AIS異常信息的判斷及分析

高宗江,張英俊,劉漸道,董華

(大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026)

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AIS異常信息的判斷及分析

高宗江,張英俊,劉漸道,董華

(大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026)

分析AIS的動態信息、航次相關信息和靜態信息中的異常信息的產生原因，根據不同的情況提出判斷方法和應采取的措施。借助于判斷方法和措施，駕駛員可以直觀并快速識別出AIS中的異常信息，避免因依賴AIS異常信息導致誤判。

自動識別系統；異常信息；航行安全

相對于雷達，AIS提供了更豐富的目標信息，包括靜態信息、動態信息和航次相關信息，有助于船舶之間關鍵信息的有效溝通，是船舶之間避碰的重要輔助設備[1-2]。由于AIS不是自主的探測設備，容易受到人為因素和傳感器工作狀況的影響，在海上航行的實際觀測中發現AIS目標的靜態信息、動態信息和航次相關信息存在異常，對船舶航行安全產生重大的威脅。在AIS異常方面的研究工作都是通過對某個區域大量的AIS數據進行統計分析，從而建立該區域內船舶的航行規律，當某艘船舶的航行不符合該規律時判斷為異常[3-6]，重點關注的是AIS的動態信息，缺少對航次相關信息和靜態信息的研究；側重于對整體AIS信息的分析和區域監管，對駕駛員判斷某個船舶的AIS信息是否異常缺少指導意義。為此，考慮從駕駛員的角度對AIS異常信息進行分析，提出判斷方法。

1 動態信息異常

AIS目標的動態信息包括位置(position)、時間(UTC)、艏向(HDG)、對地航速(SOG)、對地航向(COG)等，見表1。海上航行的實際觀測中，發現個別船舶的艏向和位置信息存在異常，為了形象和直觀，截取相應的雷達屏幕。

表1 AIS的動態信息

1.1 艏向信息異常

正常情況下，激活的AIS目標的艏向與對地航向、雷達目標尾跡之間的差距不大，大致等于當地的風流壓差，如圖1所示，其中實線代表目標艏向，虛線代表目標對地航向，雷達目標尾跡開啟。

圖1 正常AIS目標

當AIS目標的艏向異常時，對地航向、目標尾跡與艏向之間的角度相差幾十度甚至一百多度，如圖2a)所示。查看圖2b)中該目標的AIS信息發現，該目標的船首向為130°，對地航向為216°，相差近90°，呈直角狀，此時可以斷定該目標的艏向存在異常。

圖2 艏向異常的AIS激活目標

當AIS目標處于休眠狀態時，可以借助雷達目標的尾跡進行判斷，當AIS目標符號的指向與目標尾跡相差很大時，該目標的艏向可能存在問題，見圖3。

圖3 艏向異常的AIS休眠目標

根據表1可知，目標船AIS的艏向信息由陀螺羅經提供，當艏向信息異常時可以斷定目標船的陀螺羅經設備或者信號傳輸出現故障，導致艏向信息沒有正確的輸入到AIS設備中。此時進行船舶避碰應特別謹慎，因為目標船駕駛員可能會被錯誤的艏向信息所誤導，必要時通過VHF提醒目標船駕駛員對艏向進行核實。

1.2 位置信息異常

AIS目標的距離和方位是根據目標船和本船的位置計算得到。根據表1可知，AIS的位置信息由GNSS提供，GNSS定位受到衛星工作狀態、信號傳輸、導航儀性能和狀態等多個因素的影響，因此可能會出現異常情況，當本船或者目標船的位置出現異常時，會表現為目標的方位和距離異常[7-9]。在目標船和本船的位置信息都正確時，AIS目標符號接近該船的雷達回波，兩者間距不大。當本船位置或者目標船的位置異常時，AIS目標符號與雷達回波之間的間距增大。

1.2.1 本船船位異常

當本船船位異常時，所有AIS目標的方位和距離的計算存在偏差，并且所有目標的偏差值相同，在雷達屏幕上會表現為所有的AIS目標符號向某一個方向偏離雷達回波，如圖4所示。此時應注意核實本船船位，必要時可以在船載主GPS中對船位進行修正，直到AIS目標符號接近雷達回波為止。

圖4 本船船位異常

1.2.2 目標船船位異常

當目標船的船位異常時，其AIS目標符號會偏離雷達回波，偏移量的大小和方向取決于船位誤差，此時其他的AIS報告目標顯示正常。當目標船的船位誤差很大時，AIS目標與雷達回波相差很大距離，很難將其認為來源于同一個目標，駕駛員會在雷達屏幕上看到錯誤的AIS目標，而周圍并沒有雷達回波，視覺瞭望也不能在該方位和距離上發現相關目標。尤其是在能見度不良、船舶密集區時，增大了駕駛員的精神壓力。因此當駕駛員對某個AIS目標的位置存在懷疑時，應通過VHF與其進行溝通來核實其位置。

