AIS与现代航海技术的关系及对未来航海的影响

第28卷　第4期

大连海事大学学报

Vol.28,No.42002年11月

Journal of Dalian Maritime U niversity

Nov.,2002

文章编号:100627736(2002)0420046205

A IS 与现代航海技术的关系及对未来航海的影响

Ξ

赵丽宁,赵德鹏,谷　伟

(大连海事大学航海动态仿真与控制实验室,辽宁大连　116026)

摘要:在介绍船舶自动识别系统组成、

功能及技术特点的基础上,详细分析了船舶自动识别系统与现代先进的航海技术的关系及其相互作用,从船舶避碰和航运信息化建设等方面分析论述了船舶自动识别系统对未来航海的影响.

关键词:船舶自动识别系统;导航;避碰;

电子海图显示与信息系统

中图分类号:U665 文献标识码:A

0　引言

船舶自动识别系统(Automatic Identification System ,简称A IS )是一种新型的船用助航设备,由几个国际组织,特别是国际海事组织(IMO )、国际航标协会(IALA )、国际电工协会(ITU 2R )共同研究确定其功能及性能标准.系统的应用目的是充分改善海上航行安全,为船舶驾驶员提供更好的监视和控制船舶航行的能力.

A IS 作为一种新型的船舶导航通信设备,将在船舶导航、船舶避碰、船船通信、船岸通信中发挥出重要作用.目前,船舶A IS 设备已进入实质性的强制安装阶段.我国沿海、沿江A IS 台站的建设也已逐步展开.A IS 的迅速普及与应用,必将从多个方面对传统的航海模式和观念产生深远的影响.

1　AIS 功能与技术特点

1.1　A IS 组成

A IS 系统由主控单元、GPS 模块、V HF 通信

模块和船舶设备接口等4个部分组成.其中,主控单元是一个内嵌的微处理器系统,是系统的控制中心;GPS 模块提供精确的船舶动态信息和时

间基准;V HF 通信机工作在海上V HF 通信频道,完成A IS 设备间的数字信息交换;船舶设备接口则保证A IS 与多种船舶设备相连接.1.2　A IS 技术核心

A IS 采用自组织时分多址(SO TDMA )技术解决了多船舶间通信信道的竞争问题.系统实时动态地调整信道分配,船舶自主选择空闲时隙发送信息而不干扰其他船舶的信息,从而实现了多船舶间自主连续地进行动态信息交换,不需要人为的干预.

SO TDMA 协议将每个V HF 信道的时间划分成固定长度的时隙,1min 为1帧,1帧分成2250个时隙.1个时隙是26.7ms ,可传输256b 的信息.一个位置报占用一个时隙,其他报文可根据需要占用2～3个时隙.A IS 设备按照SO TDMA 协议,寻找空闲时隙发送本船信息.时隙分配根据通信链路的工作状态实时进行动态调整.SO TDMA 原理如图1所示.

A IS 采用OSI (Open Systems Interconnec 2tion )工作模型,系统理论容量是2000,即在V HF 通信覆盖范围内可以同时有2000条船舶进行相互间的信息交换.A IS 工作频率是A IS1161.975MHz ,A IS2162.025MHz ,获得无线传输的带宽

Ξ收稿日期:20022092121

作者简介:赵丽宁(19682),女,陕西宝鸡人,副教授,主要从事海上交通信息系统的研究1

为25kHz 或12.5kHz ,调制采用GMSK 方案,数据编码为NRZI 方式,数据传输速率为

9600baud

[1]

.

图1　SO TDMA 无线数据链路工作原理

1.3　A IS 功能

A IS 功能,概括地讲,就是利用V HF 通信方

式,按照SO TDMA 通信协议,在任意海域内实时进行多船舶间、船岸间的动、静态航行信息以及其他航行安全相关信息的动态交换,从而为船舶航路监视、避碰及恶劣天气状况下的安全航行提供连续准确的信息和可靠的通信手段.

2　AIS 与现代航海技术的关系

及其相互作用

2.1　A IS 与卫星定位技术

卫星定位(GPS ,G LONASS )已成为船舶不可

替代的导航手段,能够全球、全天候、连续实时地为船舶提供位置、航速、航向、U TC 等重要的导航信息.A IS 的应用是以卫星定位为基础,又将卫星定位系统的作用更进一步地发挥和利用.

首先,GPS 提供的U TC 时间是A IS 系统工作的基础.如前所述,A IS 的技术核心是SO TD 2MA 技术,该技术是在时间轴上进行slot 的划分,时隙宽度为26.7ms.系统中的所有A IS 设备必须精确地与时隙保持同步,开环系统才能稳定地运行.GPS 提供的U TC 时间其精度能够达到10-6

s ,完全满足A IS 时间同步的精度要求.IMO 规定A IS 必须有内置GPS 接收机作为U TC 同步数据源.

其次,GPS 提供的位置、航速、航向信息是A IS 间交换的最主要的动态信息.A IS 交换的信息内容分为动态信息、静态信息、识别信息和文本短信息等.其中,动态信息主要由GPS 提供.GPS 的信息更新速率通常为1次Πs ,而A IS 最短的信息更新时间是2s.A IS 从系统内置GPS 或外接的GPS 中实时获得本船的动态信息,并利用其先进

的通信技术将这些最新的动态信息播发出去,使这些信息不仅指导本船的航行,同时能够近于实时地为周围其他船舶的航行提供参考.

因此,GPS 是A IS 系统工作的基础,A IS 则扩大了GPS 作用的范围和时效性.2.2　AIS 与ECDIS

ECDIS (电子海图显示与信息系统)在船舶助航中的作用早已为世界所公认,但是由于电子海图出版、海图改正等诸多方面的问题,尽管经过十多年的发展,ECDIS 的应用普及率仍相对较低,远未发挥出其所具有的作用.随着信息技术、网络技术的发展和电子海图国际标准的最终确定,海图出版、海图改正已不再成为制约ECDIS 广泛应用的瓶颈问题,驾驶员可以方便地获得最新、最准确的电子海图数据指导船舶的安全航行,ECDIS 在船舶安全航行中所起的作用越发被人们所重视.

然而,以往ECDIS 的应用多限于船舶导航,通过连接GPS 实时获得本船的航行信息并标绘在电子海图上.因为难以直接获得周围其他船舶的航行信息,其在船舶避碰中发挥的作用很小.但是,随着A IS 的迅速普及与应用,ECDIS 在船舶避碰中所起的作用将是巨大的,甚至超出其在导航方面的功能优势.

尽管IMO 规定将LCD 作为A IS 的最低信息显示配备要求,但是显然ECDIS 是A IS 信息最理想的显示平台,它能够实时地以图形化、数字化的方式显示A IS 丰富的信息交换内容,包括周围所有A IS 船舶的位置、运动矢量、船舶名称和呼号等等,利用这些信息ECDIS 可以立即解算出CPA 、TCPA 等参数并以图形和数字的方式显示出来,还可按照设定的危险距离进行预险报警,以

74第4期 赵丽宁,等:A IS 与现代航海技术的关系及对未来航海的影响