邮轮客舱智能调光控制方案

陶志超 杨 瑜 王 露

（中船邮轮科技发展有限公司 上海 200137）

0 引 言

邮轮不同于货运或工程类船舶，其主要用途是服务于乘客的休闲和娱乐，而邮轮内部环境舒适度是吸引客流并产生经济价值的重要因素，因此以餐饮与客舱为代表的基础功能区的舒适性设计一直是邮轮关注的重点。照明作为影响乘客视觉舒适性的关键因素，对其进行优化设计十分必要。因此，国内相关科研机构已经开始研究使用无线网络调光和自适应控制技术对邮轮餐饮区域的照明场景进行智能控制[1]，最终实现以乘客需求为导向的舒适性照明配光，方案切实可行且效果显著。而相对于餐饮区域，针对体量更大的客舱区域照明舒适性的研究将更具现实意义。

客舱是邮轮最基础的功能主体，而照明又是影响客舱内部光环境的主要因素，舒适的光照环境对人的情绪具有积极引导作用[2]。因此，科学合理的客舱照明配光设计对提升乘客的航程愉悦体验至关重要。关于邮轮客舱内部光环境舒适性的设计优化，国内已经开展了相关研究。哈尔滨工程大学在其科研项目成果“邮轮居住环境的智能化设计应用”中，就提到了“环境去适应人”的设计理念，即通过统一的智能控制方案，同步地控制所有舱室内部的布局、光、色彩、温湿度等环境要素，从而提升乘客居住体验[3]。然而，由于邮轮中的“乘客”是存在群体多样性特点的研究对象，同一种照明配光对于不同年龄的人群会产生不同的光学生物效应[4]，因此仅依靠统一的照明控制标准将难以满足所有乘客的实际需求。

郝洛西等[5]研究发现：不同年龄段的客户群体对于舒适照明的需求不同，涉及到照明的色温、色彩、亮度等光学因素。但目前一些大型邮轮的客舱仍采用常规的单色温且亮度不可调节的照明设备，这种缺少技术创新的传统照明设计根本无法满足不同客户群体对光环境的多样化需求，也难以顺应邮轮新兴市场的发展。

为改进该现状，部分新的邮轮项目在客舱内部已逐步采用就地手动调光的设计，但实际情况是：部分乘客并不清楚如何找到最适合自己的光学配置（色温/亮度/色彩组合），缺少群体调光需求分析和大概率事件统计结果作为调光参照，乘客舱室之间彼此信息隔离的随机调光操作无法使调光照明发挥其最佳效果。

为此，本文运用网络化数据采集和数据分析的方法，在现有发光二极管（light emitting diode,LED）照明的网络调光技术基础上，设计了1 种邮轮客舱智能调光方案。该方案通过网络数据库技术对客户群体细致分类，并持续性且周期性地采集和统计分析不同客户群体的调光行为数据，从而在每个运行周期结束后得到客户群体最新的大概率调光需求参照，然后在下个运行周期由网络调光平台为不同客户群体智能地分配最新调光设定。

1 邮轮客舱智能调光控制方案系统架构

1.1 客舱单元内部调光设备的组成及工作原理

为满足乘客多样化的照明需求，邮轮客舱配置了可调光LED 主照明设备、LED 氛围照明设备、通信转换控制单元和舱内调光面板，如图1 所示，其中的主照明用于提供环境视觉照明。

图1 客舱调光照明设备组成及调光效果示例

李薇等[6]研究认为：影响主照明视觉舒适性的主要因素是光源色温参数与亮度参数的组合，故主照明应选取色温和亮度分别可调的LED 光源；氛围照明用于背景色调的烘托和满足个性化需求，故选取色彩和亮度分别可调的RGB 彩色灯带；通信转换控制单元负责同船舶网络调光平台交互通信，并实现调光主控网络协议与客舱调光总线的通信转换，是调光信号上传下达的枢纽；舱内调光面板用于手动和自动调光的切换，以及在手动模式下调节舱内照明色温、色彩和亮度。作为网络扩展的关键部件，通信转换控制模块将舱室单元的调光系统整合至全船调光网络，其工作原理如图2 所示。

