浅谈AIS在海事管理中的应用.doc

个人论文1目录 摘要及关键词1一、AIS简介1 二、AIS的结构和功能 2 2.1、AIS的结构 2 2.1.1、船台设备22.1.2、岸台系统 3 2.2、AIS的功能 3三、AIS的技术性能和特点 4 3.1、AIS的操作性能及要求 4 3.2、AIS的无线（VHF）通讯要求 4 3.3、AIS 的接口技术要求 53.4、AIS初始化时间 5 3.5、AIS的信息通讯标准 5 3.5.1、 天线位置信息 5 3.5.2、船位及相关信息 5 3.6、AIS的通信协议 6 四、AIS在海事管理中的应用 7 4.1、AIS对航行安全的影响 7 4.2、AIS在海事管理中的作用8五、AIS的前景展望 9六、结语9参考文献 9浅谈AIS及其在海事管理中的应用 摘要： 结合调试工作实践，详细介绍了AIS的结构、功能和技术特点，并通过学习浅谈其在海事管理中的应用关键词： AIS技术 结构和功能 技术特点 海事管理Abstract: Combined with the practice of commissioning work, AIS introduced in detail the structure, functions and technical characteristics, and through study of its Marine ManagementKeywords: AIS technology Structure and function Technical features Marine Management一、 AIS简介现代船舶朝着大型化、高速化方向发展，船舶数量和水域交通密度及危险货物装载量不断增加，海损事故时有发生，严重威胁船舶航行安全和海洋生态环境。为了改变这种状况，自1992年起，国际海事组织（IMO）、国际航标协会（IALA）和国际电信联盟（ITU）等国际组织经过多次研究和讨论，基本确定了船舶自动识别系统（AIS Automatic Identification System）的概念、工作频率、系统构成、信息交换方式和系统性能标准。国际海事组织在国际海上人命安全公约（SOLAS公约）第五章船载航行系统和设备的配置中，增加了自动识别系统。具体规定了不同类型船舶的实施时间。随着AIS技术的不断发展，AIS在海事管理中的应用也不断扩展，其发挥的作用也不断增强。随着全球经济的发展、国家之间交流的频繁，航运业迎来了蓬勃发展的又一次高峰，航海技术的提高也越来越受到重视。上个世纪，VHF通信技术被广泛地应用于船舶通信；雷达、ARPA具有识别船舶的功能，但是由于自身的局限性而无法适应现代航运安全的需求；随着数字通信技术、计算机技术以及网络信息技术的飞速发展，AIS的技术基础已经搭建好，在航运界对助航设备的要求越来越高的情况下，船舶自动识别系统应运而生。 船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS)工作在海上VHF频段，运用SOTDMA方式发射船舶数据，具有补充现有船舶导航存在的缺陷，减少船舶碰撞事故；提高搜救船舶海上救助的速度；增强雷达、船舶交通管理系统VTS的功能。船舶自动识别系统（Automatic Identification System, 简称AIS系统）由岸基（基站）设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。船舶自动识别系统（AIS）由舰船飞机之敌我识别器发展而成，配合全球定位系统（GPS）将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频（VHF）频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。船 舶 类型AIS安装时限要求2002年7月1日后新造的300总吨以上的船舶和所有新造客船必须安装AIS设备2002年7月1日前建造的船舶国际航线客船和油轮2003年7月1日前安装50000总吨及以上船舶2004年7月1日前安装10000总吨-50000总吨的船舶2005年7月1日前安装3000总吨-10000总吨的船舶2006年7月1日前安装300总吨-3000总吨的船舶2007年7月1日前安装国内航线客船以及500总吨以上船舶2008年7月1日前安装 表一：规定要求配备AIS的具体时间表二、 AIS的结构和功能2.1、AIS的结构AIS系统主要由船台设备和岸台系统两部分组成。