AIS應(yīng)用的研究與綜述

1、第 15卷第 3期 廣州航海高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)Vol . 15 No . 32007年 12月JOURNAL OF G UANGZ HOU MAR I TI M E COLLEGEDec . 2007文章編號(hào) :1009-8526(2007 03-0012-04A I S 應(yīng)用的研究與綜述劉傳潤(rùn)(廣州航海高等?？茖W(xué)校 航海系 , 廣東 廣州 510725摘 要 :船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) A I S 在 VHF 頻道上能夠提供船舶的動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息 , 預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的 相遇點(diǎn) , 自動(dòng)識(shí)別航道的船只 , 及時(shí)接收其他船轉(zhuǎn)航向 、 船向及航速的資料 , 并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈作短信息 傳輸 , 為船舶的航行安全和航行

2、管理提供一種新型的十分有效的手段 . 關(guān)鍵詞 :船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) (A I S ; 船舶交通管理 (VTS ; 應(yīng)用 ; 避碰 ; 航標(biāo) 中圖分類號(hào) :U644. 8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 收稿日期 :2007-07-06 作者簡(jiǎn)介 :劉傳潤(rùn) (1973- , 講師 , 主要從事航海通信導(dǎo)航的教學(xué)與研究 . 船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) A I S (on syste m I O (I nternati on 2alMariti m e O rganizati on 規(guī)定強(qiáng)制安裝在船舶上的航行設(shè)備 . 國(guó)際電信聯(lián)盟 I T U (I nternati onal Telecom 2municati on Uni

3、 on 在海上 VHF 頻段分配給 A I S 2個(gè) 頻 道 即 CH87B (A I Sl, 161. 975MHz 和 CH88B (A I S2, 162. 025MHz . A I S 在這 2個(gè)頻道上以自組織時(shí)分多址 S OT DMA (self 2organized T DMA 為核心 技術(shù)交替地發(fā)射船舶的靜態(tài)信息 、 動(dòng)態(tài)信息 、 與航行 相關(guān)信息和與安全相關(guān)的短電文 , 同時(shí)接收他船發(fā) 出的信息1. A I S 可以用于水上交通聯(lián)絡(luò)和指揮的船與船 、 船與岸以及岸與船之間的通信導(dǎo)航 、 監(jiān)控 ,還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 , 國(guó)際海事組織 I M O 第 69屆海安會(huì)以 MSC . 74(69 號(hào)決議通過(guò)的 通用船載自動(dòng)識(shí) 別系統(tǒng) (A I S 性能標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了 A I S 的基本性能 .1. 1 A I S 的適用范圍船舶對(duì)船舶 , 以避免碰撞 ; 對(duì)于沿岸國(guó) , 獲得船 舶和裝載貨物的信息 ; 作為 VTS 的工具 , 加強(qiáng)船舶 的交通管理 . 自主模式 :適用于所有水域 ; 設(shè)定模式 :適用于主管當(dāng)局監(jiān)視的水域 ; 查詢或受控模式 :在船舶或主 管當(dāng)局詢問(wèn)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù) .1. 3 A I S 對(duì)航運(yùn)界的影響A I S 是一種船上改善避碰效果的方法 ; A

5、 I S 是一種不用雷達(dá)即可使 VTS 獲得交通狀態(tài)的方法 ; A I S 是一種制定船舶報(bào)告計(jì)劃的方法 .1. 4 A I S 的主要特點(diǎn)1 自主運(yùn)行 , 無(wú)需人工監(jiān)控 . 系統(tǒng)在無(wú)人工介入的情況下 , 主動(dòng)連續(xù)地向配備 A I S 的岸臺(tái)和船臺(tái) 傳輸信息 2.2 提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息 , 信息量大 . 船載的 A I S 接收機(jī)可接收到周圍船舶的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息 , 接收的 信息在電子海圖顯示與信息系統(tǒng) ECD I S (electr oni 2cal chart dis p lay and inf or mati on syste m 或 VTS 中心 屏幕顯示出來(lái) , 信息量大 .3 信息精度

