ＡＩＳ在航標管理中的應(yīng)用

摘 要:目前，A1S(船載自動識別系統(tǒng))己在越來越多的船舶上配置，作為雷達的補充，為船舶之間避碰和自動交換信息提供了重要助航工具。AIS的技術(shù)發(fā)展及其廣闊應(yīng)用前景越來越受到人們的重視。AIS在避碰、助航、搜尋、救助、引航、VTS等各方面有著廣泛的應(yīng)用。本文對航標AIS的原理進行了概述，并且分析了AIS作為助航設(shè)備應(yīng)用在航標上的意義。

關(guān)鍵詞:航標;船載自動識別系統(tǒng);遙測遙控系統(tǒng)

中圖分類號:U644 文獻標志碼:A文章編號:16717953(2009)04003902

AIS for Navigation Mark System

LI Guozhi， LI Xiaohong，LI Zhengjun

(Dalian Department of Aids to Navigation Tianjin MSA Dalian 116011，China)

Abstract: At present， more and more ships have been installed the automatic identification system (AIS). As the complementarity of the radar， it supply the important aid to navigation in the message exchange and collision avoidence of the marine collision. The technical prospect and extensive application make the AIS recognized by more and more people.AIS has the extend application in the aviodence between ships， aid to navigation， searching， rescuing and VTS(Vessel Traffic System). This paper described the main technique and principle of the realization of the AIS and analyses for navigation mark on the base of the comparison with the universal AIS.

Key words: aids to navigation;automatic identification system;telemetering and telecontrol system

航標是保障船舶航行安全重要設(shè)施，對于海上運輸、國防安全、漁業(yè)發(fā)展等都有重要作用^[1]。在我國，航道的視覺航標管理和維護一般采用人工定期巡檢、定期檢修的方式。航道管理部門設(shè)立專門的航標維護人員隊伍，定期派出船舶巡檢，靠人員目測來檢查航標燈的閃亮狀態(tài)和位置漂移情況，每個季度還要對航標燈和蓄電池的各項技術(shù)性能指標進行一次全面地檢測。這種落后的航標管理模式帶來很多弊端:實時性差、可靠性和效率低下，費用較高且存在一定的安全隱患^[2]。因此傳統(tǒng)的航標無法滿足日益繁忙、復(fù)雜的海上運輸?shù)囊蠛透咝О踩叫械囊蟆Ｋ孕枰⒁粋€高效，可靠的航標管理服務(wù)系統(tǒng)。

從世界上最早的被譽為世界“七大奇跡”之一的亞歷山大港法羅燈塔燈塔，至今已經(jīng)1700多年了，航標已經(jīng)由最原始的視覺燈塔發(fā)展成為集聲，光電等多種科技的視覺，音響以及無線電航標。而航標的管理也有原來的單純的巡航管理，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦呖萍嫉倪h程遙控技術(shù)與巡航管理相結(jié)合的，更加合理的現(xiàn)代航標管理技術(shù)。我國現(xiàn)行的遙測遙控技術(shù)簡單描述可以分為以下幾個部分:

在航標終端站(即信息采集部分)，通過控制單元的功能獲取所需的航標狀態(tài)信息(包括:位置坐標，電源狀態(tài)，燈氣狀態(tài)等信息)。并通過公網(wǎng)的GSM短信、CDMA、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)通信服務(wù)方式，以被動問詢方式將信息傳送給航標站監(jiān)控分中心。分中心再根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)判斷所監(jiān)控的航標工作狀態(tài)是否正常，來安排航標維護巡檢工作。再將數(shù)據(jù)報告匯總于海區(qū)局監(jiān)控中心以及交通部海事局航標監(jiān)控中心，進行數(shù)據(jù)的分析，匯總，共享。

該系統(tǒng)的優(yōu)點是技術(shù)成熟，最早的應(yīng)用技術(shù)始于上世紀90年代相對而言技術(shù)比較成熟^[3]。并且通訊網(wǎng)絡(luò)為公網(wǎng)的GSM短信、CDMA、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)通信服務(wù)方式，覆蓋面廣泛信號質(zhì)量較好，由于使用國內(nèi)的北斗星系統(tǒng)相對產(chǎn)生的費用較低。

該系統(tǒng)中仍存在有不足，如:第一，其被動式的信息傳輸方式，不能保證其在第一時間發(fā)現(xiàn)航標的狀態(tài)異常。第二，該系統(tǒng)只是在發(fā)現(xiàn)航標狀態(tài)異常時進行提示，尤其在航標被過往船只擦碰甚至撞沉的現(xiàn)象中，不能變被動報告為主動預(yù)防。而AIS系統(tǒng)卻彌補這一不足。

1 基于AIS的航標管理系統(tǒng)

AIS系統(tǒng)主要通過海上移動通信頻帶上的兩個專用免費VHF頻率。由于該頻道屬于專網(wǎng)通信，不受公網(wǎng)的影響，節(jié)約成本，更保證了通信的質(zhì)量，AIS采用時分多址技術(shù)(TDMA)和兩個并行的VHF信道，將每一分鐘時間分成2250個等長時間段用于數(shù)據(jù)傳輸，因此同一基站覆蓋范圍內(nèi)能夠同時容納信息量足夠船舶與航標共同使用量的要求^[4]。此外中國做為SOLAS公約的締約國，為履行國際義務(wù)和保證在我國海域航行的中外船舶的航行安全，我國的ASI基站建設(shè)已經(jīng)基本覆蓋了沿海海域的全部范圍，完全滿足了航標管理所需求的覆蓋面，且AIS系統(tǒng)可以對航標在船舶引起的碰撞破損事件中起到自我保護的作用。

