Big Data op zee: de mens moet centraal staan

Het is een veel gehoorde belofte: big data en machine learning gaan de wereld, dus ook de maritieme sector, ingrijpend veranderen. Wat houdt die belofte in en wat moet er nog gebeuren om hem in te lossen? “Techneuten zien de menselijke factor nog te vaak als een module die altijd hetzelfde reageert.”

29 december 2016

Blauwdruk 2050

Dit artikel verscheen eerder in , de maritieme wereld voorbij de horizon. Dit is een eenmalig verschenen magazine van het NISS over hoe de maritieme sector er in 2050 uitziet. Meer informatie vind je hier.

Big Data, machine learning, deep learning: de termen hebben betrekking op een werkelijkheid waarin computers enorme hoeveelheden data analyseren en op grond daarvan verbanden vinden die een mensenbrein boven de pet gaan. Nu al worden steeds meer apparaten voorzien van sensoren die hun meetwaarden via het internet doorgeven aan een computer. Samen vormen zij het internet of things, een netwerk van apparaten die ons leven gemakkelijker, veiliger, goedkoper of gezonder moeten maken.

Een machinekamer van een schip zit bijvoorbeeld vol sensoren die de staat van allerlei onderdelen doorgeven om te voorkomen dat de hele boel onherstelbaar vastloopt. “Alleen als er nu een alarm afgaat, klinken er vaak meteen vijftien alarmen tegelijk”, zegt onderzoeker Jelle Keuning van de TU Delft. “Het ene defect zorgt voor het andere, dus het is lastig te bepalen wat de oorzaak is en wat het gevolg. De verwachting is dat machine learning een sprong voorwaarts betekent.”

Roer overnemen

Machine learning houdt in dat een computersysteem intelligent genoeg is om een complex systeem te doorgronden, zelf conclusies te trekken en beslissingen te nemen. “Dat is nu nog een stap te ver”, zegt Keuning. “We zien een explosie van data, maar veel energie gaat nog zitten in het behapbaar maken van die gegevens. De overvloed aan data moet worden omgezet naar nuttige informatie, op grond waarvan de mens of een machine beslissingen neemt.”

In dat geval komt een van de meest veelbelovende toepassingen in beeld: predictive maintenance, het voorspellen wanneer het tijd is om zaken te repareren voordat ze echt kapot gaan. Dit bespaart kosten en vergroot de veiligheid. Dat geldt ook voor evidence based design, een ander gebied waar Big Data een grote rol gaat spelen. “Bij het ontwerp van producten kun je de kwaliteit verbeteren door allerlei gegevens te gebruiken over de omstandigheden waarin het product gaat functioneren”, legt Keuning uit. “Denk aan klimaat, zeecondities en allerlei andere omgevingsfactoren die van invloed zijn.”

Big Data en machine/deep learning zijn eveneens sleutelbegrippen als het gaat om autonoom varende schepen: pas als machines toegang hebben tot een breed scala aan omgevingsdata en hieraan de juiste conclusies verbinden, kunnen ze het roer overnemen.

Dat is niet alleen een kwestie van flink wat werkgeheugen en een groot aantal sensoren: voordat schepen autonoom de wereld over varen en schepen worden gerepareerd voordat ze stuk gaan, moeten er nog wel wat hobbels genomen worden. Dit zijn de vijf belangrijkste.

1.De computeranalyses moeten kloppen

Deep learning houdt in dat een computer, op basis van enorme hoeveelheden gegevens, verbanden vindt die de mens onmogelijk in korte tijd zelf kan uitvogelen. Op basis van die verbanden worden besluiten genomen die mogelijk grote gevolgen hebben. Het is dus belangrijk dat de computer de juiste analyse maakt, maar hoe kunnen we daar zeker van zijn?

“Een blind geloof in de computer is risicovol”, zegt Keuning hierover. “Dat er verbanden bestaan tussen gegevens, wil nog niet zeggen dat die verbanden causaal zijn. Stel, dat in een regio waar veel ooievaars voorkomen, ook veel kinderen worden geboren. Dat betekent niet dat die ooievaars zorgen voor kinderen. Hoe complexer de relaties zijn tussen allerlei data, des te lastiger is het te controleren of een advies hout snijdt.”

Een groene en blauwe achtergrond met binaire codenummers. — De data moeten deugen, voordat Big Data op zee een succes kan worden.
Wiki Commons, DARPA,CC-0

2. De data moeten deugen

Zelfs het meest ingenieuze computerprogramma wordt waardeloos wanneer de ingevoerde data niet kloppen. De temperatuur van de machinekamer, de diepte van het water, de trilling van een bepaald mechaniek: het wordt allemaal gemeten met sensoren die behoorlijk robuust moeten zijn temidden van (zout)water, wind en trillingen. “Die robuustheid is nog een issue”, zegt Keuning. “Zeker als er geen of weinig bemanning aan boord is op een schip.”

3. Toepassingen moeten overal werken

Fijn als een nieuwe app de rederij precies vertelt welke vaarroute op welk moment het beste is om op punt X te komen, maar wat als die app niet aansluit bij het computersysteem dat het schip toevallig heeft? Standaardisatie van soft- en hardware klinkt weliswaar een stuk minder spannend dan internet of things, maar is wel van groot belang voor de interoperabiliteit van de toepassingen. “Vergelijk het met programma’s die op sommige telefoons wel werken en op andere niet”, zegt Keuning. “Iedereen weet dat het belangrijk is om dit op te lossen, maar er zijn veel tegenstrijdige commerciële belangen die dit in de weg staan.”

