船舶交通管理系統(tǒng)VTS5(130910)

1、船舶交通管理電子系統(tǒng)(第五章) 第五章第五章 AIS子系統(tǒng)子系統(tǒng)5.1 概述概述一、一、AIS（Auto Identification System）的作用）的作用和功能和功能1、作用、作用為船舶安全航行和避碰提供必要的信息。2、功能、功能1）可在無(wú)需人工介入的情況下，主動(dòng)連續(xù)地向具有適當(dāng)配備的主管當(dāng)局的岸臺(tái)和其他船舶（飛機(jī)）提供與安全有關(guān)的信息。2）能接收、處理船位、航向、航速等傳感信息，自動(dòng)接收來(lái)自具有相同配備的船舶、管理當(dāng)局及其他來(lái)源的上述信息。4）以適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶蜁r(shí)隙與其他AIS臺(tái)交換數(shù)據(jù)。6）具有設(shè)備自檢功能（BITE）。7）系統(tǒng)提供國(guó)際海事標(biāo)準(zhǔn)界面，并有輸入和輸出數(shù)據(jù)的接口。3）

2、以適當(dāng)?shù)母滤俾侍峁┐缓筒倏v信息以便于管理當(dāng)局和其他船舶精確跟蹤和監(jiān)視船舶動(dòng)態(tài)。5）具有準(zhǔn)確的定時(shí)功能。二、二、AIS的發(fā)展過(guò)程的發(fā)展過(guò)程1992年： IALA向IMO, ITU提議使用DSC應(yīng)答器系統(tǒng).并以ITU-R M.825號(hào)建議內(nèi)容作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。19941995年： 瑞典、芬蘭首次提出“無(wú)線電AIS”的概念。1995.7：瑞典芬蘭聯(lián)合在IMO NAV41會(huì)議上首次提出將自組織時(shí)分多址技術(shù)（SOTDMA）應(yīng)用于船舶間和船岸間海上轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的建議（草）提案。1996.12：IMO MSC67會(huì)議，同意將廣播式信息交換方案引入AIS。1997：IMO NAV43會(huì)議通過(guò)通用船載AIS性能標(biāo)

3、準(zhǔn)建議草案 1997.6：IMO MSC68會(huì)議，制定通報(bào)容量大的AIS性能標(biāo)準(zhǔn)。1997.10：ITU-R大會(huì)審議M.825號(hào)建議修正案，用AIS擴(kuò)大 VTS信息，增加VTS用高速AIS的技術(shù)特性提案。1998.5：IMO MSC69會(huì)議采納了AIS性能標(biāo)準(zhǔn)草案。1998.7：IMO NAV44會(huì)議建議2002年起300總噸及以上新船和客輪必須安裝AIS. 1998：ITU-R通過(guò)全球AIS專用兩個(gè)VHF頻道：CH 87B f=161.975MHz； CH 88B f=162.025MHz，從而滿足了AIS需求的頻率條件。1998.11：ITU-R通過(guò)“在VHF海上移動(dòng)頻段上使用時(shí)分多址的船

4、用自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的技術(shù)特性”建議案ITU-R M.1371。1999：IMO NAV45次會(huì)議通過(guò)AIS強(qiáng)制性安裝決定： 2000.5：IMO MSC會(huì)議未通過(guò)上述強(qiáng)制性安裝AIS的議案。2000.12：IMO MSC73會(huì)議通過(guò)AIS強(qiáng)制性安裝議案。1、分類、分類AIS可分為移動(dòng)站和固定站兩大類?？煞譃橐苿?dòng)站和固定站兩大類。移動(dòng)站包括移動(dòng)站包括：1)完全符合完全符合IMO規(guī)范的規(guī)范的A類船載類船載AIS（Shipborn Class A AIS）;2)不完全符合不完全符合IMO規(guī)范的規(guī)范的B類船載類船載AIS（Shipborn Class B AIS）;3)裝備在搜救飛機(jī)上的機(jī)載搜救

