AIS船舶自动识别系统

AIS船舶自动识别系统
简介
AIS成立于1994年，是当前信息系统领域最顶级的全球纯学术专业的组织，现有来自90多个国家和地区全球会员4000多名。

AIS统一地以MIS 学科世界代理人身份在国际学术界出现，大大提高了MIS学科在世界学术界的声誉及影响力。

AIS也开始较为独立地研究创立MIS学科核心标准课程。

在与其它MIS学科有关的学术团体，如ACM、AITP和IFIP合作的基础上，经过三四年的踏实工作，于1997年推出了由MIS学科自身学术团体为主创立的MIS标准核心课程方案，为世界各主要大学的MIS专业所采纳使用。

AIS 系统
一、概念
AIS系统是船舶自动识别系统（Automatic Identification System）的简称，由岸基（基站）设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。

船舶自动识别系统（AIS）由舰船飞机之敌我识别器发展而成，配合全球定位系统（GPS）将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频（VHF）频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。

目前 AIS 已发展成通用自动识别系统（UAIS）。

二、功能
AIS的正确使用有助于加强海上生命安全、提高航行的安全性和效率，以及对海洋环境的保护。

AIS的功能有：
1、识别船只；
2、协助追踪目标；
3、简化信息交流；
4、提供其它辅助信息以避免碰撞发生。

AIS能加强了船舶间避免碰撞的措施，增强了ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，在电子海图上显示所有船舶可视化的航向、航线、船名等信息，改进了海事通信的功能，提供了一种与通过AIS识别的
船舶进行语音和文本通信的方法，增强了船舶的全局意识，使航海界进入了数字时代。

三、起因
通过岸基雷达搜集目标信号的船舶港口交通管理系统被称为VTS，通过船基雷达搜集目标信号并显示自标的航向、航速以及能模拟避碰的雷达被称为ARPA避碰雷达。

二十世纪七、八十年代，是VTS、ARPA雷达长足发展的黄金时期，几乎全球的所有的港口都安装了VTS，全部的远航船舶都安装了ARPA雷达。

从1978 年到1999年的21年间，我国就建造了20个不同规模、不同类型的VTS站（不包括台湾）。

VTS、ARPA雷达比以前的同类产品的性能的确提高了一大步，一时被人们用”完美无缺”来形容。

VTS中心的显示屏上可以看到通过岸基雷达接受到船舶的回波（目标），工作人员需要通过VHF直接询问、VHF通话加 VHF测向、VHF短消息等手段来获得该船的船名并对该目标进行标识。

经标识过目标其标识会始终跟随船舶（目标）航行，直到船舶（目标）驶离VTS区域。

为获得船名并在显示屏上确认其位置，VHF与船舶通话是相当平凡的。

进人VTS中心机房，”正横某某灯浮的船舶船名是什么？””请报船名。

””请行驶到报告线后再报船名。

”等VHF通信叫喊声叫个不停，叫喊声已经成了VTS中心的一大特色，通过 VHF 确认船名和位置的工作花费了VTS中心中心人员的相当大的精力，对VTS的功能是一个削弱。

随着航海事业的发展和人们航海通信导航仪器的要求提高，VTS和ARPA雷达无法直接标识目标的问题就突出了。

四、问题
在VTS和ARPA雷达上直接标识目标（AIS）需要解决的问题有：高精度的定位手段、船舶全球唯一的编码MMSI码、自控时分多址联接（SOTDMA）的技术、电子海图等。

这些技术难题已全部解决。

高精度的定位手段及全球卫星定位系统（民用GPS）的定位已经可以保证优于10m的精度（实测可达3m精度）。

符合了AIS的定位要求。

船舶全球的唯一编码MMSI码又叫船舶识别号。

每一艘船舶从开始建造到船舶使用结束解体，给予一个全球唯一的MMSI码。

IMO于1987年就通过推广应用MMSI码的决议。

SOTDMA（自控时分多址联接）技术是通过数据打包链接的技术。

AIS技术标准规定：每分钟划分为4500个时间段。

每个时间段可发布一条不长于256比特的讯息，长于256比特的讯息需增加时间段。

每条船舶会通过询问（自动）选择一个与他船不发生冲突的时间段和对应的时间段来发布本船的讯息。

在统一的VHF的频道上，AIS范围内任何船舶都能自行互不干扰地
发送报告和接受全部船舶（岸站）的报告，这就是SOTDMA的技术核心。

AIS 系统（在同一区域）能同时容纳200—300艘船舶，当系统超载的情况下，只有距离很远的目标才会被放弃，以保证作为AIS船对船运行主要对象的近距离目标的优先权。

