AIS(船舶自动识别系统)基础知识介绍 v3

世纪之光轮
事故现场
事故历史回放
港口、航道及海洋功能区规划，合理利用海洋资源
• 通过分析AIS船舶航行轨迹，可以较为精确的统计港口、 航道的船舶流量，了解海区船舶的习惯航法，检验已 经规划航路、航标、锚地、海事监管功能区的效能， 并为计划设置的航路、航标、锚地和养殖区提供科学 的技术参考依据，彻底解决了传统人工统计的效率低、 难度大、精度低的问题，可收到良好的社会效益和经 济效益。
R：覆盖半径 H(M): 岸台天线高度 h(m): 船台天线高度
海上通信和AIS技术的产生 AIS设备的分类
AIS技术的应用 AIS技术的未来发展
AIS台站的分类（按是否移动）
AIS台站的分类（按功能ITU定义）
功能类别 AIS VHF数据链路 （VDL）非主控台 AIS台站类型 AIS船载台 助航AIS台 受限基站 搜救移动航空器设备 转发台 AIS搜救发射机（AIS-SART台） AIS VDL主控台 基站
通信的概念
阶段二 ：随着电报、电话的发明，电磁波的出现，人类通 信领域产生了根本性的巨大变革，从此，人类的信息传递可 以脱离常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，同时带 来了一系列技术革新，开始了人类通信的新时代。
通信的概念
阶段三 ：移动通信和互联网通信时代，全球范围形成数字 传输、程控电话交换通信为主，其他通信为辅的综合电信通 信系统；电话网向移动方向延伸，并日益与计算机、电视等 技术融合。
海上通信
■ 声音通信 喇叭，鸣笛
船用雾航笛
海上信息交换
■ 视觉通信 旗语
船上使用信号旗通信至今已有 400多年的历史。旗号通信的优点 是十分简便，因此，即使当今现代 通信技术相当发达，这种简易的通 信方式仍被保留下来，成为近程通 信的一种重要方式。在进行旗号通 信时，可以把信号旗单独或组合起 来使用，表示不同的意义。通常悬 挂单面旗表示最紧急、最重要或最 常用的内容。例如，悬挂Ａ字母旗， 表示“我船下面有潜水员，请慢速 远离我船”；悬挂Ｏ字母旗，表示 “有人落水”；悬挂Ｗ字母旗，表 示“我船需要医疗援助”等等。
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安全信息播发
设置虚拟航标
• 虚拟航标是依据ITU 1371-1标准，通过 AIS基站播发的一种助航标志。在遇到沉 船等紧急情况及在某些水域需要设标又 不便于设标时,可以设立虚拟航标对船舶 予以提示。航行在AIS覆盖范围内并安装 有AIS设备的船舶，均可接收到该虚拟航 标的位置、种类等信息，在船台显示器 上予以显示，并且可以通过虚拟航标进 行定位、导航或避开航行危险物。
ITU 1371协议历史
瑞典的Hakan Lans先生以个人名义申请了这种系统的专利, 但在专利中并没有使用SOTDMA一词。 而在他之前,南非的MDS公司及美国ROSS工程公司也已开始 进行相关技术的研究并拥有了同样功能的技术雏形。Hakan Lans把他的专利授权给了当时属于瑞典航天公司的GP&C(全球定 位和通信)公司。后来该公司被SAAB公司收购。 然而不幸的是美国Motorola公司已经开发了这种系统,并 申请专利比Lans先生还要早。 早在九十年代初,美国Motorola公司的一个雇员James Ridiout曾就专利侵权向SAAB提出诉讼。该诉讼在美国专利法庭 历经五年,在花了成千上万的美元后,这个争论才私下解决。 Lans先生同意不再卷人卫星通信系统中，而Motorola公司同意 不再涉足AIS领域。
Recommendation ITU-R M.1371-5
1371建议书的第5版 2014年2月推出全称为《在VHF海事通信频段上基于TDMA的AIS 系统技术特性 》
多址方式分类
在无线通信中，为保证许多用户同时进行通信，以不同的方式分隔 无线信道，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。 频分多址－－以频率来区分信道。
AIS（船舶自动识别系统） 基础知识介绍
海上通信和AIS技术的产生 AIS设备的分类