6、高 . 以適當(dāng)?shù)母滤俾侍峁┐缓?操縱信息以便主管當(dāng)局和其他船舶精確跟蹤和監(jiān)視 船舶動(dòng)態(tài) . 對(duì)優(yōu)先級(jí)的和有關(guān)安全的呼叫以最快的 速率確定 .4 信息來(lái)源可靠 、 誤差小 , 沒(méi)有“ 誤跟蹤 ” 、 “ 丟 失率高 ” 的問(wèn)題. 第 3期 劉傳潤(rùn) :A I S 應(yīng)用的研究與綜述 132 A I S 在應(yīng)用領(lǐng)域的分析2. 1 A I S 在 VTS 中的應(yīng)用1 增強(qiáng)船舶的識(shí)別能力 . 對(duì)本船船位 、 本船航 向 、 本船對(duì)地航速等數(shù)據(jù) , 雷達(dá)獲得的是歷史航跡的 平均值 , A I S 獲得的是瞬時(shí)數(shù)據(jù) , 因此 , A I S 精度高于 雷達(dá)精度 . 雷達(dá)只能獲得船舶的動(dòng)態(tài)信息 , 當(dāng)兩船交

7、 叉會(huì)遇或船舶密度較大的區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)標(biāo)號(hào)交換或 跟蹤丟失現(xiàn)象 ; 而 A I S 傳輸?shù)男畔⒉粌H包括船舶的 動(dòng)態(tài)信息 , 而且還有靜態(tài)信息 , 數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象幾乎不 存在 .2 提高動(dòng)態(tài)跟蹤能力 , 擴(kuò)大跟蹤范圍 . A I S 數(shù) 據(jù)能被其他的 A I S 臺(tái)站 、 轉(zhuǎn)發(fā)臺(tái)接收 , 在 VHF 無(wú)線 , 精度高 . GPS/DGPS, ,短 . , 大 約 1. 5m in, A I S 信息跟蹤 , 可直接獲取目標(biāo) 的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)予以標(biāo)識(shí) , 無(wú)穩(wěn)定時(shí)間 , 跟蹤可靠性高 . 傳送數(shù)據(jù)不受氣象 、 海況影響 , 用國(guó)際專用頻道 、 S OT MA 技術(shù)信息交換 , 可顯著提高跟蹤的可靠性 . 3

8、 融合并補(bǔ)充 VTS 功能 . 船用導(dǎo)航設(shè)備雷達(dá) /自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀 ARP A (aut omatic radar p l otting aid 提供的信息量非常有限 , 不能識(shí)別他船與操船意圖 , 尤其在狹水道 、 航道彎曲處 、 島嶼的后面 、 船舶密度 大的水域以及遭遇惡劣氣象 、 海況環(huán)境時(shí) , 自動(dòng)跟蹤 功能存在誤跟蹤 、 丟失目標(biāo)情況 , 甚至不能探測(cè)到目 標(biāo) , 而且隨著觀測(cè)距離增加 , 對(duì)目標(biāo)的測(cè)量精度與分 辨率均會(huì)下降 . 由于 A I S 采用 VHF 波段作無(wú)線通信 鏈路 , 其抗海浪和雨雪干擾的能力優(yōu)于普通雷達(dá) , 捕 獲和跟蹤目標(biāo)的能力更為有效 , A I S 的通信

9、鏈路能 保持良好連接 , 可以彌補(bǔ)雷達(dá)在惡劣天氣條件下無(wú) 能為力的缺陷 . 雷達(dá)電波只能直線傳播 , 當(dāng)船舶被其 他船舶或高大物體遮掩時(shí) , 就形成了雷達(dá)的盲區(qū) , A I S 也可以彌補(bǔ)雷達(dá)這方面的缺陷 .4 基于 A I S 的 VTS 性價(jià)比優(yōu)良 . 由于 A I S 具有 良好的遙控性能 , 一個(gè)控制站臺(tái)可以遙控多個(gè)基站 , 通過(guò)少量控制站和大量的基站就可以覆蓋廣泛的區(qū) 域 , 而 A I S 基站的投資相對(duì)于雷達(dá)站成本低得多 . 在 交通密度低的港口 , 裝備 A I S 的船舶可在沒(méi)有岸臺(tái) 情況下自身形成 “ 無(wú)人 VTS ” ; 在繁忙的港口 , A I S 將 減少 VTS 操

10、作員的工作量并使他們?cè)诮煌ü芾?、 信 息服務(wù)和其他任務(wù)方面提高工作效率 3. 2. 2 A I S 在船舶自動(dòng)避碰中的作用長(zhǎng)期以來(lái) , 人們對(duì)船舶自動(dòng)避碰研究的基本思 路是基于存儲(chǔ)由雷達(dá)檢測(cè)的相遇船動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) 、 避碰 規(guī)則 、 船長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn) 、 專家分析 、 本船與來(lái)船操縱性 、 運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)等知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上的 ; 然后 , 再根據(jù)分析相遇船 和本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài) , 查詢知識(shí)庫(kù)并得到避碰方案 , 或由 推理機(jī)將相關(guān)數(shù)據(jù) 、 信息有機(jī)地綜合成專家系統(tǒng) , 經(jīng) 過(guò)學(xué)習(xí) 、 推理 , 自動(dòng)給出避碰方案 4. 但是 , 一個(gè)完 備的自動(dòng)避碰系統(tǒng)缺乏發(fā)送 (或接收 本船 (或他 船 的避讓操船意圖 , 并對(duì)其作

