智能化是船舶工业与现代信息技术深度融合的典范，它依托于系统这一集分布式架构、统一操作系统、高效安全、人工智能于一体的创新平台，为船舶行业带来了前所未有的智能化升级。 系统的引入，不仅提升了船舶驾驶舱系统的集成性和互操作性，还推动了船舶管理向更加智能、高效、安全的方向发展。

船载智能化的核心优势：

分布式架构： 系统采用分布式架构，能够统一管理和调度设备、云和边缘计算资源。这一特性使得船舶上的各种智能设备能够无缝连接、协同工作，大大提高了数据交互效率和船舶运行的整体效能。

跨设备协同： 系统支持跨设备协同操作，使得船舶上的各类终端（如雷达、导航仪、通讯设备等）能够形成一个紧密联系的超级终端。用户可以通过任意一台设备控制整个超级终端中的其他设备，实现一键共享、投屏等功能，极大地提升了操作的便捷性和灵活性。

高效安全： 系统采用微内核架构，将核心的操作系统服务和安全服务分离，有效防止了各种安全攻击和漏洞。同时，其硬件层面的安全保障机制（如安全芯片和隔离技术）进一步保障了船舶数据的隐私和安全。

人工智能集成： 系统集成了人工智能技术，能够为用户提供更加智能化的功能和服务。例如，通过智能算法分析船舶运行状态和航行数据，实现故障预警、航线优化等功能；同时，结合语音识别和手势控制技术，使得船舶操作更加便捷和智能。

**智能导航与避碰：**利用 系统的分布式数据处理能力，结合高精度地图和实时天气信息，实现船舶的智能导航和避碰功能。系统能够自动规划最优航线、提前预警潜在碰撞风险，并给出避碰建议。

远程监控与数据分析： 船载智能化系统支持远程监控船舶运行状态和航行数据。通过云平台对收集到的数据进行分析和处理，可以为船舶管理提供科学依据和决策支持。同时，系统还能够实时向岸基控制中心发送船舶位置和状态信息，实现船岸一体化管理。

智能健康管理： 系统可以应用于船舶辅机的智能化健康管理。通过实时监测辅机的运行状态和性能参数，结合大数据分析和智能算法预测故障风险并提前预警。这有助于降低船舶故障率、提高运行效率并延长设备使用寿命。

船载智能化是船舶工业迈向智能化、数字化时代的重要里程碑。它不仅提升了船舶的运行效率和安全性，还为用户带来了更加便捷、高效、智能的航运体验。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展， 船载智能化将在未来发挥更加重要的作用。

三、船舶物联网专业发展

3.1 专业概述

船舶物联网（Maritime Internet of Things, Marine IoT）是现代船舶工业与物联网技术深度融合的产物，它通过将传感器、执行器、通信设备等智能元素嵌入到船舶的各个系统中，实现船舶内部以及船舶与外界环境之间的全面互联、信息感知与智能交互。这一技术的引入，极大地推动了船舶管理的智能化、自动化和网络化进程。

船舶物联网的核心是构建一个高度集成的信息网络平台，实时收集、处理、分析和传输船舶运行过程中的各类数据，如航行状态、设备健康、环境参数、货物管理等。这些数据通过物联网技术实现船与船、船与岸、船与云之间的无缝对接和高效共享，为船舶的安全航行、高效运营和科学管理提供技术支持。

在船舶物联网的架构中，传感器作为感知层的关键组件，负责采集船舶内外部的各类信息；通信网络作为传输层，则负责将这些信息安全、可靠地传输至数据中心或云平台；而应用层则通过智能算法和大数据分析技术，对接收到的数据进行深度挖掘和价值提炼，最终为船舶运营者提供决策支持、优化建议等增值服务。

船舶物联网的应用场景广泛而深远。在航行安全方面，物联网技术可以实时监测船舶的航行状态、周围环境和潜在威胁，提供精准的航行指导和避碰预警；在设备维护方面，物联网可以预测设备的故障风险、优化维护计划，减少非计划停航时间，提高船舶的运营效率；在货物管理方面，物联网技术可以实现货物的全程跟踪和智能监控，确保货物的安全、完整和及时送达。

此外，船舶物联网还促进了航运业与其他行业的跨界融合。通过与金融、保险、物流等领域的深度合作，船舶物联网可以构建更加完善的服务生态体系，为航运业提供更加多元化、定制化的服务解决方案。

近年来，各国政府纷纷出台政策支持船舶行业的智能化发展。例如，我国发布的《中国制造2025》将海洋工程装备和高技术船舶列为十大重点发展领域之一，推动船舶行业的智能化转型。同时，船舶物联网作为智能船舶的重要组成部分，也得到了产业界的广泛关注和积极推动。

3.2 高职船舶物联网专业发展

在高等职业教育中，随着船舶物联网产业的发展，相关专业逐渐兴起并持续完善。高等职业院校依据市场需求和产业发展趋势，开设了与船舶物联网相关的专业或方向，如船舶工程技术、物联网应用技术、智能控制技术等。这些专业或方向旨在培养兼具船舶制造、物联网技术和智能控制等方面知识与技能的高素质技术技能人才。

高等职业院校船舶物联网专业的课程设置通常涵盖船舶基础知识、物联网技术、传感器技术、数据处理与分析、智能控制技术等核心课程。同时，注重实践教学与实训环节，通过校企合作、实习实训等方式，提升学生的实践能力和职业素养。

高等职业院校船舶物联网专业的培养目标是产出具备船舶物联网技术应用能力的高素质技术技能人才。这些人才将能够胜任船舶制造、物联网技术应用、智能控制等领域的工作，为船舶行业的智能化转型提供强有力的人才支持。