2.1.1、船台设备目前船台设备AIS系统的结构非常类似，下面以最为知名的瑞典SAAB公司生产的R4-AIS Shipborne Class A Transponder System为例简单介绍一下AIS的结构。 该系统主要由天线、transponder（收发机）、显示器、各信号接口、引水员插座（还包括引水员电源插座）等几大部分组成，详细如图所示。 图一： AIS组成结构图1、天线：AIS包括一根VHF（甚高频）天线和一个GPS天线。2、Transponder：Transponder和天线一起构成了AIS系统的收发功能，其和正常船用无线电VHF设备一样工作在VHF频段，当船用VHF设备工作在AIS的频段或接近该频段，都能够接收到其产生的周期性响应，但正常使用AIS时，尽量让频段尽可能远离VHF设备的工作频段，避免不必要的麻烦。一般外接24V应急电，AIS使用海事移动波段中的单工频道，工作频率有两个频道，Channel A=2087(161.975MHZ),Channel B=2088(162.025MHZ)，这两个频道非常接近岸对船海事通信的双工频道，所以VHF天线应尽可能远于无线电VHF设备的VHF天线，以免造成不必要的麻烦。VHF天线最好低于或高于无线电VHF天线并在垂直上也有一定空间，并远离干涉源。如：高压电、放射源和其他设备天线。Transponder还有一个GPS天线，在安装方面可参考VHF天线，同时现在船只一般都配有GPS系统，给AIS系统外送一个GPS信号，这样可防止本身GPS天线失灵而导致AIS无法工作。3、显示器：显示器如图一所示，用于显示别船信息，提供自船信息输入、功能设置、信号检查、收发消息等功能，并提供外接引水员插座。同样显示器需要外接24V应急电。4、各个接口：Transponder提供很多接口，其中包括引水员、电子海图、雷达、罗经、计程仪、GPS、报警等。2.1.2、岸台系统由一系列岸台联网而成。一个典型的岸台由VHF TDMA收发机、VHF DSC接收机、基站控制器（BSC）、网络设备、控制软件和应用软件组成。AIS基站收发机遵从ITU-RM.1371建议案AIS技术特性标准，可安装在VIS系统中或作为AIS沿海网络的核心单元。借助基站控制器（BSC），基站收发机可以相互连接实现对海岸线的覆盖。收发机还可配置为转发站。2.2、AIS的功能 AIS通过与GPS（全球定位系统）、罗经、电子海图、雷达以及其他船舶仪器的接口，采用数据打包的方式，以自控时分多制（SOTDMA,亦称自适应无线链路），用VHF的87、88频道在船-船、船-岸间互不干扰地自动发射或接收岸（船）的信息。其信息包括船舶标识MMIS（全球船舶唯一识别码，每一艘船舶从开始建造到船舶使用结束解体，给予一个全球唯一的MMSI码）。MMSI码适用于100总吨及以上的国际航行船舶。AIS中就是使用MMSI码来区分不同的船舶、船位、航速、航向、船首向等信息；报告次数按船舶状态不同分成2秒/次到3分/次等7种。IMO 已在新修正SOLAS第5章和第19条中规定了通用AIS的配备要求。该系统的配 置已于2002年7月1日起新造船舶开始强制执行，同时，对所有从事海上航行的船舶于2004年7月1日起强制装备，300总吨以上能够从事国际运输的船舶，500总吨及以上不从事国际航运的货船和所有客船，均需要安装AIS的设备。规则阐述AIS应有如下功能：1、自动向合适配备的岸台、其他船舶和航空器提供信息，包括船舶识别、类型、位置 、航向、航速、航行状态和其他与安全有关的信息；2、自动接收来自其他船舶的有关信息；3、识别船只、检测和跟踪船舶；4、与岸基设施交换数据；5、简化信息交流和提供其他辅助信息以避免碰撞发.三、 AIS的技术性能和特点AIS的主要技术特点是采用开放系统互连（OSI）的工作模式，能在所有区域自主和连续工作；由VTS中心指配工作模式；可以广播模式、受控模式进行数据传送。船台传送船舶的基本信息，岸台传送交管信息及其他船舶信息；相互无线通讯制式为SO/TDMA，频率为161.975MHz和162.025MHz，传输带宽为25KHz或12.5KHz；调制方式为GMSK；数据编码方式为NRZI（不归零倒置）；传输速率为9600b/s。