基于AIS的跨海大桥避碰预警系统研究【开题报告+文献综述+优秀毕业论文】.doc

1、毕业论文开题报告航海技术基于AIS的跨海大桥避碰预警系统研究一、选题的背景与意义杭州湾大桥是世界上目前最长的跨海大桥，是同江三亚国道主干线沿海大通道跨越杭州湾的最便捷通道。大桥起于杭州湾北岸的海盐县郑家埭，跨越杭州湾宽阔海面及南岸滩涂后上岸，迄于宁波慈溪市丰收闸北约3KM处，全长36KM。杭州湾大桥跨越嘉兴港、杭州港等通海航道，大桥北岸有嘉兴港海盐港区、乍浦港区，南岸有上虞港，上游钱塘江内有杭州港。杭州湾跨海大桥水域是外海船舶进出嘉兴、海盐港区、秦山核电站和上虞、杭州的必经航道，水上交通比较繁忙。仅秦山核电站的重件码头，当前月吞吐能力就超过10万吨。此外，由于北岸的海陆联运优势，使得杭州、湖州

2、甚至苏南的货物都从海盐港转运，比如杭钢集团从澳大利亚、巴西进口的铁矿石就是从海盐“下船”再“坐车”去杭州的。自跨海大桥建成后，所有这些货物都得从大桥下经过。为方便船舶通航，大桥设置了南、北两个主通航孔其中南通航孔为3000吨级双向航，通航净空高度31米；北通航孔为10000吨级双向通航，35000吨级单向通航，通航净空高度47米。大桥建成后,水面上将增加很多桥墩,船舶通航将受到大桥通航孔高度和宽度的限制。桥区水域通航环境的改变,一方面,给进出于杭州湾各港口的船舶航行安全造成较大的影响,另一方面,通航船舶也给大桥的安全形成威胁。根据调查统计,国内船舶与桥梁发生碰撞事故的情况时有发生。例如武汉长江

3、大桥建桥近40年来共被撞70次以上,其中最严重的一次是打桩作业船因超高而碰撞大桥钢梁的事故；南京长江大桥从1968年10月25日长江707吊拖船队第一次碰撞大桥8号墩起,到1995年7月8日，长江21011轮碰撞8号墩止,共发生重大撞桥事故25起。其中1990年7月29日,大庆412轮满载成品油4424吨擦碰大桥5号墩,最为惊心动魄；黄石长江公路大桥在建造施工过程中已发生6次航行船舶碰撞施工作业船舶和4号钢围堰的事故,其中最严重的要数1993年5月15日21时45分,长江02012轮顶推9艘驳船载重9000余吨下水撞上4号土墩双壁钢围堰及其上的靠船构件及附属设施,造成经济损失近500万元。而对

4、于杭州湾，2006年8月11日12时30分，新加坡籍“沥青快车”轮在嘉兴港联检锚地锚泊时发生走锚，在杭州湾跨海大桥B27与C1处桥墩之间与大桥发生碰撞。杭州湾跨海大桥水域地形开阔，大桥所在水域流急、浪高、潮差大，通航条件较差，而且船只多、运输量大，锚泊船舶和通行船舶受风浪流的影响较大，容易导致船舶撞上大桥桥墩。特别是在台风、大潮汛时,更容易发生走锚、失控等事故,加上小型船舶由于船舶性能、船员素质、管理重视程度、船舶数量等多方面原因,很容易发生事故或事故苗子为保证杭州湾大桥的船舶通行安全，宁波海事局于2008年颁布了杭州湾跨海大桥通航安全管理规定，对船舶在该区域的航行、锚泊、作业及安全保障做了一

5、些规定，但是对于有效的防止船舶撞击大桥的网络系统并没有建立。基于上述情况，建立一个有效防止和减少杭州湾跨海大桥被船舶碰撞的的系统是相当有实际意义的。联系现代电子导航系统AIS（船舶自动识别系统）的功能以及现在AIS在港口管理中的应用，本文提出基于AIS的跨海大桥避碰预警系统进行初探。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1本文研究的基本内容首先，阐述杭州湾跨海大桥目前的地理、水文和通航状况，举例说明杭州湾大桥有被碰撞的风险。其次，对AIS系统的特点及其监控和预警功能进行介绍，对以AIS为基础的避碰预警监控系统的建立做出初探，并试着建立模型。最后，对该系统的可行性进行分析和总结。2拟解决的主要问题

