船舶交通管理系統(tǒng)VTS5(130910)課件

船舶交通管理電子系統(tǒng)

(第五章)

第五章AIS子系統(tǒng)§5.1概述一、AIS（AutoIdentificationSystem）的作用和功能1、作用為船舶安全航行和避碰提供必要的信息。2、功能1）可在無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)接收來自具有相同配備的船舶、管理當(dāng)局及其他來源的上述信息。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)提供國際海事標(biāo)準(zhǔn)界面，并有輸入和輸出數(shù)據(jù)的接口。3）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、AIS的發(fā)展過程1992年：IALA向IMO,ITU提議使用DSC應(yīng)答器系統(tǒng).并以ITU-RM.825號(hào)建議內(nèi)容作為國際標(biāo)準(zhǔn)。1994—1995年：瑞典、芬蘭首次提出“無線電AIS”的概念。1995.7：瑞典芬蘭聯(lián)合在IMONAV41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：IMOMSC67會(huì)議，同意將廣播式信息交換方案引入AIS。1997：IMONAV43會(huì)議通過通用船載AIS性能標(biāo)準(zhǔn)建議草案1997.6：IMOMSC68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：IMOMSC69會(huì)議采納了AIS性能標(biāo)準(zhǔn)草案。1998.7：IMONAV44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通過全球AIS專用兩個(gè)VHF頻道：CH87Bf=161.975MHz；CH88Bf=162.025MHz，從而滿足了AIS需求的頻率條件。1998.11：ITU-R通過“在VHF海上移動(dòng)頻段上使用時(shí)分多址的船用自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的技術(shù)特性”建議案ITU-RM.1371。1999：IMONAV45次會(huì)議通過AIS強(qiáng)制性安裝決定：2000.5：IMOMSC會(huì)議未通過上述強(qiáng)制性安裝AIS的議案。2000.12：IMOMSC73會(huì)議通過AIS強(qiáng)制性安裝議案。1、分類AIS可分為移動(dòng)站和固定站兩大類。移動(dòng)站包括：1)完全符合IMO規(guī)范的A類船載AIS（ShipbornClassAAIS）;2)不完全符合IMO規(guī)范的B類船載AIS（ShipbornClassBAIS）;3)裝備在搜救飛機(jī)上的機(jī)載搜救AIS（AirbornClassBAIS）。三、AIS的基本構(gòu)成和工作模式固定站包括：1)AIS基站；2)AIS單工轉(zhuǎn)發(fā)站；3)AIS雙工轉(zhuǎn)發(fā)站；4)裝在航標(biāo)上的航標(biāo)AIS?；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2、主要參數(shù)

1）工作頻道

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

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/s±50×10-66）發(fā)射穩(wěn)定時(shí)間

1ms7）發(fā)射功率

25W3、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海事管理物流管理……AIS岸臺(tái)網(wǎng)4、操作模式1）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）輪詢響應(yīng)它船或管轄機(jī)構(gòu)的詢問，輪詢模式的操作與其他兩種模式的操作無沖突。§5.2AIS信息傳輸

AIS信道每分鐘可傳輸2250個(gè)時(shí)隙。一、通信方式采用SOTDMA（Self-organizedTimeDivisionMultipleAccess，自組織時(shí)分多址）通信方式?！?分鐘（1幀：2250個(gè)）時(shí)隙26.67ms二、AIS信息分類與數(shù)據(jù)格式1、信息分類1）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)信息船舶位置；UTC（CoordinationUniversalTime，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。共采用了22種類型的電文表示（見教材中表5.7）。2、數(shù)據(jù)格式1）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

122728TimeStamp船首向（0~359°）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)PositionAccuracySOGRateofTurnNavigationalStatusUserIDDataIndicatorDTEMessageID參數(shù)數(shù)據(jù)位描述 2）數(shù)據(jù)包格式訓(xùn)練序列開始標(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2-1RF啟動(dòng)和釋放T0=0ms時(shí)：時(shí)隙開始；Tx=0.832ms：訓(xùn)練序列開始時(shí)刻；T1=1ms：發(fā)射功率和頻率達(dá)到穩(wěn)定；T2=3.328ms：開始傳輸數(shù)據(jù)包。即開始標(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)隙開始傳輸。圖2-1RF啟動(dòng)和釋放3、信息更新速率1）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

4、船舶GPS天線位置ABCD比特?cái)?shù)比特域距離（m）A90—8最大511B99—17最大511

C618—23最大63D624—29最大63§5.3AIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案一、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A發(fā)送船位時(shí)隙船B發(fā)送船位時(shí)隙船C發(fā)送船位時(shí)隙2、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、TDMA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)：1）節(jié)省頻譜資源，有效避免了互調(diào)干擾；2）不存在頻率分配問題，對(duì)時(shí)隙的分配和管理比對(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123…………n123…………n123…...用戶n三、AIS頻道分割方案和VTS信息內(nèi)容1、船臺(tái)AIS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AIS向船舶發(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1、時(shí)隙劃分AIS數(shù)據(jù)幀長度：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1）自組織TDMA（SOTDMA）

（1）該協(xié)議提供了在沒有控制臺(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。