在实际操作中，系统的容量是不受限制的，可同时为很多船只提供服务。

在实施SOTDMA中，需要2个AIS专用的VHF频道，已有有关组织向国际电联申请并获得批准。

电子海图显示与信息系统（ECDIS）是现代航海的一项新技术，它在保障航行安全和提高航行工作效率方面发挥着显著的作用。

ECDIS不仅只是在计算机上显示电子海图，而是为驾驶员集成了各种相关航行信息的实时航行监控与显示系统。

ECDIS能自动地实时计算本船与陆地、海图上的物标、目的地或潜在的危险物的相对位置，可以说将航海安全技术提升到了一个全新的高度。

五、报告
5.1、报告种类
报告种类很多，主要有：船位报告、基地台报告、信道管理等十三种，报告的长度比特数（两进制的数字）从168比特到1192比特不等。

船位报告中包含：信息识别码（6比特）；用户识别码（30比特，MMSI码）；航行状态（2比特，0=在航行中；1=锚泊；2=未受指令；3=灵活性受限制）；经度（28比特，1/10000度，±180度，东为+，西为-，最小单位≈0.1852米）；纬度（27比特，l/10000度，±90，北为+，南为-）等字段。

总共用168比特表示。

5.2、船舶报报告频率
船位报告的频率为：
船型：报告频率
锚泊船：3分钟/次
0-14节航速的航船：12秒/次
航速为0-14节并且在改变航向的航船：4秒/次
14-23节航速的航船：6秒/次
航速为14-23节并且在改变航向的航船：2秒/次
超过23节航速的航船：3秒/次
航速超过23节并且在改变航向的航船：2秒/次
船舶静态信息及与航程有关的信息，每6分钟更新一次或按要求（自动反应，无须用户操作）更新。

六、DSC
先于AIS系统的是数字选呼性呼叫（DSC），其基本方法是在VHF 70
频道上以DSC方式自动发出询问信息，接收到询问的船只以同样的频道将本船的基本信息发送回询问方。

DSC询问采用广播的方式，通过信息中的地址码判断询问的对象，被询问的船才会回应，其余船只不响应。

该系统已经利用了数字式自动传输技术，并将船舶的位置信息与电子海图结合起来，对船位等已能显示。

尽管DSC系统与原先的产品相比，优点非常突出，但是IMO还是认为过早地定标对科技发展不利，DSC技术仍有发展的可能。

1996年9月，在IMO NAV42次会议上，各成员国在DSC和AIS系统的选择问题上进行了深入的讨论。

考虑到未来的通信，决定采用更加先进的AIS系统。

七、要求
国际海事组织规定安装自动识别系统（AIS）的具体要求所有300总吨及以上的国际航行船舶，和500总吨及以上的非国际航行船舶，以及所有客船，应按如下要求配备一台自动识别系统（AIS）：
在2002年7月1日之前建造的国际航行船舶：客船不迟于2003年7
月1日；液货船不迟于2003年7月1日以后的第一个船检日；除客船和液货船外的50，000总吨及以上的船舶，不迟于2004年7月1日；除客船和液货船外的10，000总吨及以上但小于50，000总吨的船舶，不迟于2005年7月1日；除客船和液货船外的3，000总吨及以上但小于10，000总吨的船舶，不迟于2006年7月 1日；除客船和液货船外的300总吨及以上但小于3,000总吨的船舶，不迟于2007年7月1日。