任一岸台通信发信所需时间基本上规定为26.7毫秒(此称为时间槽 (Time Slot: TS)欲将此时间正确对准来发信收信时，各岸台必须要具备有非常精密的共同时间同步。因此于AIS内置GPS必须能发出10-6 秒/UTC的高精密度时间信息。此称之为独同步方式，是AIS硬件的特点所在。另外，船位和船速信息也利用GPS测量，因此若无GPS则AIS系统就能成。 3.1、AIS的操作性能及要求 1、主动、连续向他船或岸台自动发送本船的静态和动态信息。2、能接收特定的轮询呼叫，传输附加的安全信息，并进行处理。 3、能在航行中或锚定状态下连续运行。 4、船舶识别：应采用适当的海上移动服务实体号码（MMSI）。 5、静态信息：IMO号码、呼号和船名、船长与型宽、船舶类型、船上定位天线位置。6、动态信息：通用协调时、对地航向（COG）、对地航速（SOG）、航首向、转向率、航行状态。 7、与航程相关的信息：船舶吃水、危险物品。由船长自主决定的：目的地、估计到达时间、航行计划、人员数量（这些信息对船队管理有用）。8、信息更新速率：静态时每6分钟发送一次。动态时见下表：船舶航行状态报告更新时间抛锚船3分钟船速0 - 14节12秒船速0 - 14节且改变航向4秒船速14 - 23节6秒船速14 - 23节且改变航向2秒船速23节3秒船速23节且改变航向2秒3.2、AIS的无线（VHF）通讯要求 a) 通用工作频率：VHF87/88频道。AIS1：161.975MHz，AIS2:162.025MHz。 b) 工作频段：156.025 162.025MHz。 c) 频带宽度：25KHz或12.5KHz。 d) 发射功率：5W/25W（20海里有效）。 e) 工作模式：OSI（Open System Interconnection）。 f) 调制方式：GMSK/FM。 g) 数据编码方式：NRZI。 h) 传输数率：9.6Kbps。 i) 访问协议：TDMA。 j) 通讯规则：HDLC。 3.3、AIS 的接口技术要求 a) 通讯接口采用RS232、RS485/422标准。 b) 信息处理器与显示器采用IEC61162标准。 c) 电罗经接口采用NEMA - 0183格式。 d) GPS接口采用NEMA - 0813格式。 e) 计程仪设脉冲量/海里格式。 f) 重要设备信息的输入/输出，采用模/数转换方式，经RS232或RS485/422传输。3.4、AIS初始化时间上电开机后2分钟内正常工作。3.5、AIS的信息通讯标准AIS有22种基本信息，本文仅介绍几种最基本的信息标准。 3.5.1、 天线位置信息比特数比特字段距离/单位A90-8511米MaxB99-17 511米MaxC618-23 63米MaxD624-29 63米Max3.5.2、船位及相关信息 参 数 比特数说 明 信息识别码6信息1、2、3的识别符数据终端设备 1数据终端准备状态（0=可用；1=不可用）数据显示符1可发数据（0=无；1=有）用户识别码30 MMSI号码航行状态420=动力航行中；1=锚泊；2=未受令；3=机动性受限；4=受吃水限制；5=锚链系泊；6=搁浅；7=捕捞中；8=风帆动力航行；915为未来保留。转向率8以ROT(AIS)=4.733SQRT(ROT(IND)度/分钟编码，ROTIND为转向率（720度/分钟），以外部传感器显示。对地航速10以1/10节距为单位，1023=无；1022= 102.2节。船位精确度11=高精度（差分式）；0= 低精度。经度28在1/10000分钟内的经度（180，东= +，西= ） 纬度 27在1/10000分钟内的纬度（90，北= +，南= ） COG12在1/103时对地航线（03599）航向 9度数(0359)(511表示无效)时间标记6当报告时UTC秒(059)，或63当定位系统未运行备用 9没用通讯状态18比特数总计1683.6、AIS的通信协议AIS通信是在计算机间相互传输信息之系统，发收信双方的计算机必须连线通信，因此通信协议必须严格遵守才。