AIS应用的研究与综述

1、第 15卷第 3期 广州航海高等专科学校学报Vol . 15 No . 32007年 12月JOURNAL OF G UANGZ HOU MAR I TI M E COLLEGEDec . 2007文章编号 :1009-8526(2007 03-0012-04A I S 应用的研究与综述刘传润(广州航海高等专科学校 航海系 , 广东 广州 510725摘 要 :船舶自动识别系统 A I S 在 VHF 频道上能够提供船舶的动态信息和静态信息 , 预测准确的 相遇点 , 自动识别航道的船只 , 及时接收其他船转航向 、 船向及航速的资料 , 并通过数据链作短信息 传输 , 为船舶的航行安全和航行

2、管理提供一种新型的十分有效的手段 . 关键词 :船舶自动识别系统 (A I S ; 船舶交通管理 (VTS ; 应用 ; 避碰 ; 航标 中图分类号 :U644. 8 文献标识码 :A 收稿日期 :2007-07-06 作者简介 :刘传润 (1973- , 讲师 , 主要从事航海通信导航的教学与研究 . 船舶自动识别系统 A I S (on syste m I O (I nternati on 2alMariti m e O rganizati on 规定强制安装在船舶上的航行设备 . 国际电信联盟 I T U (I nternati onal Telecom 2municati on Uni

3、 on 在海上 VHF 频段分配给 A I S 2个 频 道 即 CH87B (A I Sl, 161. 975MHz 和 CH88B (A I S2, 162. 025MHz . A I S 在这 2个频道上以自组织时分多址 S OT DMA (self 2organized T DMA 为核心 技术交替地发射船舶的静态信息 、 动态信息 、 与航行 相关信息和与安全相关的短电文 , 同时接收他船发 出的信息1. A I S 可以用于水上交通联络和指挥的船与船 、 船与岸以及岸与船之间的通信导航 、 监控 ,还可用于船舶交通管理 VTS (vessel traffic syste m 和 海

4、上搜救 .1 A I S 的基本性能1998年 5月 , 国际海事组织 I M O 第 69届海安会以 MSC . 74(69 号决议通过的 通用船载自动识 别系统 (A I S 性能标准 规定了 A I S 的基本性能 .1. 1 A I S 的适用范围船舶对船舶 , 以避免碰撞 ; 对于沿岸国 , 获得船 舶和装载货物的信息 ; 作为 VTS 的工具 , 加强船舶 的交通管理 . 自主模式 :适用于所有水域 ; 设定模式 :适用于主管当局监视的水域 ; 查询或受控模式 :在船舶或主 管当局询问时发送数据 .1. 3 A I S 对航运界的影响A I S 是一种船上改善避碰效果的方法 ; A

5、 I S 是一种不用雷达即可使 VTS 获得交通状态的方法 ; A I S 是一种制定船舶报告计划的方法 .1. 4 A I S 的主要特点1 自主运行 , 无需人工监控 . 系统在无人工介入的情况下 , 主动连续地向配备 A I S 的岸台和船台 传输信息 2.2 提供实时动态信息 , 信息量大 . 船载的 A I S 接收机可接收到周围船舶的实时动态信息 , 接收的 信息在电子海图显示与信息系统 ECD I S (electr oni 2cal chart dis p lay and inf or mati on syste m 或 VTS 中心 屏幕显示出来 , 信息量大 .3 信息精度

6、高 . 以适当的更新速率提供船位和 操纵信息以便主管当局和其他船舶精确跟踪和监视 船舶动态 . 对优先级的和有关安全的呼叫以最快的 速率确定 .4 信息来源可靠 、 误差小 , 没有“ 误跟踪 ” 、 “ 丢 失率高 ” 的问题. 第 3期 刘传润 :A I S 应用的研究与综述 132 A I S 在应用领域的分析2. 1 A I S 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 、 本船对地航速等数据 , 雷达获得的是历史航迹的 平均值 , A I S 获得的是瞬时数据 , 因此 , A I S 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

7、 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 A I S 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 . A I S 数 据能被其他的 A I S 台站 、 转发台接收 , 在 VHF 无线 , 精度高 . GPS/DGPS, ,短 . , 大 约 1. 5m in, A I S 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 、 S OT MA 技术信息交换 , 可显著提高跟踪的可靠性 . 3

8、 融合并补充 VTS 功能 . 船用导航设备雷达 /自动雷达标绘仪 ARP A (aut omatic radar p l otting 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 A I S 采用 VHF 波段作无线通信 链路 , 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 , A I S 的通信

9、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 , A I S 也可以弥补雷达这方面的缺陷 .4 基于 A I S 的 VTS 性价比优良 . 由于 A I S 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 A I S 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 A I S 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 , A I S 将 减少 VTS 操

