船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）1引言近些年來，隨著海上交通的發(fā)展，船舶速度及船舶數(shù)量與海上交通密度不斷提高給船舶避碰、港口交管和航行安全提出了新的要求。現(xiàn)有的通信導(dǎo)航設(shè)備存在著很多的局限性。雷達(dá)及ARPA雖具有避碰功能，但不能識(shí)別船舶，且受氣象、海況及地形的影響很大。VHF無線電話雖可以進(jìn)行船間對(duì)話，了解他船的信息和狀態(tài)，但由于操作者語言表達(dá)和溝通中存在的歧義和誤解，使信息交換速度慢且不規(guī)范，往往延誤時(shí)間又沒有起到協(xié)商的作用。通用船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）正是針對(duì)上述問題而發(fā)展的技術(shù)。AIS是一個(gè)操作于VHF海上移動(dòng)頻帶的自動(dòng)連續(xù)廣播系統(tǒng)。它能在船舶和岸臺(tái)間交換如標(biāo)識(shí)、位置、航線、速度等信息。它能以高更新率操作多種報(bào)告并使用自組織時(shí)分多址技術(shù)支持這些高廣播逮率，以確?？煽糠€(wěn)定的運(yùn)行。該系統(tǒng)發(fā)展的第一階段是以VHFDSC技術(shù)開發(fā)的“自動(dòng)應(yīng)答系統(tǒng)”為基礎(chǔ)的。1992年，國(guó)際燈塔協(xié)會(huì)（IALA）在國(guó)際海事組織（IMO）航行分委會(huì)（NAV）第38次會(huì)議上提交了“使用DSC技術(shù)的應(yīng)答器系統(tǒng)”的提案。1994至1995年期間，瑞典和芬蘭首次提出“無線電AIS”的概念。1995年，瑞典和芬蘭在IMONAV第41次會(huì)議上首次提出“將SOTDMA技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)應(yīng)答系統(tǒng)”的提案，使AIS發(fā)展到了第二階段。1996年，IMO海上安全委員會(huì)（MSC）第67次會(huì)議上一致同意選用SOTDMA（自組織時(shí)分多址）技術(shù)。1998年，IMOMSC第69次會(huì)議批準(zhǔn)了“關(guān)于全球AIS性能標(biāo)準(zhǔn)”的建議案，規(guī)定了（AIS性能標(biāo)準(zhǔn)），國(guó)際電信聯(lián)盟ITU通過了《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》。2000年，IMOMSC73會(huì)議在通過的《國(guó)際海上人命安全》（SOLAS公約）第V章中規(guī)定AIS強(qiáng)制性安裝，要求所有在2002年7月I日或以后建造的大于300總噸從事國(guó)際航運(yùn)的船舶，大于5130總噸不從事國(guó)際航運(yùn)的貨船和所有客船均須裝配AIS設(shè)備。要求所有于2002年7月1日前建造的從事國(guó)際航運(yùn)的各類船舶必須在2003年7月I日到2008年7月I日前裝配AIS設(shè)備。在此期限后2年內(nèi)將永久退役的船舶可被免裝AIS設(shè)備，AIS的應(yīng)用正在迅速增加。2什么是AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AutomaticIdentificationSystem，簡(jiǎn)稱AIS）是以自組織時(shí)分多址（SelfOrganizedTimeDivisionMultipleAccess，簡(jiǎn)稱SOTDMA）為核心技術(shù)、可以用于水上交通聯(lián)絡(luò)和指揮的岸——船、船——岸以及船——船之間的通訊、導(dǎo)航系統(tǒng)。AIS運(yùn)用SOTDMA方式發(fā)射船舶數(shù)據(jù)，將本船的信息：MMSI碼、船名、靜態(tài)

信息以及動(dòng)態(tài)信息等，經(jīng)接口電路轉(zhuǎn)換后送信息處理器，在計(jì)算機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息的融合、編程，然后再由接口電路經(jīng)信道選擇、編碼，由VHF發(fā)信機(jī)發(fā)送到VHF信道，在此信道守聽的目標(biāo)船就可以接收；同時(shí)，本船亦可接收和顯示目標(biāo)船的識(shí)別信息，并將目標(biāo)船的信息和本船信息一并存儲(chǔ)在本船的存儲(chǔ)器中，以便向其他目標(biāo)船發(fā)送目標(biāo)范圍內(nèi)的它船信息。