八、影响
自从VTS中船舶识别问题被重视和AIS的观点被提出，国际海事组织对船舶识别和AIS的讨论、研究、论证、极限测试、定标、推广等方面的工作研究从未间断过。

每年都要召开多次AIS方面的会议并做出相应的决定。

国际海事组织安全委员还成立了专门的AIS小组，统一协调AIS工作和进程。

AIS方面的研究是一项巨大的工程，其讨论、研究、论证、极限测试、定标、推广等方面的工作需要参与国际海事组织的各成员国合作参与，有的测试、定标等工作的部分费用由国际海事组织支付的，没有我国参与这方面工作的报道。

查阅有关的会议文件，我国曾派员参加了有关会议，但很少有参与船舶自动识别系统讨论和发表论文。

我国对AIS方面的研究是处在相当贫乏的位置。

8.1、AIS、VDR、ECDIS 的关系
船舶自动识别系统（AIS）、船载航行数据记录仪（VDR）、电子海图和信息系统（ECDIS是各自独立的系统，但又是紧密联系的。

船舶自动识别系统、船载航行数据记录仪获得的数据需要在电子海图和信息系统上显示；船舶自动识别系统和船载航行数据记录仪能互相引证其数据的准确性，其标准需要一致，所以国际海事组织把ECDIS、AIS、VDR放在一起研究、计论和定标。

AIS、VDR两者有着不可替代的互补功能。

AIS的船舶能实时获取周边安装使用AIS船舶的船名、呼号、船长、货物种类等船舶静态数据，和航向、航速、位置、相对距离等船舶航行动态数据；VDR能在事故后保存记录数据并恢复和再现这些数据，对事件的还原准确程度和对事故原因分析提供原始数据的程度是传统的方法无法比拟的。

8.2、AIS实施以后对船舶避碰的影响
AIS系统在没有岸站的情况下同样会自成系统，显示周边船舶的航行动态。

开阔水域的船舶相对比较少，由于AIS系统有把最近的一艘船舶作为主要对象船，并将其主要数据显示在显示屏上的功能。

很自然，AIS系统会把对方船的主要数据显示在显示屏上，显示目的是便于船舶之间的避让和相互沟通。

就是万一避让不当，造成两船发生碰撞事故时，由于对方船的数据自动保存在AIS系统中，现场就可抓紧时间确认碰撞事实和了解损失情况等，不必象以前那样先要询问对方船名，船公司名称等基本数据。

在了解事故情况和调查阶段，由于AIS系统会把对方船的航行数据自动保存的功能，双方的动态一清二楚，事故的责任自然很容易判别。

就是有一方有意篡改也是徒劳的。

8.3、AIS实施以后对VTS、ARPA的影响
AIS实施以后对VTS、ARPA的影响是相当大的，对VTS来说，可扩大VTS的工作范围，可提高VTS精度，船舶的识别从无到完善，可提高VTS作人员的工作效率。