4.Technologie moet veilig zijn

Hoe afhankelijker een schip wordt van data die worden verstuurd door de ether, des te kwetsbaarder het wordt voor onderschepping van die gegevens door derden. Wat als kwaadwillende hackers een schip onklaar maken, of erger nog, dingen laten doen die niet waren gepland? Cybersecurity is, ook op zee, een belangrijk onderwerp als het gaat om de toepassing van Big Data.

Zenden schepen straks massaal data uit naar elkaar en de wal? Voor het zover is, moeten nog vijf hobbel worden genomen. Dat stelt onderzoeker Jelle Keuning.
Ikar.us

5. De mens moet centraal staan

Naarmate machines intelligenter worden, zullen mens en machine meer een team moeten vormen waarvan de leden elkaar aanvullen. Om dat punt te bereiken, moet de mens bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën veel meer centraal komen te staan dan nu het geval is, waarschuwt Keuning. “De samenwerking tussen mensen en machines staat nog in de kinderschoenen. Momenteel wordt vaak eerst de techniek ontwikkeld en daarna pas gekeken naar de interactie met de mens. Techneuten zien de menselijke factor nog te vaak als een module die altijd hetzelfde reageert. Langzaamaan zien we nu een groeiende aandacht voor het gebruiksgemak van machines en robots.”

Goede kansen

Dat zijn nogal wat voorwaarden. De verwachtingen rondom big data en data science zullen in sommige gevallen dan ook te hooggespannen blijken, denkt Keuning. “De werkelijkheid haalt sommige beloften rondom big data en machine learning uiteindelijk in. Maar bepaalde trends die nu al zijn ingezet, zullen de maritieme sector zeker ingrijpend veranderen.”

Dat gebeurt stapje voor stapje. Predictive maintenance en evidence based design zijn al binnen enkele jaren mogelijk. De volgende stap, deep learning, laat langer op zich wachten. Mede daardoor zullen we autonome, geheel zelfstandig varende schepen volgens Keuning pas tegen 2050 op onze rivieren zien. Het op afstand besturen van schepen daarentegen is vermoedelijk over tien tot vijftien jaar al mogelijk.

Al deze ontwikkelingen bieden de Nederlandse maritieme industrie goede kansen. “Nederland is een innovatief land”, zegt Keuning. “Grote bedrijven als Thales, RH, Rexroth Bosch en Wartsila werken samen met allerlei midden- en kleinbedrijven en kennisinstellingen op het gebied van automatisering, ict, sensoren, cyber security enzovoorts. Die goede kennisinfrastructuur en die hechte samenwerkingsverbanden, gesteund door de overheid, hebben die positie bewerkstelligd.”

Satellieten voor Big Data op zee

Communicatie met het thuisfront was alleen mogelijk per briefpost. Michiel Meijer, begin jaren tachtig werkzaam als stuurman op een schip van Nedlloyd, kan het zich nog goed herinneren. “Sindsdien is er heel veel veranderd”, zegt Meijer, inmiddels senior director market management bij het bedrijf Inmarsat. “Eind jaren zeventig werd Inmarsat opgericht met veiligheid als doel: schepen konden via satellieten noodsignalen uitzenden naar het vasteland. Nu bieden we schepen ongelimiteerd internet op vrijwel elke plek op aarde voor een vaste prijs per maand.”

Dat is ook wel nodig, en niet alleen omdat de bemanning via Facebook, Skype en andere social media contact houdt met de achterblijvers. Allerlei toepassingen op het gebied van Big Data vragen om een betrouwbare internetverbinding. Om deze mogelijk te maken, gebruikt Inmarsat satellieten die op 36.000 kilometer hoogte signalen uitzenden en ontvangen. Via grondstations zijn ze verbonden met internet op het vasteland. Drie satellieten zijn voldoende om schepen vrijwel overal op aarde van internet te voorzien – met uitzondering van een stukje noord- en zuidpool. Een vierde satelliet dient ter reserve.

“De oceanen zijn te groot om internet op een andere manier aan te bieden”, legt Meijer uit. “Olieplatforms in de Noordzee zijn verbonden via een glasvezelverbinding, maar daar is het nog relatief ondiep. Je zou van elk schip een zendstation kunnen maken dat radiosignalen ontvangt en uitzendt, maar plannen op dat gebied zijn nooit van de grond gekomen vanwege de complexiteit van zo’n concept.”

Naar verwachting zal de benodigde bandbreedte van internet op zee de komende jaren snel toenemen. Dat komt met name door de verwachte groei in de wereldhandel, maar ook door toepassingen op gebied van milieu, smart shipping, internet of things en autonoom varen.

“Inmarsat is betrokken bij het Autonomous Vessel project van Rolls-Royce Maritime”, zegt Ron Vollenga, collega van Meijer. “In 2020 worden de eerste trials verwacht van een aantal autonoom varende commerciële schepen. Wij schatten dat de gigabyte-behoeffte over een jaar of vier acht keer groter zal zijn dan vandaag. We hebben de afgelopen jaren vijfde-generatiesatellieten gelanceerd die supersnel internet bieden aan zeeschepen. De berekende levensduur van een sonde is vijftien jaar, dus we zijn zijn nu al bezig met de ontwikkeling van de volgende generatie.”