5、裝備在搜救飛機(jī)上的機(jī)載搜救AIS（Airborn Class B AIS）。）。三、三、AIS的基本構(gòu)成和工作模式固定站包括：固定站包括：1) AIS基站；基站；2) AIS單工轉(zhuǎn)發(fā)站；單工轉(zhuǎn)發(fā)站；3) AIS雙工轉(zhuǎn)發(fā)站；雙工轉(zhuǎn)發(fā)站；4) 裝在航標(biāo)上的航標(biāo)裝在航標(biāo)上的航標(biāo)AIS。基站一般不獨(dú)立工作，而是采用聯(lián)網(wǎng)工作方式?；疽话悴华?dú)立工作，而是采用聯(lián)網(wǎng)工作方式。CPUVHF-TXVHF-RXVHF-RXVHF-RXGNSS-RXBITE報(bào)警最小顯示器和鍵盤船首向設(shè)備測(cè)速裝置 GNSS-RX轉(zhuǎn)向率AIS圖像顯示器AIS2、移動(dòng)站基本構(gòu)成、移動(dòng)站基本構(gòu)成2、主要參數(shù)、主要參數(shù) 1）工作頻道）工作頻

6、道 ASI1-87B（161.975MHz） ASI2-88B（162.025MHz） 基于DSC：CH70（156.525MHz） 區(qū)域性規(guī)定頻道2）信道帶寬 25KHz或12.5KHz3）編碼形式）編碼形式 NRZI(非歸零翻轉(zhuǎn))編碼4）調(diào)試方式 高斯最小移頻鍵控（GMSK）5）數(shù)據(jù)發(fā)射比特率 9600b/s5010-66）發(fā)射穩(wěn)定時(shí)間 1ms7）發(fā)射功率 25W3、通信工作模式、通信工作模式 （1）自組織“船對(duì)船”工作模式； （2）自組織“船對(duì)岸” 工作模式； （3）自組織“船對(duì)船”和“船對(duì)岸”獨(dú)立或并行工作模式； （4）DSC。AIS岸臺(tái)（岸臺(tái)）GPS衛(wèi)星定位，定時(shí)AIS信息VTS海事

7、管理物流管理AIS岸臺(tái)網(wǎng)4、操作模式、操作模式 1）自主模式）自主模式 自己決定發(fā)射時(shí)間表，且主動(dòng)解決與其他電臺(tái)間的時(shí)間沖突。2）分配模式）分配模式 使用管轄機(jī)構(gòu)的基站或轉(zhuǎn)發(fā)站分配的時(shí)間表。 3）輪詢）輪詢 響應(yīng)它船或管轄機(jī)構(gòu)的詢問(wèn)，輪詢模式的操作與其他兩種模式的操作無(wú)沖突。5.2 AIS信息傳輸信息傳輸 AIS信道每分鐘可傳輸2250個(gè)時(shí)隙。一、通信方式一、通信方式 采用SOTDMA（Self-organized Time Division Multiple Access，自組織時(shí)分多址）通信方式。1分鐘（ 1幀：2250個(gè)）時(shí)隙26.67ms二、二、AIS信息分類與數(shù)據(jù)格式信息分類與數(shù)據(jù)格

8、式1、信息分類、信息分類1）靜態(tài)信息）靜態(tài)信息AIS的海上移動(dòng)服務(wù)標(biāo)識(shí)（MMIS）船舶呼號(hào)船名船舶長(zhǎng)度和寬度船舶類型定位天線在船上的位置等船舶龍骨以上高度（擴(kuò)展電文）ABCD2）動(dòng)態(tài)信息）動(dòng)態(tài)信息 船舶位置；UTC（Coordination Universal Time，協(xié)調(diào)世界時(shí)）時(shí)間； 對(duì)地航速（SOG）； 對(duì)地航向（COG）； 艏向； 航行狀態(tài)； 轉(zhuǎn)向率（ROT）等。3）航次相關(guān)信息）航次相關(guān)信息 船舶吃水； 危險(xiǎn)貨物（種類）； 目的港； 預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間（ETA）； 航行計(jì)劃（轉(zhuǎn)向點(diǎn)）； 船上人員（擴(kuò)展電文）等。4）有關(guān)安全的信息。）有關(guān)安全的信息。共采用了共采用了22種類型的電文表示（見(jiàn)