图2 通信转换控制模块工作原理简图

舱室照明在“自动调光”模式下，通信转换控制模块实时接收船舶网络调光平台本周期最新发布的智能调光设定；然后将网络TCP/IP 通信协议的调光指令转换为照明设备专用的DALI 总线调光信号后，转发至舱室内部的可调光LED 照明设备；最后由LED 照明设备执行调光指令[7]。另外，通信转换控制模块还会在“手动调光”模式下接收并转发舱内调光面板的手动调光指令，使舱室照明在接收网络调光平台智能调光的基础上，仍然可以根据乘客喜好进行个性化手动调光；同时，该通信转换控制模块将当前手动调光后的最终修正状态反馈至船舶网络调光平台，为下一周期智能调光参照的优化提供参考样本。

1.2 全船智能调光网络平台的组成及工作原理

全船智能调光网络平台的组成如下页图3 所示，设备编号同图1。船舶网络服务器②通过乘客信息登记系统④采集乘客基本信息，同时它还通过网络交换机③实时采集每个乘客舱室的当前调光状态。全船网络调光路径采用CAT-6A 电缆以确保调光指令高速稳定地传输，重要的网络设备①至③分别由不间断电源UPS 供电，确保应急状态下系统运行的连续性与可靠性。

图3 全船智能调光网络平台示意图

在本方案中，每个舱室内部的通信转换控制模块⑤都被赋予唯一的IP 地址，且该IP 地址在调光网络数据库中与舱室门房号为映射关联，而乘客信息登记系统④所录信息中已经包含每个乘客入住的房间号，因此通过房间号的中间关联作用，智能分析主控单元①通过船舶网络服务器②，便可准确获得乘客群体与其舱室调光控制的对应关系，然后用于客舱调光状态分类采集以及调光指令的精准发布。

上述调光网络平台中，智能分析主控单元①作为核心功能单元，它的具体运作机制如后页图4所示。主控单元①通过网络服务器②收集乘客及调光状态的信息，这些信息经网络协议读取转换模块⑬进入数据采集模块⑫，经过一段采集周期后，数据采集模块⑫将相关数据分类整理和储存后供给数据分析模块⑪进行数据分析。该分析进程将结合所有乘客的群体特征信息与其舱室对应的调光状态信息，通过数学运算和概率统计，即可得到每个特征群体对调光偏好的典型参照。该分类统计结果可以在下个航次开始时，通过控制指令发生模块⑭转化为网络传送数据（IP 地址+调光信息），借助网络交换机③准确地传送至每个客舱，如下页图4 所示。

图4 智能分析主控单元功能原理图

2 邮轮客舱智能化调光控制策略

自主实现目标是智能控制的基本特征[8]。“如何获得准确的‘目标’，从而使自主调光效果与乘客需求高度一致”，是本次智能调光方案研究的重点。为此，本方案采用群体大概率事件提取的数学方法，在线采集大量乘客群体的手动调光数据，通过数据分析得出不同乘客群体的典型调光偏好，以此作为智能调光控制的目标参照。

2.1 乘客群体调光数据采集和分类

在智能分析主控单元内部，调光数据采集和分类将基于邮轮实际运营特点进行。据《2023—2028年中国邮轮旅游行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》整理的数据，中国旅客邮轮出游的情况可分为如图5 所示的四大类。可见，中国旅客邮轮出游类型主要为父母（中老年）游和亲子游，占比分别为56%和30%。