船舶物联网的建设背景源于航运业对于智能化、高效化及安全性的迫切需求，其目的在于通过物联网技术的应用，推动船舶管理、运营及维护的全面升级。船舶物联网专业不仅注重培养掌握物联网基础理论、核心技术及船舶行业特定知识的复合型人才，而且强调实践能力和创新思维的培养，以适应船舶物联网系统从设计、开发、部署到运维的全流程工作需求。

鉴于船舶物联网系统的复杂性和高度集成性，实训室与实训基地的建设尤为重要。这些设施不仅为学生提供将物联网理论知识转化为实际操作技能的平台，还模拟真实的船舶物联网运行环境，帮助学生深入理解船舶物联网设备、传感器、控制系统及数据平台的原理、技术细节与应用场景。通过基础理论学习、设备操作实训、综合系统搭建、创新项目孵化及实际应用案例分析等多层次的教学模式，为船舶物联网专业方向的建设提供坚实的软硬件支持与教学实训环境。

四、船舶数字化人才需求分析

（1） 船载智能化人才需求分析

当前技术生态正在五个关键领域发力：底层芯片适配、操作系统研发、系统维护、面向应用的北向生态开发，以及面向智能硬件的南向生态开发，以此构建起覆盖全产业链、贯穿全生命周期的技术能力框架。

随着船舶产业生态的迅猛发展，市场对基于国产技术的软硬件应用开发工程师的需求日益增长。原有设备中的芯片与开发板需要迅速适配新的系统环境，包括传感器HDF驱动编程、软硬件应用系统的迁移与维护等工作，这些岗位均面临着巨大的人才缺口。

物联网、大数据、云计算以及人工智能等先进技术的广泛应用，不仅提高了船舶的运营效率、安全性和环保性能，还加速了船舶设计、建造及维护等全生命周期的数字化转型。因此，具备扎实物联网技术基础并同时熟悉船舶工程知识的复合型人才成为了行业内的迫切需求。

（2）船舶数字化人才技术储备

物联网技术：船舶物联网作为物联网技术在船舶行业的应用，需要具备扎实的物联网技术基础，包括传感器技术、数据处理与分析、网络通信技术等。

船舶专业知识：鉴于船舶物联网服务于船舶行业，因此还需要具备船舶制造、船舶工程、船舶电气等方面的专业知识，以便更好地理解船舶系统的需求和特点。

智能控制技术：随着智能船舶的发展，智能控制技术也变得越来越重要。 船舶物联网人才需要掌握智能控制系统的设计、开发和调试等技能，以实现船舶的自主航行、智能避碰、远程监控等功能。

（3）跨学科背景需求

由于船舶物联网涉及多个学科领域的知识和技能，因此具备跨学科背景的人才将更受欢迎。例如，既懂物联网技术又懂船舶工程的人才，将能够更好地理解船舶物联网系统的整体架构和应用需求，从而设计出更加符合实际需求的系统方案。

（4）创新与实践能力

在快速变化的科技环境中，创新能力是船舶物联网人才不可或缺的素质。他们需要具备创新思维和解决问题的能力，能够不断探索新技术、新方法在船舶物联网领域的应用。同时，实践能力也是非常重要的，他们需要通过实际操作和项目开发来积累经验，提升自己的技术水平和综合素质。

（5）人才需求量与岗位分布

随着船舶物联网技术的不断发展和应用范围的扩大，相关岗位的需求量也在不断增加。这些岗位主要包括但不限于：

物联网工程师：负责船舶物联网系统的设计和开发。

智能控制工程师：负责智能控制系统的设计和调试。

船舶电气工程师：负责船舶电气系统的设计和维护。

数据分析师：负责船舶物联网系统中数据的收集、处理和分析。

这些岗位主要分布在船舶制造企业、航运公司、科研机构以及相关服务提供商等单位。

（6）薪资水平与发展前景

船舶物联网领域的薪资水平通常较高，尤其是在具备丰富经验和专业技能的人才中更为突出。随着技术的不断发展和应用范围的扩大，该领域的发展前景也非常广阔。未来，随着智能船舶的普及和船舶物联网技术的不断创新， 船舶物联网领域的人才需求将会持续增加，为从业者提供更多的发展机会和空间。

第二章 建设思路及目标

一、建设需求

（1）构建一体化教学与实践融合平台

为了适应船舶物联网及相关专业对"教、学、做"一体化模式的需求，建设的教学与实践平台需要覆盖从基础理论知识到高级应用技术的整个学习过程。此平台应当整合船舶物联网的关键技术，例如适用于船舶环境监测的传感器（如测量水位、航向、温度和湿度的传感器）、RFID与读写设备（用以管理船舶物资）、无线传感网络技术（尤其是适用于船舶内外通讯的Zigbee、LoRa等）以及WiFi、GPRS、蓝牙等通信手段。通过将软件与硬件相结合的实际案例，实现诸如《船舶物联网技术概论》、《船舶物联网中的编程基础》等课程的深入教学，确保学生能从理论过渡到实践，掌握全面的技能。

（2）模块化设计与灵活配置

遵循模块化设计的原则来创建船舶物联网实训室，提供一系列模块化的组件，如Zigbee船舶状态监测单元、GPS定位单元、专为船舶定制的增强型WiFi/GPRS/蓝牙通信模块，以及RFID系统用于追踪船舶货物。这些模块应该可以自由组合，以适应不同的教学活动和实训任务，并且支持未来的升级和技术扩展。

（3）就业技能导向与综合能力培养

考虑到船舶物联网技术的应用性很强，实训室的设计应当包含一个集成的操作平台，其中包括工作站、模块化装置、综合监控显示设备、传感器阵列、执行机构以及调试工具等元素。这样的设置旨在为学生提供一个方便且高效的环境来进行学习和实践。通过建立模拟项目应用环境，可以加强学生的团队合作能力、系统设计技巧、项目管理和实施水平，从而保证毕业生能够快速适应职场，成为具有社会责任感、创新能力和创业精神的高技能应用型人才。