AIS技术的应用 AIS技术的未来发展
通信的概念
通信，顾名思义就是连通信息，通过某种中间物质把某 个地方的信息传输到另一个地方，实现信息的交流。 通信是人类社会乃至一切生命的组织形式。
通信的概念
阶段一 ：利用自然界的基本规律和人的基础感官可达性建 立通信系统，这是人类最原始的通信方式。
AIS信道2(预设信道2) (88B) , (2088) 信道带宽 传输速率 同步序列 发射机稳定时间 发射功率达到最终值偏差 的20%之内，频率稳 定至最终值的士1.0 kHz 之内
161.975 M H z
161.975 MHz
P H .AIS2
162.025 MHz
162.025 MHz
PH. CHB P H. RR PH.TS PH . CST
AIS的产生过程
（1990—1992） VHF/DSC应答器
(1994—1995） 无线电AIS
（1996） 通用AIS
（通过VHF/DSC将本船 信息传给询问对方）
（SOTDMA广播式） （用于VTS， SOTDMA，应答器式）
（1998） 通过AIS技术性能 （确定频道（87B、88B））
（2000） 通过SOLAS公约第五章修正案 （强制装备AIS）
AIS船载设备的安装时间表
AIS的主要物理参数
符号 PH.RFR 参数名称 最小值 最大值 162.025 M Hz 区域频率(《无线电规则》 156.025 M H z 附录18中的频率范 围) 信道间隔 12.5 kHz
PH. CHS
25.0 kH z
PH.A ISI
AIS信道1(预设信道I) (87B),(2087)
AIS的类型
Class A Class B Class C Class S Class N 通用船载自动识别设备 适合小型船舶安装AIS设备 基站 搜救飞机及直升机用AIS设备 A-to-N（Aids to Navigation） 航标AIS设备
AIS系统设备类型
移动设备 SAR机载 AIS
助航AIS台（AIS航标）分类
物理AIS航标 虚拟AIS航标 综合AIS航标
助航AIS台站
助航2
综合AIS航标
基站
虚拟AIS航标
VT S
AIS 单 元
物理AIS航标
助航1
AIS基站
AIS基站
海上通信和AIS技术的产生 AIS设备的分类
AIS技术的应用 AIS技术的未来发展
优化船舶调度与提升航运效率
时分多址－－在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个 信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。
码分多址－－采用扩频通信技术，每个用户具有特定的地址码，利 用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。
AIS所处的电磁频段
AIS覆盖范围经验公式
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定位源和外部输入 显示和数字界面 位置，静态消息以及报 告速率
昀小键盘显示（ MKD）， 可选 多个输入输出口 位置信息由 AIS消息1， 2或3 位置信息通过 AIS18号消息回 报，静态消息 通过 24号消息 汇报 发送可选 $700-1,500
安全信息 价格
发送和传输 $2,800-4000
A、B类AIS设备的区别
海上人命和财产救助
• 海上船舶发生事故后，通过AIS数据可以 准确定位查找遇险船舶，掌握事发水域 周围水域环境及通航状况，为及时开展 海上搜救工作创造有利时机，缩短救助 时间，提高搜救效率，最大限度的保护 海上人命和财产安全。
提供助航服务，维护航行安全
播发助航安全信息 • 利用AIS岸基网络系统可以及时对安装 AIS船台的船舶播发航标动态、水文、气 象、航行警告、等信息，丰富了助航信 息发布手段，为航海用户提供了更为优 质的航海保障服务。
船舶碰撞事故调查
• 5月2日5时23分，天津驶往智利的利比里 亚货轮“海盛”与香港货轮“世纪之光” 在雾航至成山头以东海域时发生碰撞， 海盛轮船头严重受损并进水，“世纪之 光”轮则很快沉没。AIS中心通过AIS数 据回放准确再现了事故发生前两船的航 行状态，为海事调查和双方事故责任的 明晰提供了宝贵的一手数据。