11、出相應(yīng)處理的能力 , 始終影響著系統(tǒng)的實(shí)用功能 .A I S 的使用給船舶間避碰信息提供了新手段 , 、 . 通 A S , 甚至可獲5.2. 3 方便航行警告及通告的設(shè)置與發(fā)布 對(duì)于航行警告和航行通告來(lái)說(shuō) , 除氣象因素外 , 一方面是燈標(biāo)的移位 、 變化 , 新出現(xiàn)的航行障礙物 (如沉船等 ; 另一方面就是特大型船舶的行駛 、 拖 帶 , 兩者均具有非常強(qiáng)的時(shí)效性 . 航標(biāo)管理部門(mén)可以 把 A I S 安裝在固定或漂浮的助航設(shè)備上 , 利用 A I S 收發(fā)信息監(jiān)視或控制助航設(shè)備的運(yùn)行 . 在船舶棄船 到沉沒(méi)期間 , 管理部門(mén)可以設(shè)電子沉船標(biāo) . 電子沉船 標(biāo)不僅包含一個(gè)具體坐標(biāo)位置 ,

12、還包含一個(gè)具體的 警告區(qū)域 , 并備注有相關(guān)信息和危急等級(jí)的綜合信 息 ; 超大型船舶的長(zhǎng)距離拖帶的航行警告將被 A I S 標(biāo)識(shí)有超大型船舶特殊信號(hào)的顯示界面所取代 . 根 據(jù)需要 , 這種超大型船舶特殊信號(hào)接近到一定的距 離時(shí)可被設(shè)置為報(bào)警 , 提醒操縱者重視 , 其效果遠(yuǎn)比 現(xiàn)行發(fā)布航行警告好許多 .2. 4 船位報(bào)告更加準(zhǔn)確 、 快捷廣播式 A I S 可自動(dòng) 、 連續(xù)發(fā)送船舶航行信息或 按查詢要求插入船舶和航次信息 , 經(jīng)無(wú)線到有線通 信網(wǎng) , 送入報(bào)告站 , 再轉(zhuǎn)送入計(jì)算中心 , 計(jì)算中心按 系統(tǒng)需求將所有船舶按規(guī)定時(shí)間 、 周期及所需的信 息建立數(shù)據(jù)庫(kù) , 并結(jié)合擁有的船舶靜態(tài)數(shù)

13、據(jù) 、 電子海 圖及氣象數(shù)據(jù)等 , 按用戶要求進(jìn)行分析 、 處理 , 為搜 救部門(mén)提供船舶信息及搜救決策服務(wù)信息 , 為各船 公司提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù) .2. 5 A I S 應(yīng)用于水文氣象信息的實(shí)時(shí)發(fā)布 將水文氣象信息的格式預(yù)先在國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì) I A LA (internati onal ass ociati on of marine aids t o navi 214 廣 州 航 海 高 等 專 科 學(xué) 校 學(xué) 報(bào) 第 15卷 gati on ligthouse authouities 進(jìn)行登記 , 就能實(shí)現(xiàn)國(guó)際 性應(yīng)用 . 水文氣象信息一般包括風(fēng)速的平均值 、 風(fēng) 向 、 水位 、 水溫 、 氣

14、溫 、 不同濃度的流速與流向 、 潮汐 信息等 .2. 6 基于 A I S 的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)A I S 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)由自動(dòng)化航標(biāo)設(shè)備及 A I S 應(yīng)答器 2部分構(gòu)成 , 與現(xiàn)行的航標(biāo)遙測(cè)遙控系 統(tǒng)相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) :無(wú)需申請(qǐng)遙測(cè)遙控頻道而 直接使用 A I S 國(guó)際專門(mén)頻道 CH87B 、 CH88B 傳輸數(shù) 據(jù) ; 可以省卻專用的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè) , 只需配置航標(biāo)設(shè) 備和 A I S 應(yīng)答器 ; A I S 的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)工作模式使 其能夠方便地接入 I nternet, 使航標(biāo)主管部門(mén)通過(guò)互 聯(lián)網(wǎng)來(lái)監(jiān)測(cè) 、 管理航標(biāo)設(shè)施 ; 航標(biāo)信息同樣可以實(shí)現(xiàn) 類似于 “ 船 -船 ” 工作模式