（4）物联网安装调试员的专业培训

与国家标准和行业标准紧密对接，开发一套专门针对船舶物联网安装调试员的专业培训方案。该方案应该包含职业道德、专业技术以及理论知识等多个方面，确保参与者能够掌握船舶物联网系统的安装、调试、运维以及故障诊断等核心能力。通过设立技能等级考核机制，鼓励学生不断提升职业技能和个人发展，为船舶物联网行业培养更多具备综合能力的技术人才。

二、建设规划

结合省产业发展趋势，整体基于电气与电子工程学院学院专业群现状，面向省数字经济发展和创新人才需求，围绕"自主创新"战略，以信创和数字化为主题，建设具鲜明特色"互动展厅体验+理论课程学习+动手实践 "三位一体的开发者创新实训中心。重点培养电子信息工程技术 、机电一体化技术等方面的数字人才，规模培养数字化发展的高素质应用型、复合型、创新型人才，服务本地电子信息产业高速发展。围绕"岗-课-赛-证"体系，打造集产、学、研、转、创、用于一体的数字技术人才培养中心。

凭借在技术、创新和产业链组织方面的优势，通过与学校共建实训基地，联合生态运营，共同设计专业标准和课程标准等措施，建立专业群共享、校内外结合、校企合作联建的"基础实训、核心技能实训、项目实战"的模块化实践教学体系及数字人才培育基地，通过多种形式开展学生创新创业孵化和个性化能力发展，培养卓越技术技能型人才。

1）全面提升学生项目实践能力和应用创新能力

本着"强基础、重实践"的指导思想，按照学生的职业目标和职业选择，按照产业企业岗位技术方向和技能要求，以互动实训平台为载体的项目实训场景开展项目化实训教学，通过培养学生的动手实操能力、深入了解相关生态及HMS生态，提升职业素养，落实职业适应性，积极迎接职业挑战，提升学生实践能力及应用创新能力，提升和开拓就业创业竞争力的新途径。

2）打造专兼结合和理实一体双师型创新教师团队

坚持"优化结构、提升素质、重点培养、整体提高"的师资队伍建设思路，汇聚校内外优质人才资源，以教师教学能力发展为目标，积极拓展企业兼职师资,让更多行业企业的能工巧匠、实践专家走进课堂，培养教师具备相关技能实践能力和课程讲解能力，打造专兼结合和理实一体的"双师型"教师团队，提升学校教师团队的层次。

3）引入项目贯穿式教学方法，提升人才培养水平

依托成熟的产业链自主可控的开放能力。针对高校需求，提供针对性培养计划定制与课程、场景化案例协同，导入产业项目及产业实践案例，赋能产、学、研、创、认证一体，提升学生能力水平。

4）探索产教融合运营模式创新，促进可持续发展

通过不断探索确立合理、有效的产教融合运营管理机制，搭建产教融合实训平台和强化日常运营管理，并拓展社会服务功能，提高知识的转化效率和地方经济发展服务能力，探索价值实现的共赢模式，形成多方合作、共建共享的长效机制，促进产业链、技术链、人才链、创新链有机衔接，实现产教融合可持续、健康、内涵式创新发展。

第三章 建设内容

依托学院现有的电气电子工程专业建设基础，融合硬件开发、物联网等前沿技术，我们着重规划了人才培养的实训室与创新互动体验展示区。以教学计划与课程内容为核心，结合实际的商用项目案例，我们设计了任务导向的实训项目，并构建了场景化的实验实训环境。这一举措旨在打造一个集教学、展示、互动、实训于一体的多功能空间，全面满足产、学、研、培、赛、创的多元化需求。

开发者创新中心被细分为三个核心部分：硬件开发实训室、物联网实训室、以及船舶智能家居体验中心。

1、 硬件开发实训室

具体建设内容包括：

**硬件开发实训室：**硬件开发基础、硬件开发实践、智能家居实训平台、车机实训平台；

2、物联网在船舶应用实训区

具体建设内容包括：

物联网安装与运维实训装置、物联网实训装置、智慧船舱仿真实训装置、船舶新能源动力实训套件、物联网教学平台、船舶物联网虚拟仿真实训平台、实训资源包。

**智能船舱体验中心，**利用技术构建模拟实景船舱的物联网智能体验中心，可以为学生提供一个实际操作和体验智慧船舱系统的环境。配备智能船舱设备、智能灯光、温度控制、安防系统等，传感器、执行器、嵌入式开发板、通信模块等，以及网络设备如网络交换机、路由器、无线接入点等、和相关软件工具，模拟真实船舱环境，让学生进行物联网应用开发、测试和调试。模拟船舱环境，包括船舱布局、海洋环境模拟等。培养学生对物联网智能船舱系统设计、开发和维护的能力。提供一个模拟真实船舱环境的实训平台，让学生能够体验和学习物联网技术在智能船舱下的应用。

3、实训环境建设优势

Ø 丰富项目实训资源

面向数字化技术，将知识点转化为项目实训案例，技术层级由浅入深，循循渐进，同时配套教学课件和讲义、实践指导文档、案例Demo源代码、开发工具及30+教学配套智能硬件设备等资源，贯穿数字化教学体系。

Ø 与专业课程无缝衔接

结合专业群实际课程开设情况，基于企业主流岗位技能需求分析，引入行业前沿技术实验和实践项目，与高校课程体系设置无缝对接，优化专业课程体系，满足高校课程教学需求。

Ø 理论教学与应用开发相融合

将理论教学、案例开发和项目实践融为一体，学生掌握基础技术知识后，引入专业硬件设备和软件平台，搭建项目实践环境，帮助高校开展专业技能项目实践，实现技术理论与行业主流应用相结合，全面提升学生综合应用实践能力。