VTS工作人员使用VHF通信叫喊声不断的状况一去不复返了，VHF通信叫喊声再也不是VTS中心的特色了。

AIS实施以后VTS为航海保障会起到更好和应有的作用。

对ARPA来说，AIS实施以后在识别目标和协助船舶避让方面会有长足的进步，对减少碰撞事故会起到很好的作用。

AIS也不是万能的，对一些没有安装AIS的小型船舶，AIS无法发现。

关于“AIS无法发现小型船舶”一事，可在AIS实行一段时间后，通过推广小型船舶安装价格便宜简易AIS设备来解决。

8.4、AIS实施以后对航标的影响
航槽的开挖是一项大投入的工程。

航槽的设计，一般是在满足安全要求的前提下，开挖的越乍越经济。

为了让船舶看清航槽的位置，航槽两侧需要设置航标。

由于航标设在流动的水中，受水流的影响漂移半径在10—30米左右。

为了达到同样的安全系数，航槽只好相应加宽。

在AIS系统情况下就不同了，电子航标的位置是不受水流的影响而移动的，在同样的安全系数的情况下，可以降低对航槽开挖宽度的要求。

从而降低航槽建设成本。

灯浮是容易漂移的航标，一但漂移，容易造成船舶的搁浅。

在AIS系统下可完全改变这一状况。

由于AIS状态下的电子航标是不会移位的，因灯浮漂移而造成船舶搁浅的因素也就不成立，部分搁浅事故也就可以避免。

如果在AIS系统情况下仍需要现行的实物航标的话，只要在现行灯标体上安置一台AIS设备就能解决。

当灯标发生移位时，移位了的灯标上的AIS
设备就能把移动了的位置报告出来并报警，对航行安全是非常有好处的。

目前沉船标的设置需要审批，周期比较长，沉船标显示的讯息如左侧标，独立碍航标等内容也比较少。

在AIS系统情况下，每一艘船舶都可以使用短消息等手段发布沉船消息，在船舶沉没到沉船标抛设期间，船管理部门可以设电子沉船标，电子沉船标不仅可以包含一个具体坐标位置，不仅包含如左侧标、独立碍航标等简单信息，还可以包含一个具体的警告区域（面积）并备注有相关信息和危急等级的综合信息。

当因潮流等因素沉船移位需要移动沉船标时，现行的沉船标移位需要人力物力，而在AIS系统情况下只要轻轻点击鼠标就能完成对沉船标移位。

8.5、AIS实施以后对航行警告航行通告的影响
现行的部分航行警告航行通告的内容，如超大型船舶的长距离拖带、沉船等将会被全新的AIS系统的船舶告知方法所取代。

目前超大型船舶的长距离拖带，除了航行许可的审批外，还须要对超大型船舶长距离拖带的特殊性和何时出发，何时到达（经过）某地等可能需要他船进行协助避让的事项发布航行警告，以便接收到该航行警告的船舶可估计相遇时间从而主动协助避让。

AIS实施以后，超大型船舶的长距离拖带的航行警告将被AIS标识有超大型船舶特殊信号的显示界面所取代，根据需要，这种超大型船舶特殊信号接近到一定的距离时可被设置为报警，提醒操纵者重视，其效果要远比现行发布航行警告要好许多。

象大风警报，抢险救助等方面的航行警告，肯定会于现行的做法有较大的区别，其结果会大大提高工作效率和便于用户。

九、应用
船舶自动识别系统受外界自然因素干扰少，它在船舶导航、避碰、船舶通信、船岸通信、海上搜救、海事调查等方面发挥独特而重要的作用。

航行于开阔水域的船舶不用VHF无线电话的通话便可自动获得来往船舶的各类信息;航行于限制水域的船舶不仅可自动获得其他船舶的信息，而且通过VTS的广播获得各类航行信息和港口信息。

这样可在最大程度上人为防止船舶碰撞和各类海难事故的发生，为航运界带来了前所未有的安全感。

现代国际航运为了降低营运成本，正朝船舶大型化、高速化和全自动化的方向发展，为保证船舶航行安全和保护海洋生态环境需要船舶自动识别系统。

船舶自动识别系统还可以改变航运企业的经营和管理方法，在船舶自动识别系统应用方面BLM-Shipping已经把船队管理、船舶定位与追踪和航次管
理集成到一个平台上，把航运企业推向电子商务时代，大大提高航运企业的管理效率和服务水平。

AIS 告警指示信号
AIS (Alarm Indication Signal) 告警指示信号，常见于电信设备上的红色指示信号。

在计算机网络仿真里面也用到这种特殊模式的信号。

在TDM比特流里，他的出现表示上游AC出现中断。

在E1，T1和E3，他是一定长度的全1序列，这是一个不可知结构。

在T3他是以帧的形式出现，只能被可知结构的NSP处理
AIS应用与发展
AIS在VTS中的应用
1) 增强船舶的识别能力。

对本船船位、本船航向、本船对地航速等数据，雷达获得的是历史航迹的平均值，AIS获得的是瞬时数据，因此，AIS 精度高于雷达精度。

雷达只能获得船舶的动态信息，当两船交叉会遇或船舶密度较大的区域经常出现标号交换或跟踪丢失现象；而AIS传输的信息不仅包括船舶的动态信息，而且还有静态信息，数据丢失现象几乎不存在。

