淺析AIS在船舶航行及避碰中的應(yīng)用

趙林娟 王俊榮 井彥達(dá)

中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300452

引言

雖然近年來我國的航海業(yè)發(fā)展較快，但是由于航海過程中的干擾因素較多，我國船舶在航海中出現(xiàn)碰撞事故的情況還是偶有發(fā)生，給國家和人民的生命安全造成了很大傷害，經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)也造成了很大損失。所以，為充分發(fā)揮出船舶避碰的作用，保護(hù)國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。我國加快了對船舶自動化系統(tǒng)的完善工作，AIS技術(shù)、監(jiān)測報(bào)警、海圖信息數(shù)字化技術(shù)得到了進(jìn)一步開發(fā)和迭代。讓船舶可以通過自動化系統(tǒng)進(jìn)行自動避碰，提高航海的安全性，保障經(jīng)濟(jì)貿(mào)易安全。

1 AIS基礎(chǔ)知識

1.1 AIS（自動識別系統(tǒng)）概念

AIS（自動識別系統(tǒng)）是一種高頻無線電數(shù)字通信技術(shù)，在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的支持下得到廣泛應(yīng)用。其主要功能是監(jiān)測船舶的靜態(tài)和動態(tài)信息，并將檢測到的信息進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)發(fā)。此外，還可自動接收、發(fā)送航次信息，并進(jìn)行安全提示。

1.2 船載AIS信息

船載AIS的主要功能是，幫助船舶觀測到更加全面的物標(biāo)信息和狀況，有效降低了船舶碰撞次數(shù)[1]。當(dāng)船舶停靠時(shí)，可以通過AIS向交管中心發(fā)送名稱、呼號、MMSI、IMO編號、天線位置等靜態(tài)信息；當(dāng)船舶在航行狀態(tài)下，AIS可以對船位、對地航速和對地航行、船首向、航行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測并自動發(fā)送信息，AIS還可以監(jiān)測到危險(xiǎn)品貨物類型、目的港及ETA、航線信息等動態(tài)信息。船舶駕駛員可以在AIS的幫助下接收和發(fā)送航行警告、天氣預(yù)報(bào)、靠地海底管線等安全提示信息。

1.3 AIS船載設(shè)備的基本構(gòu)成

各種類型的傳感器是AIS船載系統(tǒng)的重要組成部分。陀螺羅經(jīng)、計(jì)程儀、GPS等都是系統(tǒng)內(nèi)常見的傳感器。每種設(shè)備都有各自明確的分工，陀螺羅經(jīng)負(fù)責(zé)完成AIS由船艏向船首發(fā)出信息的任務(wù)；計(jì)程儀和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)需要完成的任務(wù)是AIS對速度的監(jiān)測，為AIS監(jiān)測船舶對地速度；GPS需要完成的任務(wù)主要是針對船舶進(jìn)行定位，為AIS確定船舶的具體位置；其他傳感器的任務(wù)是為AIS提供時(shí)刻變化的船舶參數(shù)。AIS將接收到的以上信息，發(fā)送到雷達(dá)和ECDIS等設(shè)備上。

2 AIS在船舶航行及避碰中的應(yīng)用

下面通過分析船舶中使用的“FA-150”的特點(diǎn)和應(yīng)用情況來講解AIS在實(shí)際航行中發(fā)揮的作用。

2.1 FA-150的基本特點(diǎn)

由組合天線和轉(zhuǎn)發(fā)器構(gòu)成的“FA-150”有以下優(yōu)勢。

一是“FA-150”對安裝位置要求不高。只要滿足一定條件，在船舶羅經(jīng)甲板上的任何地方，都可以進(jìn)行安裝。

二是“FA-150”的安裝程序較為便捷，且這種設(shè)計(jì)符合國際海事公約（IMO）對A類船舶裝備的要求。

三是“FA-150”的使用讓船舶的預(yù)警能力不斷提高。在實(shí)際航行中，如有發(fā)現(xiàn)其他船只進(jìn)入我船的預(yù)告警戒區(qū)，船舶就會發(fā)出警報(bào)以此提醒駕駛員，這個(gè)任務(wù)就是依靠“FA-150”的警報(bào)功能完成的。

