AIS船舶自动识别系统

1、AIS船舶自动识别系统简介AIS成立于1994年，是当前信息系统领域最顶级的全球纯学术专业的组织，现有来自 90多个国家和地区全球会员4000多名。AIS统一地以 MIS学科世界代理人身份在国际学术界出现，大大提高了MIS学科在世界学术界的声誉及影响力。AIS也开始较为独立地研究创立MIS学科核心标准课程。在与其它MIS学科有关的学术团体，如 ACM AITP和IFIP合作的基础上， 经过三四年的踏实工作，于 1997年推出了由 MIS学科自身学术团体为主创 立的MIS标准核心课程方案，为世界各主要大学的MIS专业所采纳使用。AIS系统一、概念AIS 系统是船舶自动识别系统（ Automati

2、c Identification System）的简称，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。目前AIS 已发展成通用自动识别系统（UAIS）。二、功能AIS的正

3、确使用有助于加强海上生命安全、提高航行的安全性和效率，以及对海洋环境的保护。AIS的功能有：1、识别船只；2、协助追踪目标；3、简化信息交流；4、提供其它辅助信息以避免碰撞发生。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，使航海界进入 了数字时代。三、起因通过岸基雷达搜集目标信号的船舶港口交通管理系统 被称为VTS,通过船基雷达搜集目标信号并显示自标的航向、航速以及能模拟避碰的雷达被 称为A

4、RPA避碰雷达。二十世纪七、八十年代，是VTS ARPA雷达长足发展的黄金时期，几乎全球的所有的港口都安装了VTS,全部的远航船舶都安装了 ARPA雷达。从1978年到1999年的21年间，我国就建造了 20个不同规 模、不同类型的 VTS站（不包括台湾）。VTS ARPA雷达比以前的同类产品 的性能的确提高了一大步，一时被人们用”完美无缺”来形容。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

5、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，对 VTS的功能是一个削弱。随着航海事业的发展和人们航海通 信导航仪器的要求提高，VTS和ARPA雷达无法直接标识目标的问题就突出了。四、问题在VTS和ARPA雷达上直接标识目标（AIS）需要解决的问题有：高精 度的定位手段、 船舶全球唯一的编码 MMSI码、自控时分多址联接 （SO

6、TDM） 的技术、电子海图等。这些技术难题已全部解决。高精度的定位手段及全 球卫星定位系统（民用 GPS的定位已经可以保证优于10m的精度（实测可达3m精度）。符合了 AIS的定位要求。船舶全球的唯一编码 MMSI码又叫船舶识别号。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。IMO于1987年就通过推广应用MMSI码的决议。SOTDMA自控时分多址联接）技术是通过数据打包链接的技术。AIS技术标准规定：每分钟划分为4500个时间段。每个时间段可发布一条不长于256比特的讯息，长于 256比特的讯息需增加时间段。每条船舶会通过询问（自动）选择一个与他船不发生冲突的时间

7、段和对应的时间段来发布本船 的讯息。在统一的 VHF的频道上，AIS范围内任何船舶都能自行互不干扰地 发送报告和接受全部船舶（岸站）的报告，这就是SOTDM 的技术核心。AIS系统（在同一区域）能同时容纳200 300艘船舶，当系统超载的情况下，只有距离很远的目标才会被放弃，以保证作为AIS船对船运行主要对象的近距离目标的优先权。在实际操作中，系统的容量是不受限制的，可同时 为很多船只提供服务。在实施SOTDM中，需要2个AIS专用的VHF频道，已有有关组织向国际电联申请并获得批准。电子海图显示与信息系统（ECDIS）是现代航海的一项新技术，它在保障航行安全和提高航行工作效率方面发挥着显著的作

8、用。ECDIS不仅只是在计算机上显示电子海图，而是为驾驶员集成了各种相关航行信息的实时 航行监控与显示系统。ECDIS能自动地实时计算本船与陆地、海图上的物标、目的地或潜在的危险物的相对位置，可以说将航海安全技术提升到了一个 全新的高度。五、报告5.1、报告种类报告种类很多，主要有：船位报告、基地台报告、信道管理等十三种，报告的长度比特数（两进制的数字）从 168比特到1192比特不等。船位报 告中包含：信息识别码（6比特）；用户识别码（30比特，MMSI码）；航 行状态（2比特，0=在航行中；仁锚泊；2=未受指令；3=灵活性受限制）； 经度（28比特，1/10000度，±1 80度