一、物联网在船舶应用实训区介绍

1、建设思路

由于物联网知识体系的庞杂性、应用性、实践性等特点，实验室和实训基地在教学过程中起的作用远比其他学科来的重要。在进行基本理论知识教学之后，实验室能够提供给学生动手实践的平台，将理论知识转为实际操作；为学生提供一个真实拟真的基于物联网环境，掌握各种物联网设备、部件、系统的原理、技术和运用唯众结合企业人才需求，从基础、布线、综合、创客、应用"五维"角度为专业学科建设提供软硬件平台及教学实验环境的支撑。

2、核心产品

（1）智慧船舱安装与运维实训装置

智慧船舱安装与运维实训装置是专为培养现代航运业所需的技术技能型人才而设计的综合性实训平台。本装置模拟了真实船舱环境中的各种智能系统，使学生能够在近似实战的情境中进行安装、调试、维护及故障排除等操作，全面提升其专业素养和技术能力。

主要功能模块:

1.传感器网络与环境监测

包括温湿度、光照、声音等多种环境传感器，用以模拟船舱内的环境条件监测。

实现数据采集与实时传输，支持环境参数的动态显示与历史记录查询。

2.自动化控制系统

集成智能照明、温度控制、安防系统等自动化控制模块。

支持通过中央控制单元或移动设备远程操控各项设施。

3.通信与数据交换

内置Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等多种无线通信模块，用于系统间的数据交换与互联。

兼容主流工业协议，便于与现有船舶信息系统对接。

4.故障模拟与排除

设计了多种典型故障场景，学生需根据提示进行故障诊断与修复。

提供故障代码库与解决方案数据库，帮助学生学习正确的应对方法。

5.虚拟现实/增强现实(VR/AR)

利用VR/AR技术模拟复杂操作过程，增强实训的真实感与沉浸感。

支持模拟不同类型的船舱布局与设备配置，扩展实训范围。

（2）物联网实训装置

物联网实训装置是面向多层次高校（包括中职、高职、职业本科）物联网应用专业和物联网实训室建设的实验平台。它采用模块化的设计模式，可以根据实际需求选配各种模块，组建具有行业特色的物联网工程实训室。这些装置覆盖了物联网的三个主要层面：感知层、网络层和应用层，并集成了多种物联网技术，如传感器技术、RFID技术、无线传感网、蓝牙、WiFi、GPRS等通信组网技术。

技术特点：

模块化设计：物联网实训装置采用模块化设计，方便用户根据实际需求进行灵活配置和扩展。每个模块都具备独立的功能，可以单独使用或与其他模块组合使用，以满足不同场景下的教学和实训需求。

技术全面覆盖：装置集成了多种主流的物联网技术，包括传感器技术、数据采集技术、射频识别技术、无线网络技术、移动互联网技术、嵌入式技术等。这些技术覆盖了物联网技术的各个领域，为学生提供了全面的学习和实训环境。

行业应用紧密结合：物联网实训装置与船舶行业的实际应用紧密结合，通过模拟真实的船舶物联网应用场景，帮助学生了解物联网技术在船舶领域的应用现状和发展趋势。

实训内容：

感知层实训：通过传感器模块和RFID模块等感知层设备，学生可以学习如何采集船舶运行过程中的各种数据，如温度、湿度、压力、位置信息等。同时，学生还可以了解不同传感器的原理、特性和应用场景。

网络层实训：在网络层实训中，学生将学习如何利用蓝牙、WiFi、GPRS等无线通信技术将感知层采集的数据传输到远程服务器或控制中心。此外，学生还将了解网络通信协议、数据传输安全等方面的知识。

应用层实训：在应用层实训中，学生将学习如何对接收到的数据进行处理和分析，并根据分析结果做出相应的决策或控制指令。例如，学生可以通过编写程序实现船舶的远程监控、故障诊断、智能调度等功能。

应用场景：

物联网实训装置在船舶应用实训区中可以模拟多种应用场景，如船舶远程监控、智能导航、故障诊断、安全预警等。这些应用场景不仅涵盖了船舶运行过程中的各个环节，还涉及到了物联网技术的多个方面。通过模拟这些应用场景，学生可以更加深入地了解物联网技术在船舶领域的应用和实现方式。

（3）智慧船舱仿真实训装置

智慧船舱仿真实训装置是一种先进的教学设备，它通过模拟真实的船舶工作环境，为学生提供了一个实际操作和学习的平台。通过该装置，学生可以深入了解智慧船舱的构成、工作原理及技术应用，掌握相关设备的安装调试技能，并具备初步的系统集成和开发能力。

**1.智能化安装调试：**旨在让学生掌握船舶智能系统的安装流程、接线规范、设备配置及调试技巧。

实训内容：

• 学习船舶智能系统的组成和工作原理。

• 练习识别和使用各种传感器、控制器、通信模块等智能化设备。

• 掌握设备安装的最佳实践，包括布线、固定和环境适应性调整。

• 进行系统接线和连接，确保电气安全和信号传输的准确性。

• 配置系统参数，进行软硬件的集成调试，以实现系统功能。

• 通过故障模拟，学习故障诊断和排除技能。

**2.智能化应用开发：**学生将围绕船舶智能化改造、能效优化、安全监控等实际需求，设计并开发各类智能应用程序，旨在培养学生的编程能力、软件开发技能和创新思维，以便他们能够设计和实现智能船舶的应用程序。

实训内容：

• 学习智能船舶相关的编程语言和软件开发工具。

• 理解船舶操作的自动化需求，设计合适的软件解决方案。

• 开发船舶监控、能效管理、安全监控等智能应用。

• 测试和优化应用程序，确保其在模拟环境中的可靠性和有效性。

• 探索人工智能、机器学习等先进技术在智能船舶领域的应用。

• 进行项目实践，从概念设计到系统集成，完成一个完整的应用开发周期。

（4）船舶新能源动力实训套件

船舶新能源动力实训套件是一款高度集成化、现代化的教学与实践工具，专为培养船舶新能源动力领域的专业人才而设计。该套件不仅集成了前沿的新能源动力系统（如太阳能、风能、燃料电池、混合动力等），还配备了先进的控制系统、负载模拟系统、精密的数据采集与分析系统以及全方位的安全保护系统，构建了一个接近真实工作环境的综合实训平台。