通信协议的方法是采用开放型计算机间互联 (Open Computer Interconnected: OSI)的参考模式，是一种阶层化模式的记述方法，内容如下表所示：应用层信息类别:：连续船位信息、船名、航海信息、安全管信息、通信管信息通信文ID:：规定22种网络层1、 通信塞车的控制2、船位通报率控制、连续船位通报率、暂增船位通报率、减少船位通报率、指定通报率资料连接层1、 LME层：存取控制协议：SOTDMA、ITDMA、RATDMA、FATDMA运用模式：a)自律连续模式:TS自动取得发信模式，利用SOTDMA取得连续船位通报、船名及航海通报/利用ITDMA取得暂增船位通报、减少船位通报b)分派模式：利用FATDMA（VTS用途等）指定TS的发信模式c)随机模式：利用RATDMA不定时使用一个TS来发信2、 DLS层：Bucket Format规定、HDLC根据、省略控制滤波器3、MAC层：TDMA同步/SLOT取得方法，1 Frame=1分/2250 slot实体层VHF频道：A/B，频宽：12.5/25KHZ，输出功率：125W变频方式：FM-GMS式，传送速度：9600bps，无扰波偷听（scramble），无前方位误差控制（FEC）四、 AIS在海事管理中的应用AIS能加强了船舶间避免碰撞的措施，增强了ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，在电子海图上显示所有船舶可视化的航向、航线、船名等信息，改进了海事通信的功能，提供了一种与通过AIS识别的船舶进行语音和文本通信的方法，增强了船舶的全局意识，使航海界进人了数字时代。AIS的基本功能是为了实现船舶的自动识别，减少和避免船舶之间的碰撞。目前这一功能发挥的比较好。此外，AIS还有一些其他功能也在发挥作用，特别是在海事监管和搜寻救助中发挥的作用比较明显。4.1、AIS对航行安全的影响AIS的出现给航海人员带来了航行的便利，使用它航海人员可以很方便地识别目标船舶的船名、航速、航向等等一些静态的和动态的参数，方便了船舶之间的通信联系，提高了通信连接的成功率。1、AIS对航行水域环境的影响灯标、浮标等航标容易受到水流的影响产生移位或者漂浮，船舶在进出港口或者能见不良的情况下通过狭水道都需要他们的帮助。一旦不在原来的位置就很可能给船舶带事故，比如船舶的搁浅、触礁等。但是这些航标是否移位，有的时候不能被及时发现者及改正，船舶也不能及时地得到通知。如果在AIS系统情况下仍需要现行的实物标，只要在现行灯标体上安置1台AIS设备就能解决。当灯标发生移位时，移位了灯标上的AIS设备就能把移动了的位置报告出来并报警，这对航行安全是非常有益的可以有效地减少因为看错灯标或者定位错误而产生的事故率。2、AIS对VTS的影响我国内河船舶监控系统中应用最广泛的是VTS（Vessel Traffic Service System）。VTS是通过岸基雷达搜集目标信号，能显示船舶的航向、航速，经纬度，是目前内河海事主管机关用于船舶监控的主要手段，但VTS最大的缺点是不能直接识别目标，VTS中心的显示屏上可以看到通过岸基雷达接受到船舶的回波（目标），工作人员需要通过VHF直接询问、VHF通话加 VHF测向、VHF短消息等手段来获得该船的船名并对该目标进行标识。经标识过目标其标识会始终跟随船舶（目标）航行，直到船舶（目标）驶离VTS区域。为获得船名并在显示屏上确认其位置，VHF与船舶通话是相当平凡的。进人VTS中心机房，”正横某某灯浮的船舶船名是什么？”请报船名。”请行驶到报告线后再报船名。”等VHF通信叫喊声叫个不停，叫喊声已经成了VTS中心的一大特色，通过VHF确认船名和位置的工作花费了VTS中心中心人员的相当大的精力，AIS实施以后对VTS的影响是相当大的。可以说AIS是对VTS有效补充。对VTS来说，可扩大VTS的工作范围，可提高VTS精度，船舶的识别从无到完善，可提高VTS工作人员的工作效率。3AIS对航行警（通）告的影响现行的部分航行警（通）告的内容，如超大型船舶的长距离拖带、沉船等将会被全AIS系统的船舶告知方法所取代。目前超大型船舶的长距离拖带的特殊性和何时出发何时到达（经过）某地等可能需要他船进行协助避让的事项发布航行警告以便接收到航行警告的船舶可估计相遇时间从而主动协助避让。4AIS对海事调查的影响AIS设备在没有岸站的情况下同样可以自成系统，显示周边船舶的航行动态。开阔水的船舶相对比较少，由于AIS系统有把最近的一艘船舶作为主要对象船，并将起主数据显示在显示屏上，显示目的是便于船舶之间的避让和相互沟通。