基于AIS人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

胡從池；周杏利

● （1.廈門華洋海事有限公司，福建廈門 361000；2.集美大學(xué)，福建廈門 361021）

基于AIS人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

胡從池1；周杏利2

● （1.廈門華洋海事有限公司，福建廈門 361000；2.集美大學(xué)，福建廈門 361021）

歷年來，船上人員落水事故頻繁發(fā)生，如果不能確定落水人員的確切位置，搜救工作很難進(jìn)行。針對這一現(xiàn)象，研究并實(shí)現(xiàn)了基于 AIS的人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用AIS（自動識別系統(tǒng)）和GPS（全球定位系統(tǒng)）兩種技術(shù)，能夠及時向岸上AIS基站以及配備有AIS裝備的船舶發(fā)送求救信號，該信號可較為準(zhǔn)確地給出落水人員現(xiàn)處位置并實(shí)時監(jiān)測其位置變化。這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使得該系統(tǒng)比傳統(tǒng)的救生裝置速度更快、效率更高，為搜救人員提供更可靠的信息，從而大大減少搜救人員的工作量，降低因人員落水造成的傷亡事件的發(fā)生率。

AIS技術(shù)；GPS技術(shù)；落水事故；應(yīng)急示位

0 引言

近年來，各類船員落水事故不斷發(fā)生，尤其是當(dāng)遇到災(zāi)害天氣時，事故發(fā)生的可能性增大而救助工作難度也會隨之加大，危險性也會更高。為了避免此類悲劇再次上演，各相關(guān)部門不斷探索調(diào)查，結(jié)果顯示船員落水后不能快速而精確地確定其現(xiàn)處位置或者并沒有人發(fā)現(xiàn)有人落水，致使船員在水下滯留時間過長是悲劇發(fā)生的兩個主要原因。因而當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)一個能夠在人員落水后迅速報警并且能夠快速而準(zhǔn)確地找到落水目標(biāo)的位置且告知搜救人員的系統(tǒng)。于是設(shè)計研發(fā)了基于AIS的人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)。該系統(tǒng)最核心的技術(shù)就是AIS和GPS，一個內(nèi)置的GPS接收機(jī)可以提供準(zhǔn)確的位置信息，且隨著船員位置的變化而不斷更新，以幫助落水人員快速被找到，而AIS的作用是將GPS提供的位置信息打包發(fā)送給搜救方。搜救方收到打包的信息之后進(jìn)行解析進(jìn)而確定恰當(dāng)?shù)臓I救方案。船員一旦落水，立即啟動該設(shè)備，啟動方式有自動和手動兩種，該設(shè)備一旦啟動，就會迅速通過GPS獲取船員的位置信息，并利用AIS設(shè)備發(fā)送該位置信息，凡使用標(biāo)準(zhǔn)AIS設(shè)備的船舶以及4英里范圍內(nèi)的VTS系統(tǒng)基站都能收到AIS信號。另外，該設(shè)備還配備有高亮度可控LED指示燈，為夜晚搜救工作提供更多幫助。該設(shè)備體積小、重量輕，可配置在救生衣上，當(dāng)有人員遇險需要救助時，搜救人員可獲得落水人員的確切位置，為營救落水人員爭取寶貴的時間。

1 國內(nèi)相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，當(dāng)有人員落水時，營救人員采取的措施有以下兩種方式：

1.1 自亮浮燈

自亮浮燈是一種簡易的救生裝置，它制作簡單、價格低廉，所以在航海方面得到了廣泛應(yīng)用。盡管如此，利用自亮浮燈提供的信息開展搜救工作還是有諸多不便。首先，自亮浮燈只能為搜救人員提供可視范圍內(nèi)的位置指示。如果在白天，燈光對搜救工作起不到應(yīng)有的指示作用，即使在夜間，指示燈亮度不夠，上下起伏的海浪以及煙霧彌漫的天氣也會縮小可視范圍，也就增加了搜救的難度、加大了工作量，不利于及時救出落水人員。其次，自亮浮燈的發(fā)光時間僅能夠持續(xù)2小時左右，對于距離搜救船只較遠(yuǎn)或者由于諸多原因無法上船的的落水人員無疑是毫無作用。另外，如果落水人員不幸遇難沉入海底，自亮浮燈對尸體的查找和打撈工作也沒有任何指示作用[1]。

1.2 應(yīng)急無線電示位標(biāo)