AIS的結(jié)構(gòu)及其功能AIS系統(tǒng)設(shè)備由船載設(shè)備和岸臺(tái)設(shè)備兩個(gè)部分組成:在岸臺(tái)VTS覆蓋區(qū)域內(nèi)，AIS基站可以和配有AIS設(shè)備的船舶進(jìn)行指定模式的通信。典型的船載AIS系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。gps/dgps/ghs電羅經(jīng)圈聞電子逋詛樓口gps/dgps/ghs電羅經(jīng)圈聞電子逋詛樓口圖1AIS系統(tǒng)構(gòu)成框圖數(shù)據(jù)的采集部分接收來自GPS/DGPS接收機(jī)的本船船位經(jīng)緯度，對(duì)地航速，同步UTC以及來自電羅經(jīng)的本船對(duì)地航向等信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入信息處理器，還有包括從輸入裝置中輸入的信息。信息處理器是AIS的核心部分，用于存儲(chǔ)本船識(shí)別碼、船名、呼號(hào)、船型等靜態(tài)信息與船舶吃水、危險(xiǎn)貨類、航線等航行相關(guān)的信息；處理、存儲(chǔ)本船動(dòng)態(tài)信息；將存儲(chǔ)的本船最新航行數(shù)據(jù)及必要的靜態(tài)信息與航行相關(guān)的其他信息進(jìn)行編碼后送發(fā)射機(jī)；對(duì)接收來自周圍其他船舶的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并存儲(chǔ)解碼后的數(shù)據(jù)；將本船和其他船舶的航行數(shù)據(jù)等信息送信息顯示器顯示。信息處理器主要由船舶靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫及對(duì)信息的處理、管理控制、顯示等相應(yīng)的軟件集成。AIS顯示器與雷達(dá)、ARPA及電子海圖顯示器一體化，用于顯示各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息、監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀況。3.VHF收發(fā)機(jī)由系統(tǒng)信息處理器控制，用VHFCH87B(161.945MHZ)、VHFCH88B(162.025MHZ)兩個(gè)國(guó)際專用頻道自動(dòng)發(fā)射和接收通信協(xié)議方案規(guī)定的高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)中含有本船和他船航行信息，AIS同時(shí)在這兩個(gè)頻率上接收信息，而發(fā)射信息是在這兩個(gè)頻率上交替進(jìn)行的。AIS性能要求及功能AIS用于船對(duì)船模式避碰，滿足船舶避碰通信過程中對(duì)船舶識(shí)別的需要。目前船舶避碰過程中使用的無線電通信設(shè)備主要是VHF電臺(tái)，由于信息存在延時(shí)性和人工操作錯(cuò)誤，難以及時(shí)達(dá)成避碰協(xié)議，給安全航行帶來隱患；作為一種VTS工具，能較好地解決船舶交管系統(tǒng)(VTS)中存在的船舶識(shí)別難題。目前VTS主要觀測(cè)手段是雷達(dá)和VHF-DF設(shè)備，需要大量的人工操作，費(fèi)時(shí)而且容易出錯(cuò)。而AIS能自動(dòng)與目標(biāo)船舶/岸臺(tái)建立通信，并保證通信的可靠性，幫助船舶有效導(dǎo)航，改善航行安全，增將對(duì)覆蓋區(qū)域船舶的識(shí)別和監(jiān)控；為船舶航行提供新的觀測(cè)手段。雷達(dá)是目前船舶使用的主要無線電觀測(cè)系統(tǒng)，但是它易受惡劣天氣、海況和地形的影響。AIS利用無線電波可以繞過島嶼，克服了這些不利因素，提供給本船目標(biāo)船的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息，將海上通信帶入計(jì)算機(jī)數(shù)字通信的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。AIS在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況我國(guó)的AIS應(yīng)用由交通部海事局牽頭，上海海事局和上海交通設(shè)計(jì)所成立的專家課題組承擔(dān)現(xiàn)代化海事管理系統(tǒng)的規(guī)劃編制，到目前為止已經(jīng)歷時(shí)兩年多。已經(jīng)建成長(zhǎng)江口、珠江口、渤海灣、瓊州海峽AIS基站系統(tǒng)，并已投入運(yùn)行。