9、，东为+,西为-,最小单位0.1852 米）；纬度（27比特，1/10000度，±90,北为+,南为-）等字段。总共 用168比特表示。5.2、船舶报报告频率船位报告的频率为：船型：报告频率锚泊船：3分钟/次0-14节航速的航船：12秒/次航速为0-14节并且在改变航向的航船：4秒/次14-23节航速的航船：6秒/次航速为14-23节并且在改变航向的航船：2秒/次超过23节航速的航船：3秒/次航速超过23节并且在改变航向的航船：2秒/次船舶静态信息及与航程有关的信息，每6分钟更新一次或按要求（自动反应，无须用户操作）更新。六、DSC先于AIS系统的是数字选呼性呼叫（ DSC，其基本方

10、法是在VHF 70频道上以DSC方式自动发出询问信息，接收到询问的船只以同样的频道将 本船的基本信息发送回询问方。DSC询问采用广播的方式，通过信息中的地址码判断询问的对象，被询问的船才会回应，其余船只不响应。该系统已 经利用了数字式自动传输技术，并将船舶的位置信息与电子海图结合起来， 对船位等已能显示。尽管DSC系统与原先的产品相比，优点非常突出，但是IMO还是认为过早地定标对科技发展不利，DSC技术仍有发展的可能。1996年9月，在IMO NAV42次会议上，各成员国在DSC和AIS系统的选择问题上进行了深入的讨论。考虑到未来的通信，决定采用更加先进的AIS系统。七、要求国际海事组织规定安

11、装自动识别系统（AIS）的具体要求 所有300总吨及以上的国际航行船舶，和500总吨及以上的非国际航行船舶，以及所有客船，应按如下要求配备一台自动识别系统（AIS）:在2002年7月1日之前建造的国际航行船舶：客船不迟于2003年7月1日；液货船不迟于 2003年7月1日以后的第一个船检日；除客船和液 货船外的50，000总吨及以上的船舶，不迟于 2004年7月1日；除客船和 液货船外的10，000总吨及以上但小于 50，000总吨的船舶，不迟于 2005 年7月1日；除客船和液货船外的3，000总吨及以上但小于 10，000总吨的船舶，不迟于2006年7月1日；除客船和液货船外的300总吨及

12、以上但小于3,000总吨的船舶，不迟于 2007年7月1日。八、影响自从VTS中船舶识别问题被重视和AIS的观点被提出，国际海事组织对船舶识别和 AIS的讨论、研究、论证、极限测试、定标、推广等方面的 工作研究从未间断过。每年都要召开多次AIS方面的会议并做出相应的决定。国际海事组织安全委员还成立了专门的AIS小组，统一协调 AIS工作和进程。AIS方面的研究是一项巨大的工程，其讨论、研究、论证、极限测试、 定标、推广等方面的工作需要参与国际海事组织的各成员国合作参与，有 的测试、定标等工作的部分费用由国际海事组织支付的，没有我国参与这 方面工作的报道。查阅有关的会议文件，我国曾派员参加了有关

13、会议，但很少有参与船舶自动识别系统讨论和发表论文。我国对AIS方面的研究是处在相当贫乏的位置。8.1、AIS、VDR ECDIS 的关系船舶自动识别系统(AIS )、船载航行数据记录仪(VDR、电子海图和信息系统(ECDIS是各自独立的系统，但又是紧密联系的。船舶自动识别系统、船载航行数据记录仪获得的数据需要在电子海图和信息系统上显 示；船舶自动识别系统和船载航行数据记录仪能互相引证其数据的准确性， 其标准需要一致，所以国际海事组织把ECDIS、AIS、VDR放在一起研究、计论和定标。AIS、VDR两者有着不可替代的互补功能。AIS的船舶能实时获取周边安装使用 AIS船舶的船名、呼号、船长、货