10、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 3. 2. 2 A I S 在船舶自动避碰中的作用长期以来 , 人们对船舶自动避碰研究的基本思 路是基于存储由雷达检测的相遇船动态数据 、 避碰 规则 、 船长经验 、 专家分析 、 本船与来船操纵性 、 运动 状态等知识库的基础上的 ; 然后 , 再根据分析相遇船 和本船运动状态 , 查询知识库并得到避碰方案 , 或由 推理机将相关数据 、 信息有机地综合成专家系统 , 经 过学习 、 推理 , 自动给出避碰方案 4. 但是 , 一个完 备的自动避碰系统缺乏发送 (或接收 本船 (或他 船 的避让操船意图 , 并对其作

11、出相应处理的能力 , 始终影响着系统的实用功能 .A I S 的使用给船舶间避碰信息提供了新手段 , 、 . 通 A S , 甚至可获5.2. 3 方便航行警告及通告的设置与发布 对于航行警告和航行通告来说 , 除气象因素外 , 一方面是灯标的移位 、 变化 , 新出现的航行障碍物 (如沉船等 ; 另一方面就是特大型船舶的行驶 、 拖 带 , 两者均具有非常强的时效性 . 航标管理部门可以 把 A I S 安装在固定或漂浮的助航设备上 , 利用 A I S 收发信息监视或控制助航设备的运行 . 在船舶弃船 到沉没期间 , 管理部门可以设电子沉船标 . 电子沉船 标不仅包含一个具体坐标位置 ,

12、还包含一个具体的 警告区域 , 并备注有相关信息和危急等级的综合信 息 ; 超大型船舶的长距离拖带的航行警告将被 A I S 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 , 其效果远比 现行发布航行警告好许多 .2. 4 船位报告更加准确 、 快捷广播式 A I S 可自动 、 连续发送船舶航行信息或 按查询要求插入船舶和航次信息 , 经无线到有线通 信网 , 送入报告站 , 再转送入计算中心 , 计算中心按 系统需求将所有船舶按规定时间 、 周期及所需的信 息建立数据库 , 并结合拥有的船舶静态数

13、据 、 电子海 图及气象数据等 , 按用户要求进行分析 、 处理 , 为搜 救部门提供船舶信息及搜救决策服务信息 , 为各船 公司提供转发服务 .2. 5 A I S 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 I A LA (internati onal ass ociati on of marine aids t o navi 214 广 州 航 海 高 等 专 科 学 校 学 报 第 15卷 gati on ligthouse authouities 进行登记 , 就能实现国际 性应用 . 水文气象信息一般包括风速的平均值 、 风 向 、 水位 、 水温 、 气

14、温 、 不同浓度的流速与流向 、 潮汐 信息等 .2. 6 基于 A I S 的航标遥测遥控系统A I S 航标遥测遥控系统由自动化航标设备及 A I S 应答器 2部分构成 , 与现行的航标遥测遥控系 统相比有以下几个优点 :无需申请遥测遥控频道而 直接使用 A I S 国际专门频道 CH87B 、 CH88B 传输数 据 ; 可以省却专用的通信网络建设 , 只需配置航标设 备和 A I S 应答器 ; A I S 的开放系统互联工作模式使 其能够方便地接入 I nternet, 使航标主管部门通过互 联网来监测 、 管理航标设施 ; 航标信息同样可以实现 类似于 “ 船 -船 ” 工作模式

15、的应用 ; A I S 还可作为虚 拟航标应用 .施的虚拟化 , . A 、短 、 功能强大 .2. 7 A I S 数据的监控与存档VTS 中心对每条船舶自动广播的 A I S 数据可以 快速全面地记录 、 重放和存档 ; 同时 , 利用记录数据 中的船舶标识 、 位置和装载的货物信息加强对那些 可能造成污染的船舶监控 , 并且当污染事故发生时 也有可能迅速展开评估和调查 , 实现对海洋污染的 控制 .2. 8 促进港口信息组网A I S 的岸基站可采用多站布局 , 力求无缝覆盖 沿岸海域 , 构成完整的沿岸网 . 由于 A I S 网络使用 I P 协议 , 因而使 A I S 网络与现行

16、的信息网可以灵活 联接 , 系统可装成或使用 I nternet, 还可装成基于 I n 2 ternet 的虚拟专用网 6-7. 这一切都使得 A I S 海岸网 的组网能力十分强大 , 容错性能好 , 安全性高 ; 同时 , A I S 使用的硬件平台和软件系统均为通用产品 , 又 降低了 A I S 海岸网的建网成本 .A I S 信息网可以在船舶进入港口之前将船舶抵 港信息传给船公司 、 港务部门及物流部门 . 通过 A I S 信息网 , 船舶调度部门可以掌握船舶的进出港状态 , 运输业务部门可以掌握船舶装载的货物类型 、 集装 箱和旅客的情况 . 从而安排进港船舶的交通秩序 , 安