新能源动力系统：实训套件中的新能源动力系统覆盖了当前及未来船舶可能采用的各种清洁能源技术，使学生能够深入了解不同能源转换原理、系统构成及运行特性。通过实际操作，学生能够掌握各类新能源设备的安装、调试与维护技能。

控制系统：集成的控制系统是船舶新能源动力系统的核心，它负责监控和管理能源的产生、储存、分配及使用过程。实训套件中的控制系统模拟了真实船舶的自动化控制流程，包括能量管理策略、故障检测与诊断、自动保护等功能，帮助学生掌握控制算法的设计与应用，提升系统优化与故障排除能力。

负载模拟系统：为了更准确地模拟船舶新能源动力系统的实际工况，实训套件配备了负载模拟系统。该系统能够模拟船舶在不同航行状态下对动力系统的需求变化，如加速、减速、巡航等，使学生能够在不同负载条件下进行系统的调试与优化。

数据采集与分析系统：高精度的数据采集与分析系统是学生理解系统性能、优化系统参数的重要工具。通过实时采集系统运行数据，如电流、电压、功率、效率等，并利用专业软件进行分析处理，学生能够深入了解系统的工作状态，发现潜在问题，提出改进方案。

安全保护系统：安全是船舶新能源动力系统运行的首要前提。实训套件内置了完善的安全保护系统，包括电气隔离、过流保护、短路保护、过温保护等措施，确保学生在实训过程中的安全。同时，通过模拟安全事故应急处理流程，提升学生的安全意识和应急反应能力。

（5）物联网教学平台

物联网教学平台是专门为物联网技术的教学和学习设计的综合性平台。它通过提供丰富的教学资源和交互式学习工具，旨在帮助学生更好地理解和掌握物联网的基本概念、技术和应用。

直观易用的教学软件：平台配备的教学软件采用用户友好的界面设计，结合丰富的多媒体资源（如图文、视频、动画等），使复杂的物联网概念和技术变得易于理解。软件内置了多个教学模块，覆盖物联网基础知识、传感器技术、无线通信协议、数据处理与分析、云平台应用等内容，支持循序渐进的学习路径，满足不同学生的学习需求。

实时数据可视化：为了增强学生的实践感知能力，平台支持实时数据可视化功能。通过连接物联网实验设备或模拟环境，学生可以实时观察传感器数据、设备状态、网络流量等关键信息，并以图表、曲线、仪表盘等形式直观展示。这种直观的数据呈现方式有助于学生深入理解物联网系统的运行机制和性能特点。

交互式操作指导：平台提供交互式操作指导功能，通过模拟实验、案例分析、在线编程练习等形式，引导学生进行动手操作和问题解决。学生可以在虚拟环境中搭建物联网系统、配置设备参数、编写控制逻辑，并即时获得反馈和修正建议。这种互动式学习方式能够激发学生的学习兴趣，提高学习效率。

在线测试与评估系统：为了检验学生的学习成果并提供个性化反馈，平台内置了在线测试与评估系统。该系统包含丰富的题库资源，覆盖物联网技术的各个方面，支持自动组卷、在线答题、即时评分等功能。学生可以根据自己的学习进度和需求进行自测或参加模拟考试，系统会根据测试结果提供详细的评估报告和个性化学习建议。此外，教师还可以通过系统监控学生的学习情况，及时调整教学策略和提供针对性辅导。

（6）船舶物联网虚拟仿真实训平台

船舶物联网虚拟仿真实训平台是一个集虚拟仿真技术、物联网技术和航海教育于一体的综合性教学平台。该平台以培养学生综合设计和创新能力为出发点，基于虚拟仿真技术和物联网技术，在计算机中构建1:1真实还原实景的虚拟实训系统。该平台覆盖了船舶认知、驾驶训练、设计教学、物联网应用等多个方面，为学生提供了全面的航海教育和培训服务。

主要功能模块

1.虚拟船厂仿真系统

功能：主要用于船厂认知教学，通过虚拟仿真技术在计算机中复现一所完整的现代化造船厂，涵盖厂房、设备、船坞、各种吊车、船舶等。

特点：真实再现了船舶企业以物流流动方向为导向的布局模式，使用者可以近距离、多角度地观察船厂的地理位置、布局、主要设备设施、生产过程和管理情况。

2.舰船操控模拟系统

功能：主要用于船舶驾驶训练教学，以船舶水动力学数学模型为核心，利用计算机仿真技术、网络技术、系统集成技术和多媒体技术，实时再现船舶航行与海洋工程作业过程。

特点：提高了训练的质量、效益和安全系数，解决了训练周期长和训练受气候、环境等因素影响的问题。同时，有助于减少实船训练消耗，延长船艇使用寿命。

3.结构设计实验仿真系统

功能：主要用于船舶设计教学，开发了数字化结构实验三维视景仿真平台，实现方案设计与考核等功能。

特点：学生可以根据不同结构实验的特点，自行设计加载测试方案，增强了学习的主动性和创新性。

4.船舶物联网应用仿真系统

功能：模拟船舶物联网系统的运行和管理过程，包括设备联网、数据采集、处理和分析等。

特点：使学生能够深入理解船舶物联网的架构、原理和应用，掌握相关技术的操作和维护方法。

平台优势与特点

• 高度逼真：采用先进的虚拟仿真技术，实现船舶、船体设备、航道等场景的1:1三维建模，为用户提供真实、互动的体验。

• 安全性高：在虚拟环境中进行实训操作，避免了实船训练中可能存在的安全风险。

• 成本低廉：减少了实船和设备的投入成本，降低了学生的培训费用。

• 资源丰富：平台集成了大量的教学资源和案例数据，为学生提供了丰富的学习素材和实践机会。

• 可扩展性强：支持根据不同的教学需求进行功能扩展和定制开发。

（7）实训资源包

1、程序设计任务驱动式教程

该教程旨在通过任务驱动的方式，系统讲解Open Harmony应用开发的全栈技术内容，帮助学习者掌握在物联网环境下，尤其是船舶应用中，如何利用Open Harmony进行程序设计和开发。