6、（1）系统分析跨海大桥的桥墩结构分布和船舶通航情况，熟悉并掌握宁波海事局对于跨海大桥的安全管理有哪些规定。（2）整合AIS所提供的各种船舶静态数据和动态数据，掌握AIS网络系统在避碰和海事安全管理中的应用。（3）如何建立避碰预警的模型或者是原理。三、研究的方法与技术路线主要用文献研究法，通过查阅大量与大桥避碰和AIS监控方面的相关的文献、期刊和网页，结合国内外相关研究成果，对资料进行归纳和整理。根据所掌握的资料，对于将要研究的重点问题进行分析和探索。本文通过杭州湾大桥水域通航状况和碰撞风险为背景，综合AIS所提供的各种数据，将AIS在海上避碰和港口监控中的功能重新用于大桥的避碰，以建立一个新型

7、的大桥避碰预警系统为目的，然后通过实际分析和总结判断其可行性。四、研究的总体安排与进度201011201224撰写文献综述、开题报告201012251231毕业论文开题论证201111114修改开题报告、文献综述并定稿20111152011124收集资料，完成外文文献翻译稿，并撰写并完成毕业论文初稿。20111252011224资料收集，修改论文2011225交二稿2011221322毕业实习，同时调研、进一步收集资料并修改论文。2011428确定终稿，连同毕业实习相关材料上交指导教师201142954准备论文答辩材料201158毕业论文答辩五、主要参考文献1李锋防止船舶碰撞杭州湾大桥的安全管

8、理对策水运管理，2006年2宁波海事局杭州湾跨海大桥通航安全管理规定3耿宁谈AIS的基本概况及应用中国水运，2010年4何跃盛，张仁颐杭州湾水域AIS通信网络的构建中国水运，2007年5兰培真，韩斌等基于AIS的港口船舶引航系统的研究中国航海，2007年6李丽娜AIS在船舶自动避碰系统中的应用船舶工程，2010年7李亮基于GPS_AIS_VHF的船舶实时动态监控系统武汉理工大学硕士论文,2007年8耿波，王君杰等桥梁船撞风险评估系统总体研究土木工程学报，2007年9王宁桥梁防船撞保护系统山西建筑，2009年10彭丽丽基于AIS的船舶智能避碰专家系统的研究中国新技术新产品,2010年11王韬,任

9、超西,谷京朝民用雷达实现的桥梁防撞系统设计现代电子技术,200312GOERLANDTFLORIS,KUJALAPENTTITRAFFICSIMULATIONBASEDSHIPCOLLISIONPROBABILITYMODELINGRELIABILITYENGINEERINGANDSYSTEMSAFETY,20119110713LIU,CHANGSTUDYOFAISCOMMUNICATIONPROTOCOLINVTSICSPS2010PROCEEDINGSOFTHE20102NDINTERNATIONALCONFERENCEONSIGNALPROCESSINGSYSTEMS,2010V1168

10、V1171毕业论文文献综述航海技术基于AIS的跨海大桥避碰预警系统研究一、材料来源通过图书馆，电子资源数据库查阅了大量有关AIS监控系统等相关方面的资料以及相关的文章和评论，从中进行筛选，从而获得了许多宝贵的资料和经验。本论文的参考文献资料，包括国内外著名的学术期刊、国内外优秀论文，以及著名学者的文章。在分析和总结这些资料的基础上,得出AIS系统在实际应用于大桥避碰预警系统的模型。二、课题的研究历史、研究现状评述杭州湾跨海大桥是我国经济发展的产物，随着经济建设的发展,海上交通运输必然产生流量与安全的矛盾,要解决这些矛盾，也需要根据时代的科技进行进步，船舶自动识别系统（AIS）是现在船舶运输发展

11、过程中产生的，它的出现促进了自动船舶导航系统的发展。本课题是在AIS的基础上建立跨海大桥的避碰预警系统，在杭州湾大桥建立以来，由于过去的船撞桥的事件屡屡发生，杭州湾大桥也不例外，有人提出过建立杭州湾VTS，也有人提出过建立杭州湾AIS网络等。耿波，王君杰等8，作者在对桥梁信息、桥区通航信息、桥区自然环境和船撞桥的基础上建立了船撞风进行险评估系统，并且认为桥区通航密度的增大，桥区自然环境变得恶劣等会增加船舶撞桥的风险。为了降低这种风险，作者提出下列几种措施桥区设置导航标、桥下施行船舶航行定线制、设置船舶航行警戒区、船舶安装AIS导航系统、桥区建立VTS等。李锋1，在防止船舶碰撞杭州湾大桥的安全管