14、物种类等船舶静态数 据，和航向、航速、位置、相对距离等船舶航行动态数据；VDR能在事故后保存记录数据并恢复和再现这些数据，对事件的还原准确程度和对事故原 因分析提供原始数据的程度是传统的方法无法比拟的。8.2、AIS实施以后对船舶避碰的影响AIS系统在没有岸站的情况下同样会自成系统，显示周边船舶的航行动态。开阔水域的船舶相对比较少，由于AIS系统有把最近的一艘船舶作为主要对象船，并将其主要数据显示在显示屏上的功能。很自然，AIS系统会把对方船的主要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。就是万一避让不当，造成两船发生碰撞事故时，由于对方船的 数据自动保存在 AIS系统中，

15、现场就可抓紧时间确认碰撞事实和了解损失 情况等，不必象以前那样先要询问对方船名，船公司名称等基本数据。在 了解事故情况和调查阶段，由于AIS系统会把对方船的航行数据自动保存的功能，双方的动态一清二楚，事故的责任自然很容易判别。就是有一方 有意篡改也是徒劳的。8.3、AIS实施以后对 VTS ARPA的影响AIS实施以后对 VTS ARPA的影响是相当大的，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作 人员的工作效率。VTS工作人员使用 VHF通信叫喊声不断的状况一去不复返 了，VHF通信叫喊声再也不是 VTS中心的特色了。 AIS实施以后

16、 VTS为航海 保障会起到更好和应有的作用。对ARPA来说，AIS实施以后在识别目标和协助船舶避让方面会有长足的进步，对减少碰撞事故会起到很好的作用。AIS也不是万能的，对一些没有安装 AIS的小型船舶，AIS无法发现。 关于“ AIS无法发现小型船舶”一事，可在 AIS实行一段时间后，通过推广 小型船舶安装价格便宜简易 AIS设备来解决。8.4、AIS实施以后对航标的影响航槽的开挖是一项大投入的工程。航槽的设计，一般是在满足安全要 求的前提下，开挖的越乍越经济。为了让船舶看清航槽的位置，航槽两侧 需要设置航标。由于航标设在流动的水中，受水流的影响漂移半径在1030米左右。为了达到同样的安全系

17、数，航槽只好相应加宽。在AIS系统情况下就不同了，电子航标的位置是不受水流的影响而移动的，在同样的安全 系数的情况下，可以降低对航槽开挖宽度的要求。从而降低航槽建设成本。灯浮是容易漂移的航标，一但漂移，容易造成船舶的搁浅。在AIS系统下可完全改变这一状况。由于AIS状态下的电子航标是不会移位的，因灯浮漂移而造成船舶搁浅的因素也就不成立，部分搁浅事故也就可以避免。 如果在AIS系统情况下仍需要现行的实物航标的话，只要在现行灯标体上 安置一台AIS设备就能解决。当灯标发生移位时，移位了的灯标上的AIS设备就能把移动了的位置报告出来并报警，对航行安全是非常有好处的。目前沉船标的设置需要审批，周期比较

18、长，沉船标显示的讯息如左侧 标，独立碍航标等内容也比较少。在AIS系统情况下，每一艘船舶都可以使用短消息等手段发布沉船消息，在船舶沉没到沉船标抛设期间，船管理 部门可以设电子沉船标，电子沉船标不仅可以包含一个具体坐标位置，不 仅包含如左侧标、独立碍航标等简单信息，还可以包含一个具体的警告区 域（面积）并备注有相关信息和危急等级的综合信息。当因潮流等因素沉 船移位需要移动沉船标时，现行的沉船标移位需要人力物力，而在AIS系统情况下只要轻轻点击鼠标就能完成对沉船标移位。8.5、AIS实施以后对航行警告航行通告的影响现行的部分航行警告航行通告的内容，如超大型船舶的长距离拖带、 沉船等将会被全新的 A

19、IS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，除了航行许可的审批外，还须要对超大型船舶长距离拖带的 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，以便接收到该航行警告的船舶可估计相遇时间从而 主动协助避让。AIS实施以后，超大型船舶的长距离拖带的航行警告将被 AIS标识有超大型船舶特殊信号的显示界面所取代，根据需要，这种超大型 船舶特殊信号接近到一定的距离时可被设置为报警，提醒操纵者重视，其 效果要远比现行发布航行警告要好许多。象大风警报，抢险救助等方面的 航行警告，肯定会于现行的做法有较大的区别，其结果会大大提高工作效 率和便于用户。九、