當(dāng)船舶遇險時，可以根據(jù)應(yīng)急無線電示位標(biāo)（EPIRB-Emergency Position Indicating Radio Beacon）對落水人員進(jìn)行搜救。遇險時EPIRB設(shè)備發(fā)送遇險報警信號，信號中同時也包含位置信息，岸上的搜救當(dāng)局接收到上述信息后，就可以根據(jù)EPIRB提供的位置信息展開搜救，由于EPIRB設(shè)備可以發(fā)送遇險信息，對于應(yīng)對船舶的突發(fā)事件非常有幫助，因此得到了廣泛的應(yīng)用[2]。雖然應(yīng)急無線電示位標(biāo)能夠及時提供信息，但它也有幾個缺點(diǎn)。首先應(yīng)急無線電示位標(biāo)體積大、重量重，不方便攜帶，因此它只能放置在船上，事故發(fā)生后再手動啟用就具有一定的時間延遲，對于搜救工作這場時間戰(zhàn)極其不利。天氣海況也會影響應(yīng)急無線電示位標(biāo)信號的發(fā)射距離。另外，如果僅某個船員落水而又長時間無人發(fā)現(xiàn)時應(yīng)急無線電示位標(biāo)沒有被啟動就可能會導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。

2 背景技術(shù)

2.1 AIS技術(shù)

船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System）簡稱 AIS，是以自控時分多址聯(lián)接（Self-Organized Time Division Multiple Access）(SOTDMA)為核心技術(shù)的一種高科技助航設(shè)備。它集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)、微電子集成技術(shù)為一體，由基站、船臺、AIS網(wǎng)絡(luò)組成。AIS在兩個規(guī)定的甚高頻頻段連續(xù)發(fā)送本船靜態(tài)數(shù)據(jù)，動態(tài)數(shù)據(jù)及航程數(shù)據(jù)，同時接收來自周圍船舶或者岸基臺站的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)船與船、岸與船、船與岸之間的數(shù)據(jù)交換，為海上通信提供可靠的技術(shù)[3]。

船載AIS設(shè)備的功能有：1）識別船只；2）協(xié)助追蹤目標(biāo)；3）簡化信息交流；4）提供其它輔助信息以避免發(fā)生碰撞。

為了改善海上交通狀況，降低海上災(zāi)難事故發(fā)生率，加強(qiáng)船舶與陸地之間的信息交流，從而滿足岸上管理、控制與協(xié)調(diào)部門的工作需要，國際海事組織（IMO）規(guī)定：國際航線的 300GT以上的船舶和航行于國內(nèi)航線的500GT以上的船舶，從2002年7月1日到2008年7月1日止分階段安裝AIS設(shè)備。中國海事局2010年4月12日頒布通知規(guī)定中國籍 500總噸以下沿海航行船舶在2011年1月1日之后的第一次年度檢驗(yàn)之前配備A級或B級AIS系統(tǒng)。中國籍內(nèi)河航行船舶在2011年7月1日之后的第一次年度檢驗(yàn)之前配備A級或B級AIS系統(tǒng)[4]。以上規(guī)定表明，目前沿海與內(nèi)河航行的大型船舶都配備有AIS設(shè)備，為基于AIS的人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)的應(yīng)用提供了硬件基礎(chǔ)。

2.2 GPS技術(shù)

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）簡稱GPS，是利用GPS定位衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)對對象進(jìn)行動態(tài)定位的系統(tǒng)。

全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。它能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)動下的三維立體坐標(biāo)進(jìn)行定位，定位精度極高，在軍事、道路工程、汽車導(dǎo)航、定位跟蹤等方面有廣泛應(yīng)用。

GPS的主要特點(diǎn)：1）全天候；2）全球覆蓋；3）三維定位高精度；4）快速省時高效率：5）應(yīng)用廣泛。

目前，GPS在航海事業(yè)也有廣泛應(yīng)用，例如在自主導(dǎo)航、進(jìn)港引導(dǎo)、跟蹤監(jiān)視、緊急救援、漁船作業(yè)等方面的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟[5]，現(xiàn)將其應(yīng)用在人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)中也是運(yùn)用了它的跟蹤定位、緊急救援的功能。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

