船舶自动识别系统.doc

船舶自动识别系统船舶自动识别系统（AIS)1 引言近些年来，随着海上交通的发展,船舶速度及船舶数量与海上交通密度不断提高给船舶避碰、港口交管和航行安全提出了新的要求.现有的通信导航设备存在着很多的局限性。雷达及ARPA虽具有避碰功能，但不能识别船舶，且受气象、海况及地形的影响很大。VHF无线电话虽可以进行船间对话，了解他船的信息和状态,但由于操作者语言表达和沟通中存在的歧义和误解，使信息交换速度慢且不规范,往往延误时间又没有起到协商的作用.通用船舶自动识别系统（AIS）正是针对上述问题而发展的技术。AIS是一个操作于VHF海上移动频带的自动连续广播系统。它能在船舶和岸台间交换如标识、位置、航线、速度等信息.它能以高更新率操作多种报告并使用自组织时分多址技术支持这些高广播逮率,以确保可靠稳定的运行。该系统发展的第一阶段是以VHF DSC技术开发的“自动应答系统”为基础的.1992年，国际灯塔协会（IALA）在国际海事组织（IMO）航行分委会（NAV）第38次会议上提交了“使用DSC技术的应答器系统”的提案。1994至1995年期间，瑞典和芬兰首次提出“无线电AIS”的概念.1995年，瑞典和芬兰在IMO NAV第41次会议上首次提出“将SOTDMA技术应用于自动应答系统的提案，使AIS发展到了第二阶段.1996年，IMO海上安全委员会(MSC）第67次会议上一致同意选用SOTDMA（自组织时分多址)技术。1998年,IMO MSC第69次会议批准了“关于全球AIS性能标准的建议案，规定了(AIS性能标准），国际电信联盟ITU通过了在VHF海上移动频段上使用时分多址的船用自动识别系统(AIS)的技术特性。2000年，IMO MSC73会议在通过的国际海上人命安全(SOLAS公约)第V章中规定AIS强制性安装，要求所有在2002年7月I日或以后建造的大于300总吨从事国际航运的船舶，大于5130总吨不从事国际航运的货船和所有客船均须装配AIS设备。要求所有于2002年7月1日前建造的从事国际航运的各类船舶必须在2003年7月I日到2008年7月I日前装配AIS设备。在此期限后2年内将永久退役的船舶可被免装AIS设备,AIS的应用正在迅速增加。2 什么是AIS船舶自动识别系统（Automatic Identification System,简称AIS）是以自组织时分多址（Self Organized Time Division Multiple Access，简称SOTDMA）为核心技术、可以用于水上交通联络和指挥的岸船、船岸以及船船之间的通讯、导航系统。AIS运用SOTDMA方式发射船舶数据，将本船的信息：MMSI码、船名、静态信息以及动态信息等，经接口电路转换后送信息处理器，在计算机内实现信息的融合、编程，然后再由接口电路经信道选择、编码，由VHF发信机发送到VHF信道，在此信道守听的目标船就可以接收；同时，本船亦可接收和显示目标船的识别信息，并将目标船的信息和本船信息一并存储在本船的存储器中，以便向其他目标船发送目标范围内的它船信息。3 AIS的结构及其功能AIS系统设备由船载设备和岸台设备两个部分组成：在岸台VTS覆盖区域内，AIS基站可以和配有AIS设备的船舶进行指定模式的通信。典型的船载AIS系统构成如图1所示.图1 AIS系统构成框图1. 数据的采集部分接收来自GPS/DGPS接收机的本船船位经纬度，对地航速，同步UTC以及来自电罗经的本船对地航向等信号，转换成数字信号并输入信息处理器,还有包括从输入装置中输入的信息。2. 信息处理器是AIS的核心部分,用于存储本船识别码、船名、呼号、船型等静态信息与船舶吃水、危险货类、航线等航行相关的信息;处理、存储本船动态信息；将存储的本船最新航行数据及必要的静态信息与航行相关的其他信息进行编码后送发射机;对接收来自周围其他船舶的航行数据进行解码并存储解码后的数据；将本船和其他船舶的航行数据等信息送信息显示器显示。信息处理器主要由船舶静、动态数据库及对信息的处理、管理控制、显示等相应的软件集成。3。AIS显示器与雷达、ARPA及电子海图显示器一体化，用于显示各种数据和状态信息、监视系统运行状况。3. VHF收发机由系统信息处理器控制，用VHF CH87B（161。