9、教材中表種類型的電文表示（見(jiàn)教材中表5.7）。）。2、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)格式 1）基本數(shù)據(jù)格式）基本數(shù)據(jù)格式 通信狀態(tài) 備用 18CommStateSpare 報(bào)表產(chǎn)生的UTC（秒）HeadingCOGLatitudeLongitude 9 6 9 12 27 28Time Stamp 船首向（0359） 對(duì)地航向 緯度 經(jīng)度 1 位置準(zhǔn)確度（1：高，0：低） 10 對(duì)地速度 8 轉(zhuǎn)向速率 2 航行中，拋錨或限制等 30 用戶標(biāo)識(shí)號(hào) 1 表示數(shù)據(jù)可發(fā)送 1 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 6 本電文信息的標(biāo)識(shí)Position AccuracySOGRate of TurnNavigational StatusUs

10、er IDData IndicatorDTEMessage ID 參數(shù) 數(shù)據(jù)位 描述2）數(shù)據(jù)包格式）數(shù)據(jù)包格式 訓(xùn)練序列 開(kāi)始標(biāo)志 數(shù)據(jù) 幀校驗(yàn) 結(jié)束標(biāo)志 緩沖 24位 8位 168位 16位 8位 24位圖 2-1 RF啟動(dòng)和釋放T0=0ms時(shí)：時(shí)隙開(kāi)始；Tx=0.832ms ：訓(xùn)練序列開(kāi)始時(shí)刻；T1=1ms ：發(fā)射功率和頻率達(dá)到穩(wěn)定； T2=3.328ms ：開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)包。即開(kāi)始標(biāo)志；T3=24.128ms ：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，緩沖部分包括位填充，以及用作距離延遲的保護(hù)時(shí)間；T4= T3 +1.000ms ：發(fā)射功率減小到零；T5=26.67ms ：時(shí)隙結(jié)束，下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始傳輸。圖 2-1

11、RF啟動(dòng)和釋放3、信息更新速率、信息更新速率1）靜態(tài)信息）靜態(tài)信息靜態(tài)信息 每6分鐘或者根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)信息 根據(jù)航速和航向變化率而定航次有關(guān)信息 每6分鐘或者根據(jù)需要信息內(nèi)容 播發(fā)間隔安全信息 根據(jù)需要2）動(dòng)態(tài)信息）動(dòng)態(tài)信息錨地 3分鐘航速14-23節(jié) 6秒航速0-14節(jié) 10秒船舶狀態(tài) 播發(fā)間隔航速14-23節(jié)且改變航向 2秒航速23節(jié) 2秒航速23節(jié)且改變航向 2秒航速0-14節(jié) ，且改變航向 秒3134、船舶、船舶GPS天線位置天線位置ABCD 比特?cái)?shù) 比特域 距離（m）A 9 08 最大511B 9 917 最大511 C 6 1823 最大63D 6 2429 最大63 5.3 AIS

12、 技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案一、系統(tǒng)構(gòu)成一、系統(tǒng)構(gòu)成1、系統(tǒng)構(gòu)成：數(shù)據(jù)幀(含2250個(gè)時(shí)隙)船A船B船C岸臺(tái)船船A發(fā)送船位時(shí)隙發(fā)送船位時(shí)隙船船B發(fā)送船位時(shí)隙發(fā)送船位時(shí)隙船船C發(fā)送船位時(shí)隙發(fā)送船位時(shí)隙2、設(shè)備構(gòu)成、設(shè)備構(gòu)成(D)GPS接收機(jī)控制單元TDMA解調(diào)器TDMA接收1TDMA接收2天線共用器TDMA調(diào)制信息顯示處理器其他信息位置時(shí)間（UTC）差分?jǐn)?shù)據(jù)TX收/發(fā)控制DSC接收TDMA解調(diào)器DSC解調(diào)器DSC調(diào)制二、二、TDMA技術(shù)技術(shù)方法：將時(shí)間分割成周期性的幀；每一幀又被分割成若干個(gè)時(shí)隙。TDMA技術(shù)的特點(diǎn)：技術(shù)的特點(diǎn)：1）節(jié)省頻譜資源，有效避免了互調(diào)干擾；2）不存在頻率分配問(wèn)題，對(duì)時(shí)隙的

