航标与AIS技术结合的应用研究

航标与AIS技术结合的应用研究

廖洋

1引言

国际海事组织(IMO)近年提出了E-航海(E-Navigation)概念和发展战略。E-航海的诠释是：“通过电子的方式，在船上和岸上，收集、综合和显示海事信息，以增强船舶泊位-泊位的全程航行能力，增强相应的海上服务、安全和保安能力，以及海洋环境保护能力”。目前已出台了E-航海发展与实施战略和E-航海战略实施计划框架两项重要建议。AIS的应用也纳入实施计划之中。这都预示着世界航海技术的发展正向着电子信息化的方向发展。通过AIS网络平台，实现航标管理和助航服务信息化符合当代技术发展的趋势。研究基于AIS航标助航信息服务技术是非常必要的。

2航标的作用

为了引导船舶在正确的航道上航行，航道部门或海上安全监督部门在海上、海岸或江河设置了各种不同类型和不同作用的航行标志或助航标志，它以特定的标志、灯光、音响或无线电信号来指示或辅助航行，这些助航标志简称航标，其位置在海图上加以标绘，并在航标表中加以记载和说明。

航标可分为固定航标和水上标志。固定航标是设置在岛屿、礁石、海岸等上面的航标。它包括灯塔、灯桩、导标和立标等。水上标志是浮在水面上，用锚或沉锤、锚链牢固地系留在预定点海床上的航标。水上标志除灯船及大型助航浮标外，其外部涂色、顶标、灯质等均依其用途有统一规定。水上标志包括：灯船和浮标，其中浮标包括：侧面标志、方位标志、孤立危险标志、安全水域标志、专用标志等。

传统意义上的航标是通过外形、颜色、灯光、雷达应答器等手段实现对航海者的帮助。航海者通过目视，眺望航标来获取相关的助航信息。航标的主要功能有四项，即定位功能、危险警告功能、确认功能和指示交通功能。定位功能就是能确定船舶相对航标的距离和方位；危险警告功能就是能标示航道中的危险物和碍航物；确认功能就是能确认船舶相对航标的距离和方位；指示交通就是能指示船舶遵循某些交通规则，如指示船舶分道通航制、指示深水航道和装载危险货物船舶的航道、标示特殊水域如锚地、测量作业区、禁区、渔区等。航标除了能帮助船舶安全航行外，在一定意义上还具有防止污染、保护海洋环境的作用。

近年来，随着大量先进技术被引入到航标建设和管理中，航标技术的发展，特别是无线电航标的发展和航标信息的广泛应用，人类水上活动范围和方式的日益增多，航标被赋予了新的内涵。因此，航标也有了新的定义：航标是为各种水上活动提供安全信息的设施或系统。根据航标的新定义，航标的内涵和服务领域都有了很大的变化。

3AIS通信技术特点

AIS技术诞生于20世纪90年代，综合应用了信息技术、计算机技术、卫星导航定位技术及无线电通信技术。它将GPS确定的船位、船速等船舶动态信息，以及船名、呼号等船舶静态信息，通过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的动静态信息，便于船舶之间的避让行动及海上交通的监控，对船舶安全航行有很大帮助。IMO是这样定义该系统的：

是一种改善船舶安全性能的船载自备装置；

是一种无需雷达而使交通管理中心获得交通信息的工具；

是一种工作在VHF频段的船舶报告系统。

AIS属于蜂窝无线通信系统，其核心思想是卫星定位数据的广播式转发器。系统根据船舶自身的运动情况，无需人工介入，周期性地在海上VHF频道上自动广播船舶的相关信息，并能接收和处理周围其他船舶广播的同样信息。其中用于卫星定位的GPS/DGPS接收机能提供高精度的船位以及对地速度、对地航向和用于自组织无线数据链路定时的协调世界时(UTC)。设备中的通信控制器则主要处理海上VHF移动通信频段规定的两个AIS频点收发规则。这两个频点是由世界无线电大会确定的161.975MHz和162.025MHz，即频道87和88。在该频段的无线电波具有准光学性，即接近直线传播特性。其作用距离主要受限于无线电波的直线传播特性，也就是受限于天线高度。AIS在两个平行的VHF频道上使用时分多址通信，每分钟时间被等长度分为2250个时隙，且它们使用UTC的时间信息作为初相计时机制来实现准确同步。系统也能够使用辅助独立的计时机制来工作，并且计时精度优于10μs。这些2250个时隙组成一个帧，且每个帧每分钟重复一次，其空中数据传输速率9600bit/s。

根据IMO的AIS性能标准，AIS系统要求的报告容量至少是每分钟2000个报告。系统允许局部过载达400-500%，且对船-船模式彼此靠近8-10海里或更近的船舶仍提供100%的通过量。由于系统工作于VHF无线电频段，它的通信范围为“视距”。如果接受的AIS站“视距”内的AIS站数量超过帧容量，自组织时分多址(SOTDMA)通信规则保证对每座AIS站的有效无线电台站逐渐减少。当频道接近过载状态时，SOTDMA通信规则将无线电蜂窝容量降低，抛弃远距离的AIS站报告，目的是保持近距离报告的优先完整性。

结论

AIS技术在航海领域日趋成熟的应用，已经被证明是船舶识别和跟踪强有力的手段。但它还有更大潜力进行有效的开发和利用，以提高船-岸双方对水域航行环境的认知能力。航标助航信息与AIS技术的应用结合是当前国际上海上信息服务研究的热点。通过AIS，航标助航信息以实现数据化信息化的方式传递到AIS船台，航海者对船舶周围航行环境的掌握更加方便、实时、准确。因此，航标与AIS技术结合的应用研究是极具意义的。

参考文献：

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