2 航次相關信息異常

航次相關消息包括船舶吃水、目的港、預計到達時間、危險貨物類型，這些信息會隨著航次的變化而變化，需要駕駛員在每個航次開始前根據本航次的實際情況手動更改，見表2。在海上經常會發現某些船舶的AIS航次信息與實際不符，例如在成山頭分道通航帶里一艘南下船的AIS顯示目的港是大連，ETA是1 d前；在上海附近海域一艘北上船的AIS顯示目的港是深圳，ETA是3 d前。上述情況都是因為駕駛員沒有及時的更新航次信息。當駕駛員發現目標船航次信息與實際情況明顯不符時，應通過VHF溝通來協調避讓行動。

表2 AIS的航次相關信息

3 靜態信息異常

靜態信息在AIS設備安裝時設定，在正常使用情況下不需要更改，更新時機見表3。

表3 AIS的靜態信息

AIS設備要保證正常開機，除非船長認為AIS的工作影響船舶安全時才可以關閉設備，關閉原因和時間應記錄在航海日志中。大型船舶上AIS的使用是相對規范的，但是在漁船、拖船、內河船舶等小型船舶上的B級AIS的使用則更為混亂和隨意。為了逃避監管和懲罰，船舶在實施非法作業時(例如在禁漁期進行非法捕撈的漁船、違法采砂船等)通常會對靜態信息進行篡改或關閉設備，嚴重影響了內河和沿海的航行安全。

為了規范船載B級自動識別系統(AIS)應用，充分發揮AIS的航行安全保障作用，防止船舶隨意修改AIS設備信息，2015年7月1日中國海事局發布了《關于印發船載B級自動識別系統(AIS)新增技術要求的通知》[10]，其中規定：

1)靜態信息在AIS設備安裝時輸入，靜態信息只有在船舶變更船名、MMSI或船舶類型時才需要更改。

2)靜態信息應通過外部接口寫入AIS設備，不能通過人機界面進行更改。

3)要求AIS設備能自動記錄開關機時間，設備應能記錄并存儲最近不少于10次的開機和關機時間，同時設備每5 min查詢是否處于工作狀態，并記錄最近1次處于工作狀態的時間。開關機記錄可通過人機界面進行查閱，也可通過外部接口導出到移動存儲介質中。

隨著《關于印發船載B級自動識別系統(AIS)新增技術要求的通知》的實施，B類AIS的使用會更加規范和合理，人為導致AIS靜態信息異常的情況應該有所下降。

4 結論

AIS的異常信息會對駕駛員的判斷產生誤導，導致避碰行為不協調，從而造成緊迫局面甚至碰撞事故的發生，嚴重影響海上航行安全。借助于本文所提出的方法和措施，駕駛員在使用AIS的過程中可以熟練的判斷和分析出AIS中的異常信息，及時發現錯誤信息，避免過度依賴AIS信息而導致事故的發生。

[1] 關政軍，劉彤.航海儀器：上冊：船舶導航設備[M].大連：大連海事大學,2009.

[2] 孫文力，孫文強.船載自動識別系統[M].大連：大連海事大學,2004.

[3] 劉興龍,初秀民,馬楓,等.AIS報文異常動態信息甄別方法[J].交通運輸工程學報,2016(5):142-150.

[4] 甄榮,邵哲平,潘家財,等.基于統計學理論的船舶軌跡異常識別[J].集美大學學報(自然科學版),2015(3):193-197.

[5] 朱飛祥,張英俊,高宗江.基于數據挖掘的船舶行為研究[J].中國航海,2012(2):50-54.

[6] 魏照坤. 基于AIS的船舶軌跡聚類與應用[D].大連海事大學,2015.

[7] 張衛明,張炎華,鐘山.艦船GPS導航系統定位誤差仿真[J].系統仿真學報,2005(1):57-59.

[8] 王晨熙,王曉博,朱靖,等.雷達與AIS信息融合綜述[J].指揮控制與仿真,2009(2):1-4.

[9] 鄧術章,李光正,魯慧民,等.船用ARPA雷達與AIS信息融合的實現[J].船海工程,2009(6):145-148.

[10] 中國海事局.關于印發船載B級自動識別系統(AIS)新增技術要求的通知.[EB/OL].2015:1-.//http://sz.msa.gov.cn/Applications/Information/NewsView.aspx?infoid=08f592cb-535e-4626-8041-82e0b5c1e6f2.

Judgment and Analysis of Abnormal Information in Automatic Identification System

GAO Zong-jiang, ZHANG Ying-jun, LIU Jian-dao, DONG Hua

(Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian Liaoning 116026, China)

The causes of abnormal information in dynamic information, voyage related information and static information were analyzed and corresponding judgment method and measures were put forward. By taking the proposed judgment method and measures, the officer on watch can quickly identify abnormal information and avoid the occurrence of accidents on sea.

automatic identification system; abnormal information; navigation safety

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.050

2016-11-28

國家自然科學基金( 51479021)，大連海事大學教學改革項目(2016Y04，2016Y08)

高宗江(1987—)，男，碩士，講師

研究方向：交通信息工程及控制

U676.1

A

1671-7953(2017)04-0220-04

修回日期：2016-12-25