2) 提高动态跟踪能力，扩大跟踪范围。

AIS数据能被其他的AIS台站、转发台接收，在VHF无线通信频率的最大接收范围内接收船舶的信息，跟踪精度高。

GPS/DGPS提供的船位数据精度小于5 m，使跟踪分辨率、精度大幅度提高，跟踪矢量稳定时间短。

雷达数据处理延时约20个天线扫描周期时，大约1.5 min，而采用AIS信息跟踪，可直接获取目标的动态数据予以标识，无稳定时间，跟踪可靠性高。

传送数据不受气象、海况影响，用国际专用频道、SOTMA技术信息交换，可显著提高跟踪的可靠性。

3) 融合并补充VTS功能。

船用导航设备雷达/自动雷达标绘仪ARPA ( automatic radar p lotting aid)提供的信息量非常有限，不能识别他船与操船意图，尤其在狭水道、航道弯曲处、岛屿的后面、船舶密度大的水域以及遭遇恶劣气象、海况环境时，自动跟踪功能存在误跟踪、丢失目标情况，甚至不能探测到目标，而且随着观测距离增加，对目标的测量精度与分辨率均会下降。

由于AIS采用VHF波段作无线通信链路，其抗海浪和雨雪干扰的能力优于普通雷达，捕获和跟踪目标的能力更为有效，AIS的通信链路能保持良好连接，可以弥补雷达在恶劣天气条件下无能为力的缺陷。

雷达电波只能直线传播，当船舶被其他船舶或高大物体遮掩时，就形成了雷达的盲区，AIS也可以弥补雷达这方面的缺陷。

4) 基于AIS的VTS性价比优良。

由于AIS具有良好的遥控性能，一个控制站台可以遥控多个基站，通过少量控制站和大量的基站就可以覆盖广泛的区域，而AIS基站的投资相对于雷达站成本低得多。

在交通密度低的港口，装备AIS的船舶可在没有岸台情况下自身形成“无人VTS”;在繁忙
的港口，AIS将减少VTS操作员的工作量并使他们在交通管理、信息服务和其他任务方面提高工作效率。

AIS应用于水文气象信息的实时发布
将水文气象信息的格式预先在国际航标协会IALA ( international association of marine aids to navigation ligthouse authouities)进行登记，就能实现国际性应用。

水文气象信息一般包括风速的平均值、风向、水位、水温、气温、不同浓度的流速与流向、潮汐信息等。

基于AIS的船位报告应用
AIS使船位报告更加准确、快捷，广播式AIS可自动、连续发送船舶航行信息或按查询要求插入船舶和航次信息，经无线到有线通信网，送入报告站，再转送入计算中心，计算中心按系统需求将所有船舶按规定时间、周期及所需的信息建立数据库，并结合拥有的船舶静态数据、电子海图及气象数据等，按用户要求进行分析、处理，为搜救部门提供船舶信息及搜救决策服务信息，为各船公司提供转发服务。

船舶AIS与电子地图显示技术集成为“BLM-Shipping系统”，接收船舶AIS数据，提供直观的船舶定位，实时动态查询及历史轨迹追踪服务，因此在海事管理方面有广阔的应用前景，对船舶交通管理具有监督能力，对运输船队有调度、营运的管理能力，对船舶进出港口具有领航能力，对船舶遇险有搜救能力，对船舶海上航行有航行警告和气象信息的能力方面都有很大的帮助。

基于AIS的航标遥测遥控系统应用
AIS航标遥测遥控系统由自动化航标设备及AIS应答器2部分构成，与现行的航标遥测遥控系统相比有以下几个优点：无需申请遥测遥控频道而直接使用AIS国际专门频道CH87B、CH88B传输数据；可以省却专用的通信网络建设，只需配置航标设备和AIS应答器; AIS的开放系统互联工作模式使其能够方便地接入Internet，使航标主管部门通过互联网来监测、管理航标设施；航标信息同样可以实现类似于“船- 船”工作模式的应用; A IS 还可作为虚拟航标应用。

虚拟航标既可以是某一个具体航标设施的虚拟化，也可以是一个虚拟的航标系统。

AIS航标遥测遥控系统具有设备少、投入成本低、建设周期短、功能强大、方便易行等优点。

随着AIS技术的不断完善和发展，AIS在海事管理方面的应用也将不断地得到拓展，AIS作为一种新兴的科学技术促进了海事管理的信息化和智能化建设，AIS与其他信息技术的结合积极地推动了“数字海事”的建设。