淺析AIS 在船舶防碰撞系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉洪磊，米映霖

（1.中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采辦共享中心，天津 300452）

AIS 是能夠提高船舶海上航行安全的重要技術(shù)，自2002年7月全球開始實(shí)施應(yīng)用AIS 系統(tǒng)以后，我國(guó)的船舶防碰撞系統(tǒng)研究與實(shí)踐應(yīng)用就已經(jīng)全面展開。作為一種實(shí)現(xiàn)船舶防碰撞自動(dòng)化、有效規(guī)避船舶海上事故的高新技術(shù)，時(shí)至今日它依然是全球航海技術(shù)研究發(fā)展的前沿課題。

1 AIS 系統(tǒng)的基本概念與船舶防碰撞系統(tǒng)應(yīng)用原理

1.1 AIS 系統(tǒng)的基本概念

AIS 是一種以廣播應(yīng)答器為核心系統(tǒng)、擁有VHF 波段的船舶安全運(yùn)行設(shè)備，它可面向海岸上船舶管理部門即時(shí)發(fā)送信息，專門提供船舶航行的具體位置、船位、相對(duì)距離、航速、航線、航向以及轉(zhuǎn)向速度等等重要指標(biāo)。同時(shí)，AIS 可獲取本船體周圍大約20海里范圍內(nèi)的所有目標(biāo)船信息，為船舶合理防碰撞提供有利科學(xué)依據(jù)。從對(duì)AIS 系統(tǒng)的通信系統(tǒng)功能應(yīng)用研究來看，它擁有可媲美雷達(dá)一般的可視范圍，但是目前它還缺少針對(duì)船舶碰撞危險(xiǎn)判斷的重要信息傳達(dá)及反饋功能，同時(shí)這也導(dǎo)致它在船舶防碰撞決策信息提供方面表現(xiàn)薄弱。因此為了提高AIS 系統(tǒng)的功能性與應(yīng)用安全可靠性，還需要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)功能表現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)深度分析。

1.2 船舶防碰撞系統(tǒng)的基本應(yīng)用原理

AIS 系統(tǒng)雖然有相當(dāng)強(qiáng)大的周圍船舶信息識(shí)別功能，但在船舶防碰撞判斷與防碰撞決策系統(tǒng)能力方面卻表現(xiàn)薄弱，因此還需要為船舶設(shè)計(jì)一套船舶防碰撞系統(tǒng)。一套完整的船舶防碰撞系統(tǒng)應(yīng)該包括傳感器部分，專門感應(yīng)本船以及目標(biāo)船的基本信息數(shù)據(jù)；防碰撞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于分析、判斷和確定船舶的防碰撞方案。船舶防碰撞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擁有專門的輸入輸出接口，主要用于存儲(chǔ)本船的所有目標(biāo)信息與電子海圖信息，它其中囊括了大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與防碰撞智能軟件技術(shù)兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；操船機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，它專門實(shí)施各種船舶防碰撞方案，所以它擁有智能舵、自適應(yīng)舵以及計(jì)算機(jī)；最后就是船舶本體，它屬于被控對(duì)象部分。

目前的船舶防碰撞系統(tǒng)中還配備有雷達(dá)標(biāo)繪儀、計(jì)程儀和陀螺羅經(jīng)。其中雷達(dá)主要用于獲取目標(biāo)船和本船的相對(duì)位置信息，計(jì)程儀以及陀螺羅經(jīng)主要用于獲取本船航向及航速等重要指標(biāo)信息，這些數(shù)據(jù)信息都將成為船舶防碰撞系統(tǒng)的最寶貴原始數(shù)據(jù)信息。

雖然船舶防碰撞系統(tǒng)內(nèi)部軟硬件配備相當(dāng)完善，但客觀講在經(jīng)過大量的實(shí)踐操作應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)它還是存在一定問題。比如說它的傳感器不夠靈敏，存在一定的傳感功能應(yīng)用局限性。舉例來說，像針對(duì)某些隱藏于暴雨、海浪以及陰影中的盲區(qū)目標(biāo)系統(tǒng)并不能作出準(zhǔn)確判斷，甚至無法探測(cè)到目標(biāo)船的存在。這說明它的濾波平滑處理技術(shù)應(yīng)用上存在明顯問題，常常會(huì)濾波問題而出現(xiàn)遺漏、錯(cuò)誤判斷、丟失目標(biāo)的現(xiàn)象，同時(shí)它的智能防碰撞軟件在功能擴(kuò)展與完善方面也不夠到位，這讓傳播防碰撞系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展陷入困頓。