四是“FA-150”內(nèi)置的自動診斷功能實(shí)效性較強(qiáng)。它的使用可以全面提高并維護(hù)好系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

五是“FA-150”在設(shè)計(jì)上具有很多接口，便于故障維修和外來設(shè)備的接入。

2.2 AIS在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢

2.2.1 AIS報(bào)告目標(biāo)的應(yīng)用。雷達(dá)的觀測會受到角度和環(huán)境的限制，如果船舶在多島礁水域、遮蔽物較多的水域，以及航道的彎頭航行時(shí)，雷達(dá)都無法觀測到物標(biāo)的真實(shí)情況。由于雷達(dá)只能探測到，可以反射雷達(dá)波的物體；而對于不能反射雷達(dá)波的物體，雷達(dá)是無法探測到的。所以大型島嶼和復(fù)雜的海岸地形，會由于無法反射雷達(dá)波或者被地形回波遮擋，導(dǎo)致雷達(dá)無法探測到環(huán)境的實(shí)際情況。而AIS的使用可有效解決雷達(dá)的以上問題。因?yàn)樵诶@射障礙物方面，AIS的能力更強(qiáng)。而且由于AIS不具備自主探測的配置，可以不去考慮島嶼等地形的觀測。

此外，天氣狀況也會對雷達(dá)的探測造成影響。如果駕駛員為降低雨雪等降雨雜波的干擾去使用FTC，就會削弱雷達(dá)回波。一旦控制不好，例如FTC調(diào)節(jié)幅度過大、雷達(dá)使用不正確等操作，都會造成小物標(biāo)數(shù)據(jù)的缺失。

2.2.2 AIS在船舶避碰中的應(yīng)用。駕駛員會使用VHF呼叫系統(tǒng)與其他船提前進(jìn)行溝通，避免在船舶密集海域，或者航道交匯地等危險(xiǎn)易發(fā)生碰撞的水域發(fā)生兩船相撞事故。在安裝有AIS的船舶上，如果接收到其他船的呼叫，AIS會先將他船的位置進(jìn)行確定。船舶會根據(jù)AIS確定的靜態(tài)信息和他船的船名呼號、具體位置、與我船的距離等信息，判斷出他船與我船相遇的可能性，為提前做好避開兩船相遇的應(yīng)急措施，爭取寶貴時(shí)間。

同時(shí)，AIS還具備比雷達(dá)更強(qiáng)的探測能力，可以發(fā)現(xiàn)15～30n mile范圍內(nèi)的目標(biāo)，比雷達(dá)探測的距離高出很多。可以幫助駕駛員了解更遠(yuǎn)距離的船舶情況，判斷其他船只與我船有會遇的可能性，以及是否需要采取行動以避開會遇場面。給駕駛員留出更多的思考判斷時(shí)間，可以提前做出判斷并采取必要行動，躲避碰撞，提高航行的安全性。

2.2.3 AIS在交通管理系統(tǒng)中的應(yīng)用。為適應(yīng)航運(yùn)業(yè)快速發(fā)展的要求，世界上各個(gè)港口的交管中心基本都已建立了VTS，而VTS在船舶交通管理中的作用越來越明顯[2]。AIS取代了VTS，改進(jìn)了VTS需要通過VHF信道與船舶聯(lián)系，才能取得船舶信息的劣勢；改進(jìn)了先用雷達(dá)識別信息，再通過人工輸入后，才能去對船舶進(jìn)行管理的落后方式。對于船舶量不大的情況VTS還可應(yīng)付，但若在船舶吞吐量較大的港口，VTS的功能和工作方式已無法勝任船舶的調(diào)度管理任務(wù)。AIS的投入使用，提高了交管中心的效率，保證了交管中心可及時(shí)獲得船舶的信息，能夠?qū)Υ斑M(jìn)行有效管理，進(jìn)一步保障了船舶的航行安全。