3.1 系統(tǒng)構(gòu)架

如圖1所示，基于AIS人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)的核心為單片機(jī)控制模塊Micro control unit（MCU），且有發(fā)送模塊和接收模塊組成。其中發(fā)送模塊由電源模塊、GPS定位模塊、信號處理及發(fā)送模塊、開關(guān)模塊、LED發(fā)光模塊5部分組成。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 發(fā)送模塊

3.2.1 電源模塊

該系統(tǒng)的能量來源是鋰電池。單片機(jī)控制單元與系統(tǒng)電源模塊相連接，系統(tǒng)的電源模塊設(shè)有與鋰電池相連接的供電接口。鋰電池的使用壽命長達(dá)5年，保證該系統(tǒng)安全可靠。

3.2.2 GPS定位模塊

GPS定位模塊主要由GPS接收機(jī)天線單元、GPS接收機(jī)主機(jī)單元、電源三部分組成。當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機(jī)能夠捕獲到按一不定期衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。GPS信號接收機(jī)不僅需要功能較強(qiáng)有力的機(jī)內(nèi)軟件，而且需要一個多功能的GPS數(shù)據(jù)測后處理軟件包。接收機(jī)加處理軟件包，才是完整的GPS信號用戶設(shè)備[6]。

3.2.3 信號處理及發(fā)送模塊

該模塊包括數(shù)據(jù)的采集部分、信號處理器、系統(tǒng)控制器、VHF收發(fā)機(jī)部分等。數(shù)據(jù)的采集部分接收來自GPS接收機(jī)的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入信號處理器，而信號處理器與系統(tǒng)控制器是AIS的核心部分。信號處理器存儲接收到的GPS信息，處理并存儲本裝置的動態(tài)信息，將這些最新的數(shù)據(jù)和必要的動態(tài)信息進(jìn)行編碼后送至發(fā)射機(jī)；對接收到的來自搜救船舶的信息編碼并且存儲解碼后的數(shù)據(jù)。AIS信號的發(fā)送主要占用甚高頻頻道，AIS的系統(tǒng)控制器控制 VHF收發(fā)機(jī)在 CH87B(161.975MHz)、CH88B(162.025MHz)這兩個國際專用頻道自動發(fā)射和接收通信協(xié)議規(guī)定的信號。而所使用天線的發(fā)送范圍設(shè)置在156 到163MHZ[7]。

3.2.4 開關(guān)模塊

該系統(tǒng)具有兩種啟動方式：自動和手動。因此，就有兩個開關(guān)，手動開關(guān)是一個按鍵，只要按下按鍵，電源開始供電，電路開始工作。而自動開關(guān)是水敏開關(guān)，該設(shè)備一接觸到水就會啟動。因此，該系統(tǒng)在人員落水后不用手動啟動就會工作。

3.2.5 LED發(fā)光模塊

在設(shè)備中安裝LED高亮度指示燈。它由鋰電池供電，在電源模塊與該模塊之間設(shè)有接口，具有單獨(dú)的指示燈開關(guān)，如果白天就可以關(guān)掉燈以節(jié)省電源，從而可以使報警裝置發(fā)送報警信號時間更持久。

3.3 接收模塊

凡是配備有標(biāo)準(zhǔn)AIS設(shè)備的船舶以及4英里范圍內(nèi)的VTS系統(tǒng)基站都能接收到求救信號，AIS接收儀通過串口接收該信號之后，就在接收模塊的信號處理單元中進(jìn)行解析，解析后的數(shù)據(jù)就可以通過有線或無線方式發(fā)送到最小顯示單元、繪圖儀或電子海圖屏幕上，在其顯示界面上，搜救對象的確切位置、距離和對地方向、對地速度等信息都清楚地標(biāo)明。且位置在不斷移動，也會發(fā)出報警聲。如圖2和圖3顯示了該系統(tǒng)接收到的信號在電子海圖上的顯示以及報警點(diǎn)在電子海圖上的顯示。右上角標(biāo)明識別碼、經(jīng)度、緯度、時間，速度、航向（該設(shè)備載體的運(yùn)動方向）。