第一部分：OpenHarmony基础

1.1 OpenHarmony入门

项目背景及发展历程

OpenHarmony的技术特点

应用领域

1.2 开发环境搭建

DevEco Studio安装与配置

OpenHarmony SDK下载与集成

仿真器与真机调试

第二部分：OpenHarmony应用开发基础

2.1 应用框架

Ability组件与生命周期

页面路由与导航

UI组件与布局设计

2.2 数据存储与管理

文件系统使用

数据库操作（如SQLite）

数据持久化与同步

第三部分：物联网技术在船舶应用中的实现

3.1 传感器数据采集

温度、湿度、压力等常见传感器介绍

传感器数据读取与解析

数据上传至云端

3.2 无线通信技术

Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等无线通信技术

无线模块的选择与配置

数据传输与安全

3.3 应用层服务

数据展示与可视化

远程监控与报警系统

自动化控制逻辑实现

第四部分：综合项目开发

4.1 项目需求分析

确定项目目标与范围

功能模块划分

技术选型与架构设计

4.2 代码实现与测试

模块化编程

单元测试与集成测试

调试与性能优化

4.3 应用发布与部署

应用打包与签名

云端部署与配置

用户手册编写

2、嵌入式开发实践

嵌入式开发实践课程旨在让学生掌握在特定操作系统上进行嵌入式开发的方法，从基础硬件的使用到高级功能的开发，全面覆盖整个开发流程。

1. 嵌入式开发基础

1.1 嵌入式系统概述

嵌入式系统的定义与特点

嵌入式系统在船舶中的应用实例

1.2 硬件平台介绍

微处理器（MCU）与微控制器（MPU）

常见嵌入式硬件平台（如ARM Cortex系列、STM32等）

开发板选择与硬件资源评估

1.3 操作系统与开发工具链

Linux、FreeRTOS等操作系统的特点

开发工具链的配置（如GCC、IDE、调试器等）

Bootloader与内核编译

2. 嵌入式系统开发入门

2.1 编程语言与工具

C/C++语言基础

Makefile与构建系统

版本控制工具（如Git）

2.2 硬件驱动开发

GPIO（通用输入输出）接口

UART（通用异步收发传输器）

SPI/I²C总线通信

2.3 文件系统与网络支持

文件系统挂载与使用

TCP/IP网络协议栈

DHCP、DNS等网络服务配置

3. 高级功能开发

3.1 实时操作系统特性

任务调度与优先级

中断处理与异常管理

线程同步与互斥锁

3.2 复杂外设驱动

ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）

PWM（脉宽调制）

模拟信号处理

3.3 网络应用开发

MQTT、CoAP等轻量级协议

WebSocket实现实时数据交换

安全通信与加密

4. 综合实践与项目开发

4.1 实践项目策划

需求分析与系统设计

功能模块划分与技术选型

项目进度安排与团队协作

4.2 代码实现与调试

模块化编程与代码组织

单元测试与集成测试

代码调试与错误排查

4.3 系统集成与优化

系统稳定性测试

性能分析与优化

用户界面设计与交互体验提升

3、IoT设备开发实战

IoT设备开发实战实训资源包详细讲解了如何在特定的平台上进行物联网设备的开发工作。从设备选型、硬件连接、软件开发到测试调试，每一个步骤都进行了详尽的阐述，确保学生能够真正动手实践，将理论知识转化为实际操作能力。通过这一部分的实训，学生将能够深入了解物联网设备的开发流程，掌握关键的开发技能，为日后在船舶或其他领域的物联网应用打下坚实的基础。同时，实训资源包还提供了丰富的案例分析和实战练习，帮助学生更好地理解和应用所学知识，提升解决实际问题的能力。

4、移动应用开发

移动应用开发实训资源包通过精心设计的多个项目实训，不仅详细讲解了物联网的基本原理与技术架构，更侧重于教授如何利用先进的开发工具与平台，实现物联网与智能设备的无缝对接与应用开发。学生们将在课程指导下，逐步掌握如何在移动设备端构建功能强大的物联网应用，这些应用能够远程监控船舶状态、分析数据、优化航行效率，甚至实现船舶的智能化管理。通过实践，学生将深入理解物联网与移动应用开发之间的内在联系，学会如何运用最新的技术手段，解决船舶运营中的实际问题。课程强调理论与实践的结合，鼓励学生在解决问题的过程中，不断尝试与创新，从而培养出既具备扎实理论基础，又拥有丰富实战经验的复合型人才。

二、智能船舱体验中心介绍

1、基本介绍

智能船舱体验中心利用先进的技术构建了一个模拟实景船舱的物联网智能体验中心，为学生提供了一个实际操作和体验智慧船舱系统的环境。该中心配备了一系列智能船舱设备，包括智能照明、温度控制、安全防护系统等，并配有传感器、执行器、嵌入式开发板、通信模块等硬件设施，以及网络设备如网络交换机、路由器、无线接入点等，还有相关的软件工具。该体验中心通过模拟真实的船舱环境，让学生能够进行智能船舱应用的开发、测试与调试。模拟环境不仅包括船舱布局，还包括海洋环境模拟，以增强体验的真实性。通过这一平台，学生可以系统地学习物联网智能船舱系统的设计、开发和维护，获得宝贵的实践经验。智能船舱体验中心提供了一个高度仿真的实训平台，让学生能够直观地体验和学习物联网技术在智能船舱中的应用，从而培养他们在这一领域的专业技能与创新能力。

