自动识别系统介绍

自动识别系统介绍
一、前言
由欧美国家发起，经国际海事组织(IMO)、国际电信联盟（ITU）和国际电工委员会（IEC）多年努力工作，IMO海上安全委员会第73届会议(2000年11月27日-12月6日)最终通过了新修订的SOLAS公约第V章—航行安全。

在SOLAS公约新V章中，规定了航行数据记录仪(VDR)和自动识别系统(AIS)的配备要求，并得到了IMO第73届海安会的最终批准。

从2002年7月1日开始，按船舶种类分期强制要求配备这两种新的航行安全设备，本文就设备在配备要求、性能标准、组成、工作原理和解决方案、产品实例方面做一般性介绍。

二、自动识别系统(AIS)A utomatic Identification System
1. SOLAS公约的配备要求
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，以及不论尺度大小的客船，应按下列要求配备一台全球船载自动识别系统(AIS):
1.1 在2002年7月1日及以后建造的船舶；
1.2 在2002年7月1日之前建造的国际航行船舶：
1.2.1 客船不迟于2003年7月1日；
1.2.2 液货船（包括油轮、化学品船和液化气船）不迟于2003年7月1日以后的第一个安
全设备检验日；
1.2.3 除客船和液货船外，50,000总吨及以上的船舶，不迟于2004年7月1日；
1.2.4 除客船和液货船外，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；
1.2.5 除客船和液货船外，3000总吨及以上但小于10,000总吨的船舶，不迟于2006年7
月1日；
1.2.6 除客船和液货船外，300总吨及以上但小于3000总吨的船舶，不迟于2007年7月1
日；和
1.3 在2002年7月1日之前建造的非国际航行船舶，不迟于2008年7月1日。

1.4 在1.2和1.3段所述实施日期之后两年内永久退役，则主管机关可以免除这些船舶
适用本段的要求。

2. 中国国内航行船舶的配备要求
挂中国旗的国内沿海航行船舶将按上述1.3配备1台AIS，但未有具体的实施规定。

3. 船载AIS介绍
船载AIS用于向其他船舶、陆地船舶交通管理控制站（VTS）或授权单位提供来自船舶的信息，以便对船舶进行识别和跟踪。

3.1. AIS的功能
（1）系统可在无需人工介入的情况下，自动地向相应装置的海岸电台、其它船只及航空器提供相关信息，包括：船舶识别码、船籍、船型、航向、航速、位
置、航行状态及其它相关的安全信息。

（2）系统能接收、处理船位、航向、航速、等传感信息，自动接收来自具有相同配备船舶、管理当局及其它来源的上述信息。

（3）以适当的更新速率提供船和操纵信息以便于管理当局和其它船舶精确跟踪和监视船舶动态。

（4）系统能自动与INTERNET\INTTRANET及AIS岸台交换数据。

3.2. 性能标准
●IMO MSC.74(69)号决议案附录3-Recommendation on performance standards for
an universal shipborne automatic identification system(AIS)。

2000年1
月1日及以后安装上船的AIS必须符合该性能标准。

●ITU-R建议案M.1371-Technical characteristics for a universal shipborne
automatic identification system using time division multiple access in
the VHF maritime mobile band.
●IEC出版物61993-2 Shipborne automatic transponder system installation
using VHF digital selective calling (DSC) techniques-Operational and
performance requirements, methods of testing and required test results 3.3 船载AIS原理图
典型的一台船载AIS由显示控制模块、主控制处理模块、VHF收发信模块、GPS接收机和其它数据接口组成。