圖2 報警信號在電子海圖上的顯示

圖3 報警點(diǎn)在電子海圖上的顯示

4 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

首先，該系統(tǒng)防水性好，能夠在較深的海下承受較高的水壓，連續(xù)發(fā)射信號時間長，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡單，能便捷地安裝在救生衣上，在第一時間掌握事發(fā)位置，以便于盡快組織救援。第二，該系統(tǒng)使用簡單，操作容易，在遇險時，簡易操作，減少失誤，縮短操作時間，無疑是大大增加了救援的成功率。第三，搜救人員可以清晰明了地在電子海圖上看到落水人員的現(xiàn)處位置從而采取相應(yīng)的救援措施。第四，該系統(tǒng)防水性好，能夠在較深的海下承受較高的水壓，即使落水人員不幸溺亡沉入海底，該系統(tǒng)也能夠正常工作，協(xié)助救援人員打撈尸體。第五，國內(nèi)外先進(jìn)的全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，使得該設(shè)備可以不受天氣影響，無論白天黑夜都能夠高精度、快速、省時、高效率地顯示目標(biāo)的位置，并隨時更新，以防止因水流速過快導(dǎo)致目標(biāo)位置的迅速移動而使得救援無法進(jìn)行。最后，供電用的鋰電池體積小，重量輕，給載體減少了負(fù)擔(dān)；供電時間長，能夠保證該系統(tǒng)在較長時間都能正常工作。這些優(yōu)點(diǎn)表明：基于AIS的人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)在海上救援部門的應(yīng)用將會顯著改善原有的救援模式，大大提高搜救效率。

5 發(fā)展前景及建議

雖然該系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它也并不是完美的，也存在有不足的地方。比如，必須要經(jīng)常檢查電池電量是否充足，電池是否能夠正常運(yùn)行。可以通過更換電池為海水電池來延長電池壽命，不用定期更換電池，但是還是避免不了要對電池進(jìn)行定期檢查，避免因?yàn)樵撓到y(tǒng)的原因而造成不可挽回的損失。另外，國內(nèi)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展趨勢良好，我們還可以選擇使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)代替GPS來進(jìn)行定位。

發(fā)展建議有以下幾點(diǎn)：

首先，該系統(tǒng)目前暫時僅用于海上落水人員應(yīng)急示位功能，鑒于它的實(shí)用性較好，如果對該設(shè)備進(jìn)行改裝，它還可以用于飛行器乘員，野外勘探、野生動物保護(hù)、護(hù)林工作人員等一些長期活動在人員稀少的地區(qū)、處境危險的工作人員[8]。

第二，可以在發(fā)送模塊里安裝電池的測量設(shè)備，可以測量電池現(xiàn)余電量，當(dāng)電池不足時提前更換好電池，以防止事故發(fā)生時因?yàn)殡姵夭蛔愣斐上到y(tǒng)失效。

第三，還可以將該系統(tǒng)發(fā)射的電文內(nèi)容進(jìn)行修改，里面可以存儲靜態(tài)信息如：載體的身份識別序列，這樣可以及時確定落水人員的身份，這一點(diǎn)可能會在大型船舶上具有很高的應(yīng)用價值。

6 結(jié)語

基于 AIS的人員落水應(yīng)急示位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為海上落難人員的搜救工作提供的幫助是不可估量的。從依靠自亮浮燈及應(yīng)急示位標(biāo)查找落水人員位置到利用國內(nèi)外先進(jìn)的GPS定位技術(shù)，這是一種跨越式的進(jìn)步。本系統(tǒng)操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，精度高等優(yōu)點(diǎn)將會使該系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。在未來，人員落水之后的救助工作肯定會更加迅速高效。

[1]李祥鋒,霍有利,蔡濤,孫曉東.海上生產(chǎn)設(shè)施降低及人員逃生探討[J].中國造船, 2008, 49(2): 639-642.

[2]孫長貴.VHF應(yīng)急無線電示位標(biāo)[J].船艇, 1992(1):20-21.

[3]中華人民共和國黃石海事局.現(xiàn)代水上交通安全監(jiān)管系統(tǒng)-VTS及AIS知識介紹[DB/OL].2011.

[4]中華人民共和國黃石海事局.海船舶〔2010〕156號,關(guān)于印發(fā)《國內(nèi)航行船舶船載電子海圖系統(tǒng)和自動識別系統(tǒng)設(shè)備管理規(guī)定》的通知[DB/OL].2010.

[5]梁莉娟.GPS定位在航海系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)? 2010(35): 61-62.

[6]劉基余.GSP衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理及方法[M].北京:科學(xué)出版社, 2003.

[7]鄧洪章.船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)[J].天津航海,2002(4): 31-36.

[8]陶仁波.一種救生衣用AIS救生定位指示器[P].中國專利: 201120189249.3: 2012-02-08.