AIS目标与雷达探测目标比较
遮挡目标
混淆目 标
5度夹角
VTS
混淆船
无线电测向（DF）
AIS技术的产生
SOTDMA是“自组织时分 多址”的英文首字母缩写。 这个名字最早由瑞典学者 Hakan Lans提出并使用,用以 描述自组织时分复用传输系 统。可以举一个最简单的例 子来描述SOTDMA：十个人各 使用一个麦克风,而且每个人 都希望和其余每一个人通话 ,SOTDMA就是实现这项功能的 一种有效方法,可以使每个人 彼此之间都能自由地同时交 流。
ITU 1371协议历史
到1997年,SAAB、ROSS和MDS三家公司均开发出了各自的 SOTDMA技术,并应用在各自的AIS系统中。 以上三家公司的SOTDMA技术各有优点,但是商业竞争阻碍了 生产厂商之间的技术合作。直到1997年,Ross公司的总裁Ross Norsworthy先生,将其SOTDMA专利(在瑞士进行了国际专利注册) 免费特许给了国际电信联盟。随后由Ross Norsworthy先生倡议 MDS、SAAB和ROSS三家公司一起在佛罗里达离ROSS公司不远的假 日酒店召开了一次会议。Ross Norsworthy先生在会议上建议三 家公司应把彼此间的分歧放在一边,共同合作起草一份能体现最 好技术的国际标准,该标准将融合三家技术上的优点,以利于提 高国际海事安全。他的观点被其他两方接受,随后共同工作的结 果便是国际电信联盟认可的关于AIS的新的技术标准ITU—R M.1371。
海上信息交换
■ 地面通信 中高频单边带电话、直接印字电报、甚高 频电话等
海上信息交换
■ 卫通通信 通过INMARSAT A、B、C、MINI-M、F、 FB站的语音、电传、传真、E-mail
海上信息交换
■ 雷达扫描系统
雷达的劣势
1、航海雷达只能探测目标船的位置、平均速度和航（迹） 向，不能获取目标船的即时速度和船首向。 2、存在近距盲区，近距目标图像和数据不能显示（船用 雷达一般为10-50m）。 3、障碍物和大船对其后的小目标遮挡较严重。 4、受海浪暴雨干扰，丢失小目标。 5、信息量有限，不能提供目标船标识和航行状态等信息。 6、与通信设备未能有机结合，不能与目标船自动交换数 据；人工操作延误时间；语言交换信息易失误。
• AIS信息有利于调度人员全面了解和分析海上船舶交通 状况与各航线的船舶流量，实现对船舶的科学、有效 地调度，提高船舶进出港效率，创建一个高效和谐的 海上交通环境。 • AIS信息可与雷达信息相融合，提供精确、全面的船舶 实时的信息，增强雷达的信息识别能力；AIS可以扩展 航海雷达系统的观测范围，弥补雷达的观测盲区；AIS 还能够克服雨雪对雷达产生的干拢，使船舶能够在暴 雨、大雪等恶劣天气下安全的进出港口。
通信制式的区别 静态报告的区别 报告更新率的区别 报文通信的区别
A类船载AIS台站
A类派生AIS设备 —AIS导航仪
助航AIS台（AIS航标）功能
提供实时的天气，潮汐，流速，水深等助 航信息 可监测助航设备状态并可跟踪漂移的浮动 助航设备 识别与助航设备发生碰撞的船舶 远程遥控改变助航设备参数 提供虚拟助航设备
船载AIS
助航AIS AIS基站 单工转发站
双工转发站
固定设备
A、B类AIS设备物理参数对比
船载AIS对比 发送功率 A类 12.5W（缺省） /2W(低 功率） B类 2W
通信协议
频带
SO-TDMA
156.025162.025MHz@ 12/25KHz 外部GPS
CS-TDMA
161.500162.0 25MHz@25kH z AIS集成GPS
窄 9600bps 24 bit ≦1.0 ms
宽 9600bps 24 bit ≦1.0 ms
PH.TXP
发射输出功率
2W
12. 5 W
AIS 可以同时在两个频率上交替进行，可以避免 RF干扰和增加系统容量。此外，主管部门还可以 指配AIS的区域性使用频率，使AIS可工作于一组 频率，并具有频道选择和切换手段，既可以工作 于近程，也可工作于远程。 AIS专用两个VHF频道： CH 87B f=161.975MHz； CH 88B f=162.025MHz。