2、系统构成

根据学校的场地、经费以及其他特殊要求进行工程设计。一般而言，完整的智能船舱系统包含船舱中央控制子系统、船舱环境感知子系统、船舱电器控制子系统、船舱安全监控子系统等部分。完整的智能船舱系统包含以下功能：

船舱网络：提供无线英特网接入服务，为智能船舱系统提供通信链路；

船舱安防：船舱安防可以实现非法入侵检测、火情监控、可燃气体泄漏监控等功能，当出现警情时主动发出报警信息，启动应急系统；

船舱照明：提供多种情景模式的智能船舱照明体验，智能控制光照度、光照时间等；

船舱电器控制：可控制船载电视、船载音响、船载电扇、门窗等；

船舱情景控制：可根据环境信息、安全监测、用户指令的多方面的信息，进行船舱全方位控制。

核心为智能船舱网关控制器，网关控制通过船载无线网络控制各种传感器、执行器智能节点，智能网关通过 Wi-Fi、以太网接入互联网，实现智能船舱的广域网访问和控制。

（1）智慧船舱控制中心

控制中心针对物联网多学科、多种技术融合简化编程、配置，可快速形成各类船舱场景模型。平台提供硬件、软件、web应用服务三大部分应用套件，配备Android、PC终端设备对展示中心进行控制，拥有Android操控App的"设备界面生成工具"，可直接以"可见即可得"的方式在此工具上生成智慧船舱所有的设备操作界面，支持指示灯、按键、图片集合、变量视窗、图文链接等五种可视化控件。所有控件的动作都可以直接反应到实际的物联设备（即无线节点模块）上。无线节点可以直接通过配套的PC配置工具进行功能配置，支持动态改变无线节点模块IO口的功能，功能包括按键接入、数字量接入、数字量输出、模拟量输入、PWM输出，应做到切换这些功能时，无需重新烧写无线节点固件。为保证教学实训需要，船舱硬件、节点模块提供硬件原理图及PCB图, Android实训APP提供源码供教学二次修改，C#应用开发提供源码及智慧船舱PC应用实例素材供教学二次修改。

（2）智慧船舶环境信息展示区套件

利用传感器等信息识别技术，通过无线传感网络实现室内环境信息的监测。

风速风向传感器：用于测量船舶所在位置的风速和风向，为航行决策提供重要依据。

温湿度传感器：监测船舶内部和周围环境的温度和湿度，确保船员和乘客的舒适度，同时也有助于货物的安全保存。

气压传感器：测量大气压力，结合其他气象数据，可以预测天气变化。

能见度传感器：在恶劣天气下，如雾、霾等情况下，提供能见度信息，帮助船舶采取安全措施。

GPS/北斗定位传感器：提供船舶的精确位置信息，是实现自主航行和导航的基础。

陀螺仪和加速度计：用于测量船舶的姿态（如俯仰、横滚和偏航角）和加速度，有助于实现船舶的稳定控制和精确导航。

水深传感器：通过测量船舶下方水的深度，帮助船舶避免触礁或搁浅。

水质传感器：监测海水的水质参数，如盐度、pH值、溶解氧等，对于海洋环境保护和科学研究具有重要意义。

可见光摄像头和红外摄像头：可以提供船舶周围环境的直观图像信息。

使用背投方案将环境信息以可视化方式进行展示。

（3）智慧船舱控制展示区套件

利用物联网通讯及控制等信息技术，通过无线传感网络实现电器之间的互动。展示区通过控制面板，可以实现对各电力分站的开关控制、电压电流监测以及故障报警等功能，以确保船舶电力系统的稳定运行和高效利用。包含对船舱通风系统的控制功能，包括送风、排风、温湿度调节等。通过智能控制，可以根据船舱内的环境状况自动调整通风参数，保持船舱内空气清新、温湿度适宜

（4）智慧船舱语音识别控制套件

利用物联网智能语音识别等信息技术，通过无线传感网络实现船舱电器设备之间的互动。包含背景音乐、遮阳帘、排风扇等多种电器。

（5）智慧船舱安防展示区套件

利用物联网通讯、控制及传感器信息技术，通过无线传感网络实现船舱安防设备的联动控制，报警控制。包含摄像头、门禁、指纹锁、门磁、应急灯等多种典型设备，通过手机或平板可现场体验。

（6）灯光控制展示区套件

利用物联网通讯、控制及传感器信息技术，通过传感器和智能控制系统，展示区可以实现船舱内照明的自动调节。根据光线强度、人员活动等因素，智能调节照明亮度和开关状态，既节约能源又提高舒适度。

通过智慧船舱物联平台，开发者可以迅速开发出基于物联网、远程访问、设备联动等功能的船载物联网产品，如空气监测仪、电气设备在线监测器等等，并随时实现不同设备间的联动。而这些开发过程，基于本系统的可视化开发工具，可以做到无编程实现应用。

（7）智慧商船背景展示套件

体验实训中心文化墙背景，富含中国船舶文化、海洋文化的科技元素。

3、软件系统

智能船舱体验系统是居于 Android 平台的，旨在为乘客提供便捷、舒适、安全的旅行环境，通过集成多种智能化技术和设备，提升乘客的整体体验。该系统一般包含以下几个方面的内容和功能：