945MHZ）、VHF CH88B（162.025MHZ）两个国际专用频道自动发射和接收通信协议方案规定的高斯滤波最小频移键控（GMSK）信号,已调信号中含有本船和他船航行信息，AIS同时在这两个频率上接收信息，而发射信息是在这两个频率上交替进行的。4. AIS性能要求及功能AIS用于船对船模式避碰，满足船舶避碰通信过程中对船舶识别的需要。目前船舶避碰过程中使用的无线电通信设备主要是VHF电台，由于信息存在延时性和人工操作错误，难以及时达成避碰协议,给安全航行带来隐患；作为一种VTS工具，能较好地解决船舶交管系统（VTS）中存在的船舶识别难题。目前VTS主要观测手段是雷达和VHF-DF设备,需要大量的人工操作，费时而且容易出错.而AIS能自动与目标船舶/岸台建立通信，并保证通信的可靠性，帮助船舶有效导航，改善航行安全,增将对覆盖区域船舶的识别和监控；为船舶航行提供新的观测手段。雷达是目前船舶使用的主要无线电观测系统，但是它易受恶劣天气、海况和地形的影响.AIS利用无线电波可以绕过岛屿，克服了这些不利因素，提供给本船目标船的静态和动态信息，将海上通信带入计算机数字通信的网络时代。4 AIS在国内的应用情况我国的AIS应用由交通部海事局牵头，上海海事局和上海交通设计所成立的专家课题组承担现代化海事管理系统的规划编制,到目前为止已经历时两年多。已经建成长江口、珠江口、渤海湾、琼州海峡AIS基站系统，并已投入运行。于今年11月在深圳审查通过的“中国海事AIS总体布局规划（以下简称“规划”），主要依据为中国海事发展纲要(20012015）、海事系统“十五”建设计划及2015年远景目标、国际航标协会IALAAIS指南、A124AIS基站、网络和应用建议等文件。“规划”涉及范围为中国沿海通航水域，不包括台湾、香港和澳门所辖水域。“规划”的时间安排是,近期目标：2006年前重点建设长江口、珠江口AIS网络，完成与该地区VTS的联接和信息共享。在完成AIS服务功能的同时,将拓展该地区的VTS覆盖和功能。中期目标2010年前，将建成渤海湾、琼洲海峡、台湾海峡的AIS网络，同时构建全国AIS网络中心和管理体系的框架。远期目标2015年前完成全国AIS的全面建设打下基础。“规划”中倾向性的配布方案是：AIS基站122个、地区级网络22个、海区级网络及ASM3个、国家级中心及ASM1个，增设公用干级网络9个，并相应增加了该层面的ASM9个。总工程投资近4亿元。据了解，2005年,中国海事将初步建成“监管立体化、反应快速化、执法规范化、管理信息化的统一、规范、高效的海事系统，水上交通安全局面将明显好转。而AIS的建设和发展是实现此目标的一个重要手段.5 AIS在国外的应用情况国际上AIS基站系统的技术发展十分迅速。其发展和产品化进程虽只有短暂十来年时间，但AIS基站建设理念、技术内涵和运行模式却已经历了整整三代。第一代是在VTS雷达站或在其服务的边远地区安装AIS基站，增大覆盖范围以获取更多的船舶动态信息,达到增强原VTS的作用;第二代是由网络化的AIS基站为主体，组成基于AIS的航行安全管理系统,其中也包括增强了的VTS；第三代是网络化加信息化，即通过网络化的AIS基站与现有VTS、气象、航标及各种助航等设施的整合，使现有海事系统融合一体，成为以面向航运管理、服务为主体的全新的现代化、信息化、网络化的海事交通安全系统的一个重要组成部分.据统计，至2003年底，进行AIS基站系统建设的国家和地区有：瑞典、芬兰、南非、加拿大、美国、新加坡、中国香港、日本等。国际AIS系统虽然发展迅速,却没有很规范统一的标准，系统建设差异较大，可以说系统建设各有特点，如有单站使用的，有将AIS基站接入VTS雷达站的，有的只要求AIS基站接收信息，有的设立一个地区性AIS播发中心，统一播发信息，它们有一个共同的发展趋势，即“网络化、“信息化.到目前为止，AIS技术还主要应用在SOLAS远洋船舶的避碰以及安全行驶方面，对内陆河流船舶的管理尚未形成统一规范和标准.一方面,是由于AIS主要依托于电子海图进行管理,而电子海图对于内陆河流航道的信息不够全面；另一方面，内陆航道的地形错综复杂，对VHF的通信覆盖会造成一定的影响.借助于GIS技术，可以弥补电子海图内陆航道信息不全的不足,GIS分析工具也可以对AIS岸站进行合理布局,有效地解决VHF通信覆盖的问题。