于今年11月在深圳審查通過的“中國(guó)海事AIS總體布局規(guī)劃”(以下簡(jiǎn)稱“規(guī)劃”)，主要依據(jù)為《中國(guó)海事發(fā)展綱要》(2001—2015)、《海事系統(tǒng)“十五”建設(shè)計(jì)劃及2015年遠(yuǎn)景目標(biāo)》、國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)IALA《AIS指南》、《A—124AIS基站、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用建議》等文件?！耙?guī)劃”涉及范圍為中國(guó)沿海通航水域，不包括臺(tái)灣、香港和澳門所轄水域?！耙?guī)劃”的時(shí)間安排是，近期目標(biāo)：2006年前重點(diǎn)建設(shè)長(zhǎng)江口、珠江口AIS網(wǎng)絡(luò)，完成與該地區(qū)VTS的聯(lián)接和信息共享。在完成AIS服務(wù)功能的同時(shí)，將拓展該地區(qū)的VTS覆蓋和功能。中期目標(biāo)2010年前，將建成渤海灣、瓊洲海峽、臺(tái)灣海峽的AIS網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)構(gòu)建全國(guó)AIS網(wǎng)絡(luò)中心和管理體系的框架。遠(yuǎn)期目標(biāo)2015年前完成全國(guó)AIS的全面建設(shè)打下基礎(chǔ)?！耙?guī)劃”中傾向性的配布方案是：AIS基站122個(gè)、地區(qū)級(jí)網(wǎng)絡(luò)22個(gè)、海區(qū)級(jí)網(wǎng)絡(luò)及ASM3個(gè)、國(guó)家級(jí)中心及ASM1個(gè)，增設(shè)公用十級(jí)網(wǎng)絡(luò)9個(gè)，并相應(yīng)增加了該層面的ASM9個(gè)?？偣こ掏顿Y近4億元。據(jù)了解，2005年，中國(guó)海事將初步建成“監(jiān)管立體化、反應(yīng)快速化、執(zhí)法規(guī)范化、管理信息化”的統(tǒng)一、規(guī)范、高效的海事系統(tǒng)，水上交通安全局面將明顯好轉(zhuǎn)。而AIS的建設(shè)和發(fā)展是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的一個(gè)重要手段。AIS在國(guó)外的應(yīng)用情況國(guó)際上AIS基站系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展十分迅速。其發(fā)展和產(chǎn)品化進(jìn)程雖只有短暫十來年時(shí)間，但AIS基站建設(shè)理念、技術(shù)內(nèi)涵和運(yùn)行模式卻已經(jīng)歷了整整三代。第一代是在VTS雷達(dá)站或在其服務(wù)的邊遠(yuǎn)地區(qū)安裝AIS基站，增大覆蓋范圍以獲取更多的船舶動(dòng)態(tài)信息，達(dá)到增強(qiáng)原VTS的作用；第二代是由網(wǎng)絡(luò)化的AIS基站為主體，組成基于AIS的航行安全管理系統(tǒng)，其中也包括增強(qiáng)了的VTS；第三代是網(wǎng)絡(luò)化加信息化，即通過網(wǎng)絡(luò)化的AIS基站與現(xiàn)有VTS、氣象、航標(biāo)及各種助航等設(shè)施的整合，使現(xiàn)有海事系統(tǒng)融合一體，成為以面向航運(yùn)管理、服務(wù)為主體的全新的現(xiàn)代化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的海事交通安全系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2003年底，進(jìn)行AIS基站系統(tǒng)建設(shè)的國(guó)家和地區(qū)有：瑞典、芬蘭、南非、加拿大、美國(guó)、新加坡、中國(guó)香港、日本等。國(guó)際AIS系統(tǒng)雖然發(fā)展迅速，卻沒有很規(guī)范統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)建設(shè)差異較大，可以說系統(tǒng)建設(shè)各有特點(diǎn)，如有單站使用的，有將AIS基站接入VTS雷達(dá)站的，有的只要求AIS基站接收信息，有的設(shè)立一個(gè)地區(qū)性AIS播發(fā)中心，統(tǒng)一播發(fā)信息，它們有一個(gè)共同的發(fā)展趨勢(shì)，即“網(wǎng)絡(luò)化”、“信息化”。到目前為止，AIS技術(shù)還主要應(yīng)用在SOLAS遠(yuǎn)洋船舶