“船舶行業(yè)規(guī)范條件評審專家培訓(xùn)會”在CCS總部召開

近日，“船舶行業(yè)規(guī)范條件評審專家培訓(xùn)會”在中國船級社總部召開。工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司曹鋼副巡視員、中國船舶工業(yè)協(xié)會張廣欽會長、CCS孫峰副總裁出席了本次會議。

會上，經(jīng)全國各省船舶行業(yè)管理部門以及中國船舶工業(yè)集團(tuán)、中國船舶重工集團(tuán)推薦的55名評審專家匯聚一堂，在認(rèn)真聽取了曹鋼和張廣欽對順利開展和完成這項(xiàng)工作提出的要求之后，開展了《專家評審工作程序及要求》和《船舶行業(yè)規(guī)范條件評審細(xì)則》的培訓(xùn)和研討。

“船舶行業(yè)規(guī)范條件評審專家培訓(xùn)會”是中國船舶行業(yè)協(xié)會、CCS為做好受工信部委托，開展符合《船舶行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)評審工作的關(guān)鍵工作之一，同時也標(biāo)志著此項(xiàng)評審工作按計劃正式啟動。

2013年11月4日，工信部為進(jìn)一步加強(qiáng)船舶行業(yè)管理，化解產(chǎn)能過剩矛盾，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級，引導(dǎo)船舶工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，加強(qiáng)技術(shù)和管理創(chuàng)新，降低資源和能源消耗，全面建立現(xiàn)代造船模式，發(fā)布了《船舶行業(yè)規(guī)范條件》。該文件從基本條件，生產(chǎn)設(shè)施、設(shè)備和計量檢測，建造技術(shù)能力，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品，人員，質(zhì)量保證體系，安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保、職業(yè)健康和社會責(zé)任共七個方面對船舶建造企業(yè)提出規(guī)范化的要求。國家對符合規(guī)范條件的船舶建造企業(yè)實(shí)行公告管理，企業(yè)按照自愿原則進(jìn)行申請。

依據(jù)工信部的委托，中國船舶行業(yè)協(xié)會和CCS積極開展了相關(guān)工作，組織專家編寫了《船舶行業(yè)規(guī)范條件評審細(xì)則》。該細(xì)則目前已經(jīng)工信部審核批準(zhǔn)，作為對申報企業(yè)初審和終審的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。同時，中國船舶行業(yè)協(xié)會和CCS還攜手制定了專家評審程序，建立了評審專家?guī)臁?/p>

按照工信部《關(guān)于開展符合〈船舶行業(yè)規(guī)范條件〉企業(yè)申報工作的通知》的要求，中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會、CCS受工信部委托共同組織專家對經(jīng)初審合格的企業(yè)進(jìn)行評審。此次專家培訓(xùn)會后，中國船舶行業(yè)協(xié)會、CCS將根據(jù)工信部的委托組織專家對經(jīng)地方初審合格上報的船舶建造企業(yè)按照《船舶行業(yè)規(guī)范條件》的要求進(jìn)行評審，出具評審意見，并于2014年9月30日前將對全部企業(yè)的評審意見上報工信部。

（中國船級社）

Research and Implement of Emergency Position-Indicating System for Person Fallen into Water Based on AIS

HU Cong-chi1, ZHOU Xing-li2
(1.Xiamen Huayang Maritime Limited Company, Xiamen 361000, China; 2.JiMei University, Xiamen 361021,China )

Over the years, drowning accidents occur frequently.If the position of the people in trouble is not confirmed exactly, it will be difficult for the rescuers to take measures.In reaction to this phenomenon, Emergency Position-Indicating system for person fallen into water based on AIS has been researched and implemented.The system which mainly uses the technologies of AIS and GPS can send distress signals to the shore based AIS station and vessels which is equipped of AIS.The signal indicates accurately the position of the people who has trouble and monitors the changes in position.The application of the two technologies makes the system function more quickly and efficiently.It will offer reliable information to rescuers and largely decrease the amount of work.Therefore the incidence of the casualty will be decreased.

AIS technology; GPS technology; drowning accident; emergency position-indicating system

TN957

A

胡從池（1980-），男，工程碩士研究生在讀。研究方向：交通運(yùn)輸工程。

周杏利（1989-），女，碩士研究生在讀。研究方向：交通運(yùn)輸工程。