1. 智能化控制系统

智能门锁与门禁：通过指纹识别、密码输入或手机APP远程控制等方式，实现船舱门锁的智能化管理，提高安全性和便利性。

智能照明与窗帘：根据乘客的喜好和外界光线变化，自动调节舱内照明亮度和窗帘开合程度，营造舒适的居住环境。

环境控制系统：包括温度、湿度、空气质量等环境参数的自动调节，确保舱内环境始终保持在最佳状态。

2. 娱乐与信息系统

智能电视与影音系统：提供高清电影、音乐等娱乐内容，支持在线点播和离线缓存，满足乘客的娱乐需求。

无线网络覆盖：为乘客提供高速、稳定的无线网络服务，支持手机、平板等设备的连接，方便乘客上网冲浪、处理工作事务。

信息交互终端：设置触摸屏或语音交互终端，提供船舶航行信息、天气预报、旅游攻略等实用信息，方便乘客随时查询和了解。

4、数字船舶应用

（1）船舶工业物联网综合管控平台

随着全球贸易的发展和航运行业的日益繁忙，船舶的运营和管理面临着更高的要求和挑战。传统上，船舶设备和系统之间的通信和数据交换相对独立，导致信息不流通、管理低效以及安全隐患等问题。物联网技术的出现为航运行业提供了新的解决方案。通过将船舶上的各种传感器、控制器和执行器连接到互联网，实现数据的采集、传输和分析，从而实现船舶设备之间的互联互通和数据的智能化管理。

基于智能网关的工业物联网船舶解决方案是将智能网关技术应用于船舶领域，实现船舶设备的互联互通和数据智能化管理。

工业边缘网关：构建在船舶上的智能网关设备，负责连接和管理船舶内的各种传感器、控制器和执行器。

传感器和执行器：船舶中安装的各种传感器（如温度、湿度、压力、位置等）和执行器（如电机、阀门等）。

通信协议：智能网关支持多种通信协议，如Wi-Fi、蓝牙、以太网等，用于与传感器和执行器进行通信。

数据存储和处理：智能网关可以对传感器采集到的数据进行存储和处理，如数据的压缩、加密、聚合等。

远程管理和监控：通过网络连接，智能网关可以与地面控制中心进行远程管理和监控，实时获取船舶状态数据。

船舶工业物联网综合管控平台应用场景包含

船舶健康监测：智能网关通过连接各种传感器，实时监测船舶的工作状态，如引擎温度、油压、船体姿态等，以便及时进行故障诊断和预防维护。

能源管理：智能网关可以连接到船舶上的能源系统，实现对电力消耗的监控和优化管理，提高能源利用效率并降低船舶运行成本。

安全监控与报警：通过智能网关与视频监控设备的连接，可以对船舶内外的安全状况进行实时监控，并在发生异常情况时发送报警信息给相关人员。

船舶位置和导航：利用智能网关连接地图系统，实时获取船舶的位置数据，为船舶的航行安全提供支持。

（2）船员大数据人脸识别系统

船员大数据人脸识别系统是一种利用人脸识别技术，结合大数据分析，对船员身份进行高效、准确识别的系统。该系统在船员管理、船舶安全、海事监管等方面发挥着重要作用。船员大数据人脸识别系统以人脸识别技术为核心，通过采集船员面部图像，与数据库中存储的船员信息进行比对，从而实现船员的快速身份验证。该系统融合了计算机图像处理技术、生物统计学原理以及大数据分析技术，具有高度的准确性和实时性。

人脸捕获：系统通过高清摄像头捕获船员面部图像，利用图像处理技术将人像从背景中分离出来。

特征提取：对捕获到的人脸图像进行特征提取，包括眼睛、鼻子、嘴巴等关键部位的位置和形状信息。

比对分析：将提取出的人脸特征与数据库中存储的船员信息进行比对分析，通过复杂的算法计算人脸的相似度。

身份验证：根据比对结果，系统快速判断船员身份是否合法，并给出相应的验证结果。

应用场景包含

船员管理：在船员上下船时进行身份验证，确保船员身份合法，防止无关人员混入。

船舶安全：在船舶重要区域设置人脸识别门禁系统，限制非授权人员进入，提高船舶安全性。

海事监管：海事部门可以利用船员大数据人脸识别系统对船员进行远程监管和调度，提高监管效率。

应急响应：在船舶发生紧急情况时，系统可以快速识别船员身份，为应急响应提供准确信息。

5、船员健康监测休闲体验

本区域将配备先进的物联网健康监测设备、舒适的休闲设施以及多样化的运动器材，为船舱人员打造一个集健康监测、休闲娱乐与体能锻炼为一体的综合性区域，通过科学、便捷的方式促进船员的身心健康。

健康监测区

血压监测站：设置自动血压计，船员可通过简单的操作即可获取自己的血压数据，并同步上传至个人健康档案。

血样检测站：配备便携式血糖仪及血脂检测仪等，为船员提供快速、准确的血样检测服务。船员可通过预约方式使用该服务，检测结果将作为健康评估的重要依据。

休闲放松区

低氧体验舱：基于间断性低氧技术研发，为船员提供适度缺氧环境，促进细胞感知和启动，提高有氧代谢能力和抗缺氧生理生化适应。舱内配备舒适的座椅和调节系统，确保体验过程的安全与舒适。

音乐放松区：设置隔音舱室，配备高品质音响设备，提供多种放松音乐供船员选择。船员可通过音乐放松身心，缓解工作压力。

阅读角：提供丰富的书籍和杂志，包括健康养生、心灵成长、航海知识等内容，为船员提供学习和休闲的场所。

体能锻炼区

运动单车：配备智能运动单车，可实时监测心率、速度、卡路里消耗等数据，为船员提供个性化的运动指导。同时，单车连接至虚拟骑行系统，让船员在锻炼的同时享受风景变换的乐趣。

力量训练区：提供哑铃、杠铃、拉力器等基础力量训练器材，满足不同船员的锻炼需求。区域设置专业教练指导，确保锻炼效果和安全。

通过科学布局和合理规划，为船舱人员打造了一个集健康监测、休闲娱乐与体能锻炼为一体的综合性区域。该区域不仅有助于提升船员的身心健康水平，还能增强船员的归属感和幸福感，为船舶的安全运营提供有力保障。