15、的應(yīng)用 ; A I S 還可作為虛 擬航標(biāo)應(yīng)用 .施的虛擬化 , . A 、短 、 功能強(qiáng)大 .2. 7 A I S 數(shù)據(jù)的監(jiān)控與存檔VTS 中心對(duì)每條船舶自動(dòng)廣播的 A I S 數(shù)據(jù)可以 快速全面地記錄 、 重放和存檔 ; 同時(shí) , 利用記錄數(shù)據(jù) 中的船舶標(biāo)識(shí) 、 位置和裝載的貨物信息加強(qiáng)對(duì)那些 可能造成污染的船舶監(jiān)控 , 并且當(dāng)污染事故發(fā)生時(shí) 也有可能迅速展開(kāi)評(píng)估和調(diào)查 , 實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋污染的 控制 .2. 8 促進(jìn)港口信息組網(wǎng)A I S 的岸基站可采用多站布局 , 力求無(wú)縫覆蓋 沿岸海域 , 構(gòu)成完整的沿岸網(wǎng) . 由于 A I S 網(wǎng)絡(luò)使用 I P 協(xié)議 , 因而使 A I S 網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)行

16、的信息網(wǎng)可以靈活 聯(lián)接 , 系統(tǒng)可裝成或使用 I nternet, 還可裝成基于 I n 2 ternet 的虛擬專用網(wǎng) 6-7. 這一切都使得 A I S 海岸網(wǎng) 的組網(wǎng)能力十分強(qiáng)大 , 容錯(cuò)性能好 , 安全性高 ; 同時(shí) , A I S 使用的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)均為通用產(chǎn)品 , 又 降低了 A I S 海岸網(wǎng)的建網(wǎng)成本 .A I S 信息網(wǎng)可以在船舶進(jìn)入港口之前將船舶抵 港信息傳給船公司 、 港務(wù)部門(mén)及物流部門(mén) . 通過(guò) A I S 信息網(wǎng) , 船舶調(diào)度部門(mén)可以掌握船舶的進(jìn)出港狀態(tài) , 運(yùn)輸業(yè)務(wù)部門(mén)可以掌握船舶裝載的貨物類型 、 集裝 箱和旅客的情況 . 從而安排進(jìn)港船舶的交通秩序 , 安

17、 排碼頭作業(yè) 、 貨物或集裝箱的綜合物流運(yùn)輸鏈 . A I S 信息的網(wǎng)絡(luò)化 , 將促進(jìn)形成海上物流跟蹤系統(tǒng) , 減少 船舶在港時(shí)間 , 縮短航班周期 , 加快貨運(yùn)速度和提高 航運(yùn)效率 . 2. 9 A I S 信息安全的保證網(wǎng)絡(luò)管理器實(shí)現(xiàn) A I S 在整個(gè)安全信息服務(wù)系統(tǒng) 中的作用 . 其主要安全技術(shù)包括身份認(rèn)證 、 訪問(wèn)控 制 、 內(nèi)容安全等 . 身份認(rèn)證采取口令認(rèn)證的形式 , 是 海事網(wǎng)絡(luò)最常用的一種認(rèn)證方式 . 訪問(wèn)控制的主要 任務(wù)是保證網(wǎng)絡(luò)資源和應(yīng)用系統(tǒng)不被非法使用和訪 問(wèn) , 采用的安全技術(shù)是防火墻 ; A I S 信息的保護(hù)主要 通過(guò)加密和防病毒 2種方式實(shí)現(xiàn) .3 A IS

18、應(yīng)用需要研究的問(wèn)題3. 1 信息不融合的問(wèn)題按照 , 從事國(guó)際運(yùn) 1I 和 2A. 在雨 、 霧和各類 船舶如果同時(shí)使用 2臺(tái)雷達(dá) , 由于其 天線的位置和目標(biāo)船舶的相對(duì)關(guān)系以及無(wú)線電波的 波長(zhǎng)不同 , 在 ECD I S 上就會(huì)出現(xiàn)對(duì)同一船舶的 2個(gè) 回波 , 再加上 A I S 信息 , 顯示器上就會(huì)出現(xiàn) 3個(gè)不同 的回波 . 其次 , 同一船舶的 ARP A 和 A I S 的數(shù)據(jù)來(lái)源 和處理方式不同 (對(duì)地運(yùn)動(dòng)和對(duì)水運(yùn)動(dòng) 、 歷史數(shù)據(jù) 和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) , 所以通過(guò)雷達(dá) /ARPA 和 A I S 獲得的 目標(biāo)船的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是不同的 . 第三 , 由于來(lái)自同一船 舶的 A I S 信息和雷達(dá)