图5 中国旅客邮轮出游类型比例示意图

数据分类采集时，乘客群体类别理论上可以基于这四大类型再进行年龄段细致划分。然而现实是仅依靠邮轮乘客信息登记系统无法准确判断所有乘客的出游类型，只有亲子游类型可借助未成年人信息关联来进行程序逻辑判断。不过，亲子游类型因同住客舱内的旅客年龄跨度较大，故调光需求有一定的特殊性，采集数据时需单独考虑。以乘客年龄信息为基础的特征群体分类将按照表1 进行。

表1 乘客特征群体种类划分表

由于亲子游类型群体重点考虑未成年人对照明调光舒适性的需求，因此只对未成年的年龄段进行划分来形成独立的几类特征群体。图5 涉及的其他三大类由于一般不存在较大年龄跨度，故可直接合并为“其他类型”并按照年龄段划分特征群体；而“其他类型”乘客在实际特征群体归类时，则按照对应客舱内几位乘客的平均年龄执行。

数据采集和分类的方式如下页表2 所示。以邮轮的1 个航程为例，连续N天采集某乘客群体所对应舱室（样本1 ～n）在旅行期间对主照明和氛围照明的调光工作状态，这些信息能够真实反映某乘客群体对舱室照明色温、色彩和亮度的普遍需求，是乘客对光学需求的群体画像，它将为数据分析环节提供最可靠的数据基础。

表2 乘客住舱某航程调光需求数据采样表

在数据采集和分类的过程中，入住客舱的乘客群体将根据不同年龄段的组合（如亲子团体）进行特征分类，或由邮轮运营方自定义分类标准；数据库将按群体特征分类标准筛选出各群体对应的舱室调光样本1 ～n，在1 个航程周期内采集所有样本对于各光学参数的调光需求；然后将它们作为乘客特征群体的调光事件集合存储入库。以某特征群体对应的主照明光学参数调节状态为例，其2 个关联参数“色温”和“亮度”在数据分类采集后的可视化效果如图6 所示。

图6 某特征群体调光数据分类采集可视化示意图

2.2 乘客群体调光数据处理与分析

由于调光照明的出光状态是由2 个关联参数（色温与亮度，或色彩与亮度）的组合来体现的，为准确统计关联事件的密度特征，需要建立联合密度分布模型[10]。本方案将采用联合分布函数进行分析，其表达式如式（1）所示：

以主照明的关联参数色温与亮度为例，在式（1）中：Pr{·}为主照明调光事件概率，X为亮度参数的离散随机变量，Y为色温参数的离散随机变量；模拟输入典型统计学离散事件数据后，经软件建模运算处理，可以得到如图7 所示的联合概率密度函数图像。

图7 某乘客特征群体主照明调光事件联合密度函数图像

该三维函数图像沿着x轴方向取截面投影，可以观察到某色温状态下亮度调节事件的概率分布图；以此类推，沿着y轴方向取截面投影，可以观察到某亮度状态下色温调节事件的概率分布图；而沿着z 轴方向俯视投影则可以观察到联合事件的大概率区间，即主照明调光事件高密度区间α。

结合上文所述，通过数据分析环节得到的主照明调光事件高密度区间α，对应的即某乘客特征群体对主照明的大概率调光偏好。以此类推，氛围照明调光事件高密度区间β也可按上述方法获得，所有特征群体的调光偏好也皆可按此方法在数据分析环节运算后提取，而这些运算结果将为船舶网络调光平台智能化控制提供可靠的目标参照数据。

3 邮轮客舱智能调光控制逻辑

在智能分析主控单元内部完成数据分析环节后，下一步进入控制指令发生环节，该环节通过预设的调光控制逻辑，对每个邮轮客舱进行按需分配的调光控制。指令发生环节的运行原理如图8 所示。客舱配光设定为初始基准），按客户群体分别生成相匹配的调光指令，全船实现在线智能调光控制。在航行过程中，通过网络平台采集1 个航次周期内所有不同客户群体手动调光的状态信息（如表1 所示）；然后当航程结束后，再次统计和分析出不同客户群体在本次航程的最新调光偏好区间，修正和更新上个航次获取的调光参照数据，并且在下个航次采用当前最新的调光参照。如此反复迭代，使全船住舱照明状态不断趋向各类乘客群体的最准确需求，使智能调光具有递进式优化调光的能力。