20、应用船舶自动识别系统受外界自然因素干扰少，它在船舶导航、避碰、船 舶通信、船岸通信、海上搜救、海事调查等方面发挥独特而重要的作用。航行于开阔水域的船舶不用VHF无线电话的通话便可自动获得来往船舶的各类信息；航行于限制水域的船舶不仅可自动获得其他船舶的信息，而且通过 VTS的广播获得各类航行信息和港口信息。这样可在最大程度上人为防止船舶碰撞和各类海难事故的发生，为航运界带来了前所未有的安全感。现 代国际航运为了降低营运成本，正朝船舶大型化、高速化和全自动化的方向发展，为保证船舶航行安全和保护海洋生态环境需要船舶自动识别系统。 船舶自动识别系统还可以改变航运企业的经营和管理方法，在船舶自动识 别系

21、统应用方面 BLM-Shippi ng已经把船队管理、船舶定位与追踪和航次管 理集成到一个平台上，把航运企业推向电子商务时代，大大提高航运企业 的管理效率和服务水平。AIS告警指示信号AIS (Alarm In dicati on Sig nal)告警指示信号，常见于电信设备上的红色指示信号。在计算机网络仿真里面也用到这种特殊模式的信号。在TDMt匕特流里，他的出现表示上游 AC出现中断。在 E1，T1和E3,他是一定长度的全1序列，这是一个不可知结构。在T3他是以帧的形式出现，只能被可知结构的NSP处理AIS应用与发展AIS在VTS中的应用1) 增强船舶的识别能力。对本船船位、本船航向、本船

22、对地航速等数据，雷达获得的是历史航迹的平均值，AIS获得的是瞬时数据，因此， AIS精度高于雷达精度。雷达只能获得船舶的动态信息，当两船交叉会遇或船 舶密度较大的区域经常出现标号交换或跟踪丢失现象；而AIS传输的信息不仅包括船舶的动态信息，而且还有静态信息，数据丢失现象几乎不存在。2) 提高动态跟踪能力，扩大跟踪范围。AIS数据能被其他的 AIS台站、转发台接收，在 VHF无线通信频率的最大接收范围内接收船舶的信息，跟踪精度高。GPS/DGPS®供的船位数据精度小于5 m，使跟踪分辨率、精度大幅度提高，跟踪矢量稳定时间短。雷达数据处理延时约20个天线扫描周期时，大约1.5 min，而

23、米用AIS信息跟踪，可直接获取目标的动态数据予 以标识，无稳定时间，跟踪可靠性高。传送数据不受气象、海况影响，用 国际专用频道、SOTM/技术信息交换，可显著提高跟踪的可靠性。3) 融合并补充VTS功能。船用导航设备雷达 /自动雷达标绘仪 ARPA(automatic radar p lotti ng aid)提供的信息量非常有限，不能识别他船与操船意图，尤其在狭水道、航道弯曲处、岛屿的后面、船舶密度大的 水域以及遭遇恶劣气象、海况环境时，自动跟踪功能存在误跟踪、丢失目 标情况，甚至不能探测到目标，而且随着观测距离增加，对目标的测量精 度与分辨率均会下降。由于AIS采用VHF波段作无线通信链路

24、，其抗海浪和雨雪干扰的能力优于普通雷达，捕获和跟踪目标的能力更为有效，AIS的通信链路能保持良好连接，可以弥补雷达在恶劣天气条件下无能为力的缺 陷。雷达电波只能直线传播，当船舶被其他船舶或高大物体遮掩时，就形 成了雷达的盲区，AIS也可以弥补雷达这方面的缺陷。4) 基于AIS的VTS性价比优良。由于 AIS具有良好的遥控性能，一个 控制站台可以遥控多个基站，通过少量控制站和大量的基站就可以覆盖广 泛的区域，而 AIS基站的投资相对于雷达站成本低得多。在交通密度低的 港口，装备AIS的船舶可在没有岸台情况下自身形成“无人 VTS ;在繁忙 的港口，AIS将减少VTS操作员的工作量并使他们在交通管理、信息服务和 其他任务方面提高工作效率。AIS应用于水文气象信息的实时发布将水文气象信息的格式预先在国际航标协会IALA ( in ternatio nalassociatio n o