19、/ARPA 信息是通過(guò)相互獨(dú)立 的 2種傳感器系統(tǒng)獲得的 . 如果 A I S 信息與雷達(dá) / ARP A 信息在時(shí)間上是同步的 , 且 2種信息之間沒(méi) 有誤差 , 則 2種信息是一致的 , 由 2種信息獲得的船 舶位置和航跡也是重合的 . 但由于 A I S 信息與雷達(dá) 信息在時(shí)間上無(wú)法保證同步 , 且 2種信息之間存在 誤差 , 使得來(lái)自同一目標(biāo)的 A I S 信息和雷達(dá)信息不 能一致 , 從 2種信息獲得的船舶位置和航跡也不能 重合 . 為此要研究 A I S 信息與雷達(dá)信息的融合 . 3. 2 研究的內(nèi)容與意義利用 VTS 中雷達(dá) 、 自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀 ARP A 業(yè)已 成熟的導(dǎo)航原理

20、, 分析兩者在信息來(lái)源 、 采集方式 、 處理方式和顯示方式的異同點(diǎn) , 從而研究 A I S 和雷 達(dá) /ARPA 顯示的同一目標(biāo)的信息能否趨于一致 , 即 兩者獲取的船舶位置 、 航速 、 航向能否趨于重合 , 也 就是說(shuō)兩者哪一個(gè)能更真實(shí)地反映目標(biāo)的信息 , 終 端就顯示哪個(gè)的信息 .A I S 與雷達(dá) /ARPA 信息融合研究的內(nèi)容包括 :研究 A I S 信息與 VTS 的雷達(dá) /ARPA 信息融合的可 行性 ; 研究信息融合的指標(biāo)體系 ; 建立適用于信息融 合的模式或預(yù)測(cè)模型 ; 研究并建立融合的算法及其 第 3期 劉傳潤(rùn) :A I S 應(yīng)用的研究與綜述 15指標(biāo)體系 ; 建立融合

21、效果的論證方案 . 信息融合研究 的意義包括 :便于對(duì)目標(biāo)的識(shí)別 . A I S 信息和雷達(dá) / ARP A 信息融合后綜合顯示有利于對(duì)目標(biāo)的精確判 斷 ; 融合的信息顯示在同一終端上有利于對(duì)目標(biāo)的 探測(cè) 、 跟蹤 , 并可直接看出目標(biāo)的大小 、 船位和運(yùn)行 航跡等 ; 為海上交通信息安全與控制作科學(xué)可靠性 研究 ; 可望取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 .4 結(jié)論A I S 受外界自然因素干擾少 , 它在船舶導(dǎo)航 、 避 碰 、 船舶通信 、 船岸通信 、 海上搜救 、 海事調(diào)查等方面 發(fā)揮獨(dú)特而重要的作用 . 航行于開(kāi)闊水域的船舶不 用 VHF 無(wú)線電話的通話便可自動(dòng)獲得來(lái)往船舶的 各類信息

22、;其他船舶的信息 , 而且通過(guò),.現(xiàn)代國(guó)際航運(yùn)為了降低營(yíng)運(yùn)成本 , 正朝船舶大 型化 、 高速化和全自動(dòng)化的方向發(fā)展 , 為保證船舶航 行安全和保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境需要 A I S . A I S 還可以改 變航運(yùn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理方法 , 把現(xiàn)代物流管理融 入現(xiàn)代航運(yùn)管理 , 把航運(yùn)企業(yè)推向電子商務(wù)時(shí)代 , 大 大提高航運(yùn)企業(yè)的管理效率和服務(wù)水平 .參考文獻(xiàn) :1 代彥波 . 船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的研究 M.黑龍江 :哈爾濱工程大學(xué)出版社 , 2006:12-13.2 鄭道昌 , 周江華 . A I S 的主要功能及其使用技術(shù)分析 J .航海技術(shù) , 2002(1 :32-33.3 商春宇

23、. A I S 基站組網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域的研究 M.遼 寧 :大連海事大學(xué)出版社 , 2006:-32.4A M.遼寧 : 26. A S J .中國(guó) (1 :42-44.6 陶立敏 , 許昌如 . 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) (A I S 基站的組網(wǎng)研究 J .航海技術(shù) , 2004(4 ; 31-32.7 劉桂云 , 舒海平 , 胡云平 . 港口 A I S 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造 J .水 運(yùn)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