2 AIS 應(yīng)用于船舶防碰撞系統(tǒng)中的技術(shù)分析

AIS 系統(tǒng)中擁有GPS 全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機(jī)、GPS 差分GPS 接收機(jī)、同步世界時(shí)UTC、計(jì)程儀以及陀螺羅經(jīng)等等設(shè)備。將它融入到船舶防碰撞系統(tǒng)中主要是希望發(fā)揮它的信息傳播功能，替代原防碰撞系統(tǒng)中的傳感器作用，同時(shí)強(qiáng)化系統(tǒng)的傳感功能、通信功能與目標(biāo)識(shí)別功能。

2.1 AIS 識(shí)別與傳感功能在船舶防碰撞系統(tǒng)中的技術(shù)應(yīng)用

一般來說，船舶防碰撞系統(tǒng)需要甄別的防碰撞信息主要包括了目標(biāo)船與本船的最近會(huì)遇距離、目標(biāo)船到達(dá)最近會(huì)遇距離點(diǎn)的時(shí)間以及其它防碰撞參數(shù)等等。此時(shí)可采用AIS 系統(tǒng)的自動(dòng)標(biāo)繪功能，為本船和目標(biāo)船同時(shí)提供碰撞參數(shù)，該碰撞參數(shù)的傳播完全不受到海上氣象與海況等客觀因素影響，它相比于船舶防碰撞系統(tǒng)所固有的傳感器在標(biāo)繪方面表現(xiàn)更精確，也可實(shí)時(shí)安全完成信息識(shí)別與通訊。在運(yùn)用AIS 系統(tǒng)過程中，一定要對(duì)兩船的安全會(huì)遇距離進(jìn)行量化處理，同時(shí)分析計(jì)算其它防碰撞信息所提供的量化基礎(chǔ)，然后對(duì)本船的船長(zhǎng)、目標(biāo)船位置的濾波結(jié)果方差進(jìn)行計(jì)算，最后得出安全會(huì)遇距離的最小值，結(jié)合這一最小值就可做到與目標(biāo)船之間的安全防碰撞，其計(jì)算公式應(yīng)該如下：

SDAm=（L0+LT）+（2xP）+（L0xπ/135+LTxπ/45）

如果通過AIS 判斷分析得出目標(biāo)船的位置濾波結(jié)果方差P為100m，那么也就表明本船與目標(biāo)船的長(zhǎng)度均為100m，此時(shí)結(jié)合上述算式代入數(shù)據(jù)，可計(jì)算出船舶的安全會(huì)遇距離最小值SDAm。

2.2 AIS 通信功能在船舶防碰撞系統(tǒng)中的技術(shù)應(yīng)用

AIS 系統(tǒng)所提供的通信功能很強(qiáng)，它能夠發(fā)送或接收來自于本船或目標(biāo)船的所有操船意圖。在實(shí)際的船舶航海過程中，需要利用AIS 了解雙方船舶重要基礎(chǔ)信息內(nèi)容，就有效提升本船與目標(biāo)船的相互“交流溝通”情況。通常情況，AIS 是通過它的VHF頻段天線實(shí)現(xiàn)通信的。它首先可以面向目標(biāo)船發(fā)送本船避讓意圖，然后配合防碰撞系統(tǒng)提出決策，再利用AIS 所分析得出的AIS 避讓參數(shù)、避讓幅度以及避讓時(shí)機(jī)做到與目標(biāo)船之間的合理避讓，保證船舶之間相互安全。

3 結(jié)束語

AIS 系統(tǒng)應(yīng)該與當(dāng)前的船舶防碰撞系統(tǒng)合二為一，聯(lián)合應(yīng)用發(fā)揮最大安全效力，突破雙方彼此在技術(shù)功能應(yīng)用上的局限性，不斷優(yōu)化船舶航海自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程。