2 AIS航標系統(tǒng)能夠的主要參數(shù)

2.1 航標AIS基站的信號覆蓋范圍

根據(jù)地球曲率效應(yīng)，當傳播路徑為水面時，可將地面作為光滑球面處理，則按傳播距離將地面劃分為3個區(qū)域:干涉區(qū)、繞射區(qū)、散射區(qū)。當視距為r0時，干涉區(qū)一般距離發(fā)射點為(0.6一0.8)的r0范圍內(nèi)，在干涉區(qū)內(nèi)，水面上無障礙物時，船舶在航行的時候場強的瞬時值變化不大^[3]。繞射區(qū)一般為視距所對應(yīng)的接收區(qū)的天線所在點左右的(0.2~0.4)r0的范圍以內(nèi)。

r0=2.5(h1+h2)(n mile)(1)

h1、h2為散射區(qū)發(fā)射臺與接收臺天線高度(單位m)。繞射區(qū)以外的部分由于電波的繞射作用，在視距以外的一定范圍，可得到較好的通信效果。這一范圍的大小，與發(fā)射功率、接受機靈敏度、天線增益，特別是岸站天線高度有關(guān)。當航標的天線高度取為4米時，如下表所示，作用距離是不同的。

2.2 航標AIS系統(tǒng)以3分鐘為發(fā)射信號的時間間隔為例分析AIS系統(tǒng)在航標避碰的應(yīng)用

由于船舶接受到AIS信號分為以下幾種情況:

1)最好情況:當船舶剛好到達AIS信號的輻射范圍上時接收到AIS航標信號時如圖1所示:

該情況下:船舶距離航標距離 DISTANCE等于航標AIS的輻射范圍 Range

2)最壞情況:當船舶剛剛到達AIS信號輻射范圍時，AIS信號剛剛發(fā)送完畢，船舶未接收到AIS信號，只有當船舶向內(nèi)行駛直到下一個AIS信號發(fā)射間隔時，接收到AIS信號，如圖2所示:

該情況下:船舶距離航標距離 DISTANCE等于航標AIS的輻射范圍 Range減去船舶在該AIS信號發(fā)射間隔中行駛的距離 Distance(Distance=V(船舶速度)×T(AIS信號發(fā)射間隔))。

下面我們以現(xiàn)代商船公司的HYUNDAI GLORY為例在最壞情況下的避碰分析:

HYUNDAI GLORY的基本情況如下:船長294M，船舶高度32M，設(shè)計航速25節(jié)，最大載重噸50000噸。

根據(jù)AIS天線的作用距離公示我們可以得知，針對該船全速前進的前提下，我們選取天線高度為20M，則航標AIS的作用范圍至少應(yīng)在16.15海里范圍，其在最壞情況下距離航標距離:

DISTANCE=Range-Distance=16.15-25×3/60 =14.9(海里)

根據(jù)船舶運動智能控制理論及H∞魯棒控制理論中我們可以得到如下結(jié)論:載重在50000噸級的船舶在全速行駛前提下，全速制動倒車至完全停船的停船沖程為該船長的8-10倍。

則該船的停船沖程為Length =294×10=2940米，我們?nèi)?海里。

則從第一次接收到航標AIS信號到在航標前完全停止下來的距離為:

DISTANCE-Length =14.9-2=12.9海里

其間可以接收到航標AIS信號提示的次數(shù)為:

N=(12.9/25)×60/3=10次

即在從第一次接收到航標AIS信號到在航標前完全停止下來的距離，其間可以接收到航標AIS信號提示10次。

當然在正常情況下船舶完全不必要完全制動停止，只需要轉(zhuǎn)舵即可避免發(fā)生碰撞，而以上全部設(shè)定在最糟糕情況前提下，以期提高其準確性。

同時，根據(jù)國際海事組織要求，2008年7月1日之前，所有大于300總噸的船舶，必須安裝AIS自動識別系統(tǒng)。即代表這些船舶都將具有針對同樣裝有AIS系統(tǒng)的航標的識別避碰提醒。

3 總結(jié)

目前，AIS的功能越來越完善，越來越多地被安裝到船舶上使用，這為開發(fā)AIS航標以及航標AIS得以廣泛應(yīng)用提供了良好的設(shè)備基礎(chǔ)。同時，AIS能夠即時采集到廣泛準確的航標靜、動態(tài)信息，可以保障船舶和監(jiān)控中心獲得信息的可靠性。相信AIS的數(shù)字航標有著十分廣闊的前景。

參考文獻

[1] 王英志.航標學(xué)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社，1997:31-55.

[2] 賈欣樂，張顯庫.船舶運動智能控制與H∞魯棒控制[M].大連:大連海事大學(xué)出版社，2001:179.

[3] 王如政.航標遙測遙控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].大連:大連海事大學(xué)，2007:21-55.

[4] 王 建.基于AIS的航標無線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].大連:大連海事大學(xué)，2006:12-35.