2.2.4 AIS的特點(diǎn)及優(yōu)勢。

2.2.4.1 雖然AIS在進(jìn)行工作時(shí)，要求對方船舶也要安裝同樣的AIS設(shè)備，而且只有在對方船舶AIS也在工作狀態(tài)時(shí)，才能探測到目標(biāo)的情況。但是由于雷達(dá)探測物標(biāo)的工作原理，是只能探測到可以反射雷達(dá)波的物體。使得雷達(dá)在夜間或者有烏云遮擋等條件不好的天氣環(huán)境下，屏幕上會出現(xiàn)大塊的回波，造成雷達(dá)判斷失誤，將低云的回波認(rèn)定為是船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)。且雷達(dá)有可能無法探測到被低云回波遮蔽的船舶物標(biāo)，從而出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息失誤。而以上這些問題，則不會出現(xiàn)在AIS系統(tǒng)中。AIS報(bào)告目標(biāo)受到天氣的影響較小，復(fù)雜的海洋狀況也不會影響到AIS的功能，因此AIS可以準(zhǔn)確判斷是否有船舶被低云回波遮蔽。

2.2.4.2 AIS電波一般不會受到障礙物和地形地貌的影響，因?yàn)楹屠走_(dá)相比，AIS具備更強(qiáng)的繞射能力，所以AIS可以應(yīng)用于很多特殊的區(qū)域，例如彎曲河道、島嶼的背面等情況，都可使用AIS進(jìn)行探測。與AIS相比，雷達(dá)波由于繞射能力弱會較多地受到障礙物遮擋的影響，所以在復(fù)雜水域航行時(shí)，只有利用AIS對物標(biāo)進(jìn)行探測才能保證探測數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確，幫助駕駛員做出正確的判斷。

2.2.4.3 AIS的應(yīng)用，可以綜合處理衛(wèi)星定位、信息處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多項(xiàng)任務(wù)，多應(yīng)用于港口監(jiān)控和VTS中心。以幫助港口更好地處理AIS通信數(shù)據(jù)信息，并快速地獲得船舶的貨物信息和其他相關(guān)信息。讓交管中心能夠隨時(shí)掌握船舶的動態(tài)信息，幫助港口對船舶進(jìn)行更為安全、有效的管理。

3 關(guān)于AIS的認(rèn)識

3.1 AIS在應(yīng)用中存在的不足和注意事項(xiàng)

AIS的問題主要是在對信息的獲取上，由于AIS需要我方船只和對方船只都配備AIS系統(tǒng)，并且需要雙方都處于工作狀態(tài)，才能取得對方船舶的信息。如遇到對方船只未配備AIS或者遇到AIS處于關(guān)機(jī)的狀態(tài)，AIS就無法發(fā)揮作用。既無法得到對方船的數(shù)據(jù)信息，又無法對遇到的情況進(jìn)行預(yù)判并采取有效行動。因?yàn)閲H海上避碰規(guī)則第七條第三款規(guī)定：不應(yīng)當(dāng)根據(jù)不充分的資料，特別是不充分的雷達(dá)觀測資料做出推斷。所以通過AIS得到的信息由于不十分準(zhǔn)確會被定為“不充分的資料”，導(dǎo)致駕駛員無法通過AIS來判斷當(dāng)前的實(shí)際情況。

AIS的功能和優(yōu)勢得到認(rèn)可，但是在實(shí)際應(yīng)用中也存在著一些不足[3]：

3.1.1 由于AIS不具備自主探測的能力，也無法對島嶼和岸線進(jìn)行探測，會造成駕駛員無法觀測到船舶物標(biāo)回波。但在來往船只較多的海峽或者處在多島嶼的區(qū)域，可操縱水域是船舶避碰的前提，只有在離岸距離足夠安全的前提下去進(jìn)行避碰才能保證船只安全不擱淺。