17、 排码头作业 、 货物或集装箱的综合物流运输链 . A I S 信息的网络化 , 将促进形成海上物流跟踪系统 , 减少 船舶在港时间 , 缩短航班周期 , 加快货运速度和提高 航运效率 . 2. 9 A I S 信息安全的保证网络管理器实现 A I S 在整个安全信息服务系统 中的作用 . 其主要安全技术包括身份认证 、 访问控 制 、 内容安全等 . 身份认证采取口令认证的形式 , 是 海事网络最常用的一种认证方式 . 访问控制的主要 任务是保证网络资源和应用系统不被非法使用和访 问 , 采用的安全技术是防火墙 ; A I S 信息的保护主要 通过加密和防病毒 2种方式实现 .3 A IS

18、应用需要研究的问题3. 1 信息不融合的问题按照 , 从事国际运 1I 和 2A. 在雨 、 雾和各类 船舶如果同时使用 2台雷达 , 由于其 天线的位置和目标船舶的相对关系以及无线电波的 波长不同 , 在 ECD I S 上就会出现对同一船舶的 2个 回波 , 再加上 A I S 信息 , 显示器上就会出现 3个不同 的回波 . 其次 , 同一船舶的 ARP A 和 A I S 的数据来源 和处理方式不同 (对地运动和对水运动 、 历史数据 和实时数据 , 所以通过雷达 /ARPA 和 A I S 获得的 目标船的运动参数是不同的 . 第三 , 由于来自同一船 舶的 A I S 信息和雷达

19、/ARPA 信息是通过相互独立 的 2种传感器系统获得的 . 如果 A I S 信息与雷达 / ARP A 信息在时间上是同步的 , 且 2种信息之间没 有误差 , 则 2种信息是一致的 , 由 2种信息获得的船 舶位置和航迹也是重合的 . 但由于 A I S 信息与雷达 信息在时间上无法保证同步 , 且 2种信息之间存在 误差 , 使得来自同一目标的 A I S 信息和雷达信息不 能一致 , 从 2种信息获得的船舶位置和航迹也不能 重合 . 为此要研究 A I S 信息与雷达信息的融合 . 3. 2 研究的内容与意义利用 VTS 中雷达 、 自动雷达标绘仪 ARP A 业已 成熟的导航原理

20、, 分析两者在信息来源 、 采集方式 、 处理方式和显示方式的异同点 , 从而研究 A I S 和雷 达 /ARPA 显示的同一目标的信息能否趋于一致 , 即 两者获取的船舶位置 、 航速 、 航向能否趋于重合 , 也 就是说两者哪一个能更真实地反映目标的信息 , 终 端就显示哪个的信息 .A I S 与雷达 /ARPA 信息融合研究的内容包括 :研究 A I S 信息与 VTS 的雷达 /ARPA 信息融合的可 行性 ; 研究信息融合的指标体系 ; 建立适用于信息融 合的模式或预测模型 ; 研究并建立融合的算法及其 第 3期 刘传润 :A I S 应用的研究与综述 15指标体系 ; 建立融合

21、效果的论证方案 . 信息融合研究 的意义包括 :便于对目标的识别 . A I S 信息和雷达 / ARP A 信息融合后综合显示有利于对目标的精确判 断 ; 融合的信息显示在同一终端上有利于对目标的 探测 、 跟踪 , 并可直接看出目标的大小 、 船位和运行 航迹等 ; 为海上交通信息安全与控制作科学可靠性 研究 ; 可望取得较好的经济效益和社会效益 .4 结论A I S 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

22、;其他船舶的信息 , 而且通过,.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 A I S . A I S 还可以改 变航运企业的经营和管理方法 , 把现代物流管理融 入现代航运管理 , 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 .参考文献 :1 代彦波 . 船舶自动识别系统及关键技术的研究 M.黑龙江 :哈尔滨工程大学出版社 , 2006:12-13.2 郑道昌 , 周江华 . A I S 的主要功能及其使用技术分析 J .航海技术 , 2002(1 :32-33.3 商春宇

23、. A I S 基站组网技术与应用领域的研究 M.辽 宁 :大连海事大学出版社 , 2006:-32.4A M.辽宁 : 26. A S J .中国 (1 :42-44.6 陶立敏 , 许昌如 . 自动识别系统 (A I S 基站的组网研究 J .航海技术 , 2004(4 ; 31-32.7 刘桂云 , 舒海平 , 胡云平 . 港口 A I S 网络的构造 J .水 运工程 , 2004(4 :37-39.O VERV I E W O N A I S APPLOCAT IO N RESEARCHL IU Chuan 2run(Depart m ent of Navigati on, Guangzhou Mariti m e College, Guangzhou Guangdong510725