万一避让不当，成两船发生避碰事故时，由于对方船的数据自动保存在AIS系统中，双方的动态一二楚，事故的责任自然7很容易判别。即使有一方有意篡改，想要逃避责任是徒劳的。然AIS的出现可以弥补船舶在航行中的一些不足之处，但是我们不能认为有了AIS船就可以得到足够多的和足够准确的航行信息，航行就绝对的安全了。因为有些船舶没有配备AIS设备，比如军舰、游船、渔船以及某些岸基站台等等，即使配备了此备的船舶，如果船长认为AIS的连续开启会危及船舶安全的话也可能会将它关闭。4.2、AIS在海事管理中的作用 中国航运科技界一直十分关注AIS的发展，中国海事局和上海海事局在推进AIS在中国航运界的应用中作了大量的工作，在2000年专门组织了一批专家、学者研讨AIS相关事宜，组织编写出版了国际航标信息杂志AIS专刊。2000年8月组织瑞典厂商Saab在上海海事局演示AIS功能。2000年11月美国洛克希德马丁公司来上海介绍该公司在美国和土耳其承担的AIS网络工程。2001年4月在大连召开了“中国沿海船舶自动识别系统（AIS）应用技术研讨会”。 为促进国际海事组织（IMO）关于船载航行系统增加船舶自动识别系统AIS的规定在中国的实施，大连海大航运科技有限公司以自行研制的电子海图导航平台为核心，以C-map电子海图为基础（支持符合S-57国际标准电子海图显示），配备瑞典Saab公司生产的AIS设备，集成开发出新一代具有自主知识产权的船用AIS导航系统。并在海洋岛和棒棰岛轮上进行了一周的实船测试，获得了预期效果。该系统完全满足IMO制定的标准要求，已于2001年6月通过中国船级社（CCS）检验，并获得CCS的船用产品证书。根据交通部海事局“十一五计划”，我国将建成覆盖沿海的AIS网络。由于AIS网络用的是IP协议，这就使得AIS网络与现有的信息网的基础设施集成时显得非常灵活。系统可以安装成Internet或使用Internet，还可以安装基于Internet的虚拟专用网（VPN），从而构成了以全部船舶AIS为基础，以AIS监控中心为核心，以海事AIS网络为纽带，成为中国海事信息网的重要组成部分，为实现海事管理的现代化提供了重要条件。AIS对船舶的航行安全起着重大作用，拓宽了海事管辖范围，也将改变海上交通管理体系，协调周边海事管理服务。AIS的技术特点对船舶的航行安全和船舶的航行管理及海事管理能提供积极和有效的辅助作用，这种作用无论在开阔水域还是限制水域都可得到充分发挥。船载AIS设备和岸上AIS基站都可对航行过程和区域内的船舶动态变化情况实施自动记录，并可用软件进行快速回放，这一功能对海事处理和教育培训是十分有益的。 海事AIS网将成为中国海事信息系统的重要组成部分，AIS信息是有很强的地理空间特性和时间空间特性的交通信息，为交通管理和交通组织提供了宝贵的信息资源。 保障船舶安全减少海难事故。发达国家研究AIS是为了防止船舶碰撞。经过实验证明和国际航海专家的论证，AIS确实是海上船舶会遇、交流操船意图、沟通避碰措施、自主改善避碰的船载设备，是减少船舶海滩事故的保障措施。 AIS除了经常报告航行数据外，还经常或按查询要求插入船舶和航次的信息，AIS便成了船舶报告制的一种设备。 AIS拓宽了海事管辖海域，提高了协调能力。我国早期建设的VTS已有近20年的历史了，设备普遍陈旧，维修困难，逐渐不能适应当前航运事业发展和监督管理的要求，有些台站已开始改建、扩建或更新。在应用AIS后，VTS得到新的船舶传感器，VTS与AIS的结合有利于强化VTS的功能，发挥船舶自身安全航行的职责，进一步加强对覆盖水域船舶交通的管理。但是，我国几乎所有的VTS中心全套设备从国外引进，现有VTS软件是封闭的，系统进行软件、硬件升级相当困难。而AIS可以弥补这些问题，而且建设费用可以大量降低，就是在新建VTS时，对设雷达站与AIS基站方案比选时，也可降低雷达站的建设费用，改造和完善现有的VTS。海事AIS基站在我国沿海、长江和珠江等水域的逐步建成，通过AIS网络，可以对沿海等主要航线的船舶进行交通管理，充分运用AIS的监督和管理手段，实施交通安全统一管理和交通组织以提高船舶通航效率；同时，它提高了对船舶污染海域肇事船的判断准确性，对船舶遇险搜救更加直接，扩大了船舶交通管理体系和周边协调管理的力度。五、AIS的前景展望