3.1.2 AIS對地速度和對地航向數(shù)據(jù)的獲取，是通過地理坐標(biāo)WGS-84來完成的，所以環(huán)境因素會影響到船舶在實(shí)際航行時(shí)進(jìn)行避碰。需要依靠對水速度和船首向的數(shù)據(jù)來做出避碰的判斷。所以AIS需與雷達(dá)等系統(tǒng)配合，才能適應(yīng)現(xiàn)代航海的需求，進(jìn)而有效進(jìn)行船舶避碰。

3.1.3 AIS設(shè)備有A、B之分，在應(yīng)用時(shí)也會有所區(qū)別。小型船舶一般多使用B類AIS設(shè)備，常用于漁船等船只。B類AIS設(shè)備由于發(fā)射功能弱，傳達(dá)信息和更新信息的時(shí)間都會比雷達(dá)時(shí)間還要長。所以，B類AIS設(shè)備在安全上還不能有很大保障，無法解決漁船出現(xiàn)速度突變或者突然大幅度轉(zhuǎn)彎等事件。而且在漁船停車漂航情況下或者受到流速的影響時(shí)，AIS會發(fā)生信息不穩(wěn)或者報(bào)警失誤的情況，都會影響駕駛員進(jìn)行合理判斷。

3.1.4 AIS無法解決突發(fā)問題[3]。如果船只遇到海盜，或者出現(xiàn)海盜通過操縱AIS信息讓駕駛員將海盜船認(rèn)定為普通商船或是遇難船，從而做出了錯誤的行動，進(jìn)而讓海盜控制船舶的情況，會給船舶造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。國際海上避碰規(guī)則第五條規(guī)定：每一船舶在任何時(shí)候應(yīng)用視覺、聽覺以及適合當(dāng)時(shí)環(huán)境和情況的一切可用的手段保持正規(guī)的瞭望，以便對局面和碰撞危險(xiǎn)做出充分的估計(jì)。按照此規(guī)則，駕駛員不能僅依靠AIS就去做出判斷，要嚴(yán)格按照避碰規(guī)則要求合理使用AIS，并對其他船只是否安裝AIS或者是否處于開機(jī)狀態(tài)有一個(gè)清醒的認(rèn)識。不能輕易采取行動，避免對航行安全產(chǎn)生不利的后果。

3.2 解決的方法

如何解決AIS在實(shí)際應(yīng)用中的不足和出現(xiàn)的問題，我認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面去分析和解決：

3.2.1 AIS與雷達(dá)APRA綜合運(yùn)用。實(shí)際航行中會綜合使用到雷達(dá)和AIS來得到目標(biāo)信息，在航行遇到他船時(shí)，可以先通過AIS來對他船的類型和航行狀態(tài)有一個(gè)初步了解。然后通過VHF與他船進(jìn)行溝通，判斷是否可以進(jìn)行各自避碰。再利用雷達(dá)跟蹤目標(biāo)信息。最后利用AIS報(bào)告的目標(biāo)信息進(jìn)行判斷是否需要避碰。這樣做出的避碰行動綜合運(yùn)用了AIS和雷達(dá)會讓避碰效果更好，保證航行安全減少事故發(fā)生。

3.2.2 AIS與ECDIS綜合運(yùn)用。為滿足航運(yùn)事業(yè)發(fā)展的需要，電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）也被大量的船舶安裝使用，成為舶助航儀器之一。ECDIS可以綜合顯示航標(biāo)、海岸線和水深等的數(shù)據(jù)信息，會比雷達(dá)探測到的岸線回波更直觀，可以為駕駛員提供更加準(zhǔn)確的航行信息，從而提高船舶的綜合操控能力。

4 結(jié)束語

AIS技術(shù)雖然不是十分完美，但是AIS的使用對中國航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。AIS與VTS綜合運(yùn)用，對提高船舶管理水平也發(fā)揮了重要作用。在實(shí)際航行中，與雷達(dá)配合使用可以為駕駛員提供更為準(zhǔn)確的物標(biāo)信息，保證了船舶安全，為航運(yùn)事業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。