图8 全船客舱调光指令生成示意图

在船舶网络调光平台中，乘客登记信息包含乘客基本信息及其入住的房间号信息，在网络平台数据库中房间号信息与该房间内部的控制模块IP 地址已经关联，因此乘客基本信息与客舱控制模块IP 通过房间号这个中间媒介产生间接关联。在调光平台主控单元内运行智能调光程序的过程中，乘客基本信息首先经过特征群体归类，然后按群体类别调用最新的群体调光目标参照（高密度区间α和β），将匹配的调光指令通过IP 寻址的方式发送至该乘客所关联的客舱控制模块中，最后由客舱调光照明设备执行调光指令。

为了更精确地匹配乘客的调光需求，控制程序需选取事件高密度区间α和β的峰值作为控制目标。但是，作为指令最终执行单元的调光照明设备因受限于固有调光精度，导致其调光特性通常为非连续性[11]。如上页图7 所示的侧视截面图，色温和亮度参数都是阶梯状的档位区间，因此智能调光控制指令生成过程将考虑照明设备精度，在典型参照区间α和β内由控制程序选择最靠近峰值的最小档位区间作为智能控制的目标参照。

在技术方案中，邮轮客舱智能调光的整个程序控制逻辑流程如图9 所示。在新的航次开始时，调光程序结合乘客登记信息和当前最新的调光参照数据（新船首次航行的调光参照数据以传统通用的

图9 智能调光控制程序逻辑流程图

4 邮轮智能调光方案的优势

本文研究的邮轮智能调光方案采用了网络自动调光与客舱手动调光相结合的技术途径，运用群体数据分析结果为参照，以按需分配的控制原则和周期性更新优化的控制逻辑实现客舱照明的智能化控制，其主要优势如下：

11月21日，德州市十八届人大常委会第十六次会议举行联组会议，对德州市获得地方立法权后出台的首部实体性法规——《德州市城乡容貌和环境卫生管理条例》实施情况进行专题询问。联组会上，常委会委员和列席会议的省、市人大代表组成“考官团”，直击民生热点，向城管、交警、规划、交通等部门主要负责人提出了一系列群众普遍关注的问题。

（1）控制灵活

客舱照明可选择手动或自动调节，充分满足乘客个性化调光需求；

（2）控制精准

网络自动调光以客户群体真实需求为参照，控制结果能够精准匹配各类乘客实际需求；

（3）适用性强

在本方案中群体数据分析产生的调光参照系是以航程为周期不断迭代更新，可以不断趋向于各乘客群体动态的调光需求，这种与时俱进的特点使其具有极强的适应性。

上述优势能够使邮轮客舱照明实现乘客个性化和多样化的需求，可以充分提升各类乘客群体在旅途中的视觉愉悦体验，从而使邮轮更具有市场竞争优势。

5 结 语

本文针对当前邮轮客舱传统照明无法进一步提升光环境舒适性的问题，设计了1 种邮轮客舱智能调光控制方案。该方案通过群体数据持续采样和数据分析统计的方法将乘客的真实调光需求转化为智能调光控制目标，使智能调光效果与乘客需求精准匹配，从而弥补了客舱传统照明配置在满足乘客多样性需求方面的不足，最终达到提升客舱舒适性的目的。与此同时，该智能调光方案所特有的递进式迭代更新的控制逻辑，使该智能控制系统能够不断适应乘客调光偏好群体性的变化,故具有较佳的长期适用性。此外，该方案“以人为本，按需分配”的控制方法，对于邮轮舱室舒适性的发展起到了积极推动作用，具有广泛的应用和推广价值。