13、分配和管理比對(duì)頻率的分配與管理要簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)，AIS采取的信道按需分配，有利于提高系統(tǒng)的容量。3）既發(fā)送信息又可接收其他臺(tái)站的信息，且VTS中心可以發(fā)送VTS廣播信息；4）系統(tǒng)必須精確定時(shí)和同步，UTC時(shí)間可為此提供保證。t111用戶1t222用戶2t333用戶3t幀時(shí)隙 1 2 3 n 1 2 3 n 1 2 3 .用戶n三、三、AIS頻道分割方案和頻道分割方案和VTS信息內(nèi)容信息內(nèi)容1、船臺(tái)、船臺(tái)AIS發(fā)射頻道和接收頻道發(fā)射頻道和接收頻道船臺(tái)：發(fā)射頻道：CH87B /CH88B ，或區(qū)域指定船 臺(tái)頻道； 接收頻道：CH88B、CH87B或指定。2、VTS利用利用AIS向船舶發(fā)送的信息內(nèi)容向船

14、舶發(fā)送的信息內(nèi)容1）未裝備AIS設(shè)備的船舶的信息（主要是靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息）；2）航行警告等。四、時(shí)隙的劃分與選擇四、時(shí)隙的劃分與選擇1、時(shí)隙劃分時(shí)隙劃分AIS數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度：1分鐘，2250個(gè)時(shí)隙。1分鐘26.67ms時(shí)隙2249時(shí)隙1時(shí)隙0當(dāng)前幀時(shí)隙2249時(shí)隙1時(shí)隙0下一幀每個(gè)船舶AIS用戶或VTS中心可以選擇一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙。2、時(shí)隙的選擇、時(shí)隙的選擇1）自組織自組織TDMA（SOTDMA） （1）該協(xié)議提供了在沒(méi)有控制臺(tái)介入的情況下，解決尋址沖突的方法。 （2）移動(dòng)用戶用該協(xié)議進(jìn)行位置廣播以及識(shí)別附近用戶發(fā)送信息。 （3）傳輸信息：一般為重要的信息或不斷更新的信息。 （4）時(shí)隙選擇過(guò)程：確

15、定時(shí)隙范圍得到可供選擇使用的時(shí)隙在可選時(shí)隙中隨機(jī)隨機(jī)確定一個(gè)時(shí)隙。2）增址增址TDMA（ITDMA）該協(xié)議允許一個(gè)用戶使用多個(gè)傳輸時(shí)隙供自己使用。該協(xié)議使用的第一個(gè)時(shí)隙通過(guò)SOTDMA或RATDMA（隨機(jī)尋址）進(jìn)行選擇。工作過(guò)程：工作過(guò)程：在傳第1個(gè)時(shí)隙前，隨機(jī)選擇下一個(gè)ITDMA時(shí)隙，計(jì)算出位置的相對(duì)偏移量，該偏移量加入到Comm State參數(shù)中。接收端可根據(jù)偏移量來(lái)確定下一個(gè)時(shí)隙的位置。當(dāng)偏移量為0時(shí)，表示該時(shí)隙為最后一個(gè)ITDMA時(shí)隙。3）隨機(jī)尋址隨機(jī)尋址TDMA（RATDMA）該協(xié)議用于用戶第一次在數(shù)據(jù)鏈中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)選擇時(shí)隙，或者用于不重復(fù)發(fā)送的信息傳輸。4）固定尋址固定尋址TDMA（FATDMA）該協(xié)議只用于基站或VTS中心進(jìn)行