除了作为用户界面的显示控制模块外，所有模块组合在一个主机单元中。

此外，AIS内设有试验功能模块（BITE），用于日常测试。

3.3.1 显示控制模块
显示控制模块负责AIS的船舶信息数据的输入、系统状态显示和系统控制，以及船舶动态显示。

为了获得良好的人机界面，一般采用PC机作为的输入控制和用户界面显示。

显示控制模块通过标准的连接接口和主机单元连接。

控制软件的设计将决定于海事界相关机构对用户界面进行标准化。

3.3.2 VHF收发信模块
根据ITU-R建议案M.1371标准，AIS采用海上VHF波段进行识别信号发送和应答，因此AIS应有一个VHF收发信模块，以数字选择性呼叫（DSC）编码形式进行收听和应答。

由于AIS采用特有的通信模式，该模块实际上有1部发信机、2部TDMA接收机1部DSC接收机和双工滤波分路器及天线组成，如下图所示。

3.3.3 主控制处理模块
主控制处理模块负责手工和自动输入信息的处理、收发信机的收发信息的编码、解码和校错、应答处理和控制等工作。

3.3.4 GPS
GPS对船舶进行定位，向主控制处理模块提供准确的船位、国际协调时间、船舶对地的航速和航向等信息。

可以是内置或外置的GPS。

如果采用外置设备，则标准串行接口（RS 232/NMEA 0183）和主机单元连接。

“性能标准”要求GPS必须能够提供万分之一弧度的刻度（即经纬度的度分秒(DD°MM′SS″)）。

3.3.4 随着系统的功能的扩大，可能结合电子海图（ECDIS或EDS）、雷达系统，以进一步
改善系统的人机界面。

这时AIS的控制处理模块也必须具有NMEA 2000标准接口。

3.4 AIS应能提供的信息
根据“性能标准”，AIS必须能够提供4种信息，：
3.4.1 静态
●IMO编码（如果船舶申请了该编号）；
●船名；
●船舶呼号；
●船舶类型；
●定位设备的天线位置（和船首距离，以及船舶中线的左还是右）。

●MMSI码（海上移动通信业务特性码）
静态信息一旦在初始化时输入后（通过人工输入），一般不再改变。

在设备装船试验后将通过一定的方法保护起来，不允许随意更改。

3.4.2 动态
●精确和完整的船位；
●国际协调时间；
●对地航速；
●对地航向；
以上各项通过GPS提供。

●航向，由电罗经提供；
●航行状态，如航行、抛锚或失控、动力范围，由人工输入；
●回旋速度，如果公约要求该轮设有回旋速度指示仪时（ROTI，2002年7月1日
以前建造10万总吨、2002年7月1日及以后建造5万总吨的船舶要求配备）；
●可选配：横倾角、纵摇和横摇，按主管当局要求。

3.4.3 与航行有关的信息
●船舶吃水；
●危险货物的种类；
●目的港和预计抵达时间（TEA）；
●可选配：航线计划（如转向点）。

上述信息通过人工输入。

3.4.4 简明的安全信息（SMS）
通过人工输入。

3.5 AIS在“自主”模式下的信息更新速度
输入的AIS的船舶信息应能及时得到更新，IMO MSC.74(69)号决议案附录3要求的更新速度为：
●静态信息：每6分钟或需要时；
●
●
●安全有关的信息：按需要。

船舶报告能力：AIS应能为所有设想的运行方案每分钟至少处理2000个报告。

3.6 AIS的电源
AIS及其传感器应能由船舶一路应急电源供电。

3.7 AIS工作原理
船载AIS能够实现船与船、船与陆地之间的应答。

AIS能够自动地以下述3种模式进行工作，其工作过程不需人工参与：
3.7.1 “自主和连续的”模式(Autonomous and continuous)
当船舶在大洋时，工作在该模式。

本船的船载AIS在工作频道（国际无线电大会采
用26,27,86频道作为AIS的工作频率）以一定的时间间隔（每隔20S）在工作频道上发射“问讯”信号，如果附近VHF作用范围内没有存在其他船载AIS，则本船重
复这样的间隔发射；当其他船舶进入VHF有效范围，接收到本船的“问讯”信号后，即发射应答信号，并以9600波特的速率，在25kHz或12.5kHz频宽上，采用HDLC
协议，以GMSK/FM调制方式（ITU-R建议1028-2定义）交换信息。

该信息将显示在用户界面。

当海况较差，如因暴雨或大浪导致雷达难以识别船舶的位置时，或者当船舶航行在江河狭窄水道，而通过雷达或视野无法发现其他船舶的存在时，可通过AIS容易地确定附近船舶的存在。

如下图所示：
如果附近存在其他船载AIS，则通过AIS的自适应时分多路(SOTMDA)通信协议建立同步，各AIS相互交换信息。

3.6.2 “指定”模式(Assigned)
当船舶进入船舶交管服务(VTS)区域时,船载AIS在工作频道上接收到区域主控制台的信号后,由主控台自动强制工作在“指定”模式，转换到区域工作频率工作（海上VHF中的其中一个特定频道）。

所有在服务区域内的AIS均和主控台同步，由主控台分配时间间隔和时段，船载AIS在该时段向主控台发送信息。

3.7.3 “选答”模式(Polling)
当船舶航行在VHF作用范围内，主管当局或有权获得传播信息的机构向船舶发出问讯，船舶接收并识别后向其发送信息。

4 AIS安装
4.1 VHF天线的安装
（1）远离雷达和其它高压电源至少3米；
（2）水平不多于一根VHF天线，AIS的VHF天线被安装在船上VHF天线的上面或下面，如果水平的VHF天线至少远离10米，垂直至少2米；
（3）AIS的VHF天线远离建筑导体，水平方向最小2米，不可以装在大型垂直封闭障碍物内；
（4）天线电缆远离电源线100MM，最小电缆弯曲半径为5倍的电缆外径；
（5）由于AIS工作在VHF波段，因此收发天线的高度是系统工作距离的最重要决定因素。

天线应尽可能安装在主桅的顶部。

4.2 GPS天线的安装
（1）安装在开阔的区域，保持水平360度的视角，垂直5~90度；
（2）离开S-BAND雷达天线，卫通天线至少3米；
（3）若安装D-GNSS天线，满足IEC 61108-4，EDI。

ANNNEXD
（4）选用0~10DB衰减的电缆，敷设远离高压线，RD或无线电发射电缆或AIS VHF 天线电缆1米。

4.3 安装位置的选择
用户界面显示安装于位于驾驶室前端的驾控台上最合适，以便于船舶指挥。

而主控制单元可在能够接近的位置，如驾控台内部。

引水员插座布置在桥楼附近，引水员操作位置。

根据巴拿马规范要求引水员插座要布置在CONNING位置即第一驾驶位置，另根据美国海岸警卫队的要求引水员插座附近要配AC110V欧式电源插座。

5 AIS长距离应用
根据船东的需要配置。

AIS设置有和长距离通信设备的的双向接口。

安装时必须和MH/HF或INMARSAT地面站连接，通过其“Polling”设置，支持AIS的“选答”功
能。

5AIS解决方案实例
摘自：
IMO-SN/Circ.227 ANNEX 6 January 2003。