12、理对策中以从某外籍船舶碰撞大桥的案例出发分析影响大桥构筑物安全的各方面因素，从船舶交通管理系统建设、锚地调整、制度建设和救助设备等方面提出减少船舶碰撞大桥的安全管理对策。该文中详细说明了由于大桥的建设改变了先前优越的船舶通航环境和秩序，如船舶必须经大桥南北通航孔才可以进出、桥区所处水域通航环境变差等，而随着各港口的快速发展，船舶通航密度也大幅度提高。并提出了大桥碰撞的几个方法（1）建立覆盖大桥桥区水域及嘉兴港的VTS（2）调整引航联检锚地（3）充实救助力量，提高救助能力（4）加强对码头公司、航运单位、船舶代理以及港口调度部门的管理，提升到港船舶安全管理水平（5）管理大桥的制度先行，保障大桥构筑

13、物及船舶航行、停泊、作业的安全。宁波海事局2，在跨海大桥管理规定中对大桥的航行概况、助航标志、推荐航法和注意事项进行规定，如大桥自北向南依次设置四个通航孔及其对应的桥区航道等。这个有助于在本文中对设计系统时有帮助。耿宁3，在文中提到AIS目前已经普及到几乎所有船舶，它的应用及普及为航海界带来了革命性的变革，这一变革使得海上航行事故大幅度减少，船岸之间的数据传输更为准确便捷，提高了VTS的工作效率，它的强制装载为海事监管提供了更加有力的手段，从而为保护海上交通管制、海洋环境保护和船舶的航行安全提供了很有力的保障。并详细说明了AIS在避碰中的功能、AIS在VTS的应用以及AIS在海事管理中的应用（

14、1）AIS在避碰中的功能。如AIS系统作为一种适合当时环境和情况的有效的了望手段，其接收的数据进一步改善了值班驾驶员的了望信息；AIS系统又是一种适合当时环境和情况的有效手段断定是否存在碰撞危险；AIS系统又是一种避免碰撞的有效手段。（2）AIS在VTS的应用。如实现了船舶自动识别，改变了传统船舶动态报告模式；弥补了雷达系统的不足，改善了船舶跟踪；减少船舶报告，优化过路船监督管理等。（3）AIS在海事管理中的应用。如助航、强制报告船位等。有助于笔者归纳AIS功能总结。何跃盛等4，作者针对杭州湾水域的自然条件、港口航运的发展以及杭州湾跨海大桥等水上重大工程建设情况，提出为弥补AIS岸基时络建设空

15、白区域、安全监控杭州湾跨海太桥和中石化输油管线安全以及提高港口营运效率，追切需要采用像AIS这样的新式的通信管理手段对船舶进行管理。并由此对杭州湾AIS岸基网络的构建方案，文中对杭州湾AIS基站的选址做了最详细的叙述。因此该研究对杭州湾AIS网络的建立做出了很好的指导作用。兰培真，韩斌等5，提出了基于AIS的引航系统，作者在比较AIS与雷达ARPA、测深仪、GPS导航仪等助航设备的基础上，认为后面这些设备不足以为船员提供直观、精确、迅速的定位和特殊需求。指出基于AIS的港口船舶引航系统的研究是为引航专门设计的，实时显示包括航道、灯浮、岸标航线、水深、码头等信息的电子海图，在电子海图上显示本船和

16、他船的动态，有目标锁定、实时潮汐和各种与引航操纵有关数据的显示功能，定位信息直观、精确、为引航员提供了准确、实时、全天候的定位导航支持，实现具有目视瞭望特点的综合信息显示。这篇文章在对AIS的引航功能做了系统的说明，并基于AIS建立了引航系统模型。建立此系统，是为引航员很好的引航，若实施到每一艘配备AIS的船舶上，安全通行将会大大增加，而为桥梁防船舶碰撞同样有益。李丽娜6，在其AIS在船舶自动避碰系统中的应用中指出了目前避碰中ARPA避碰功能的缺点不能识别目标船其意图，而VHF无线电话又需要靠人工操作、低效率、频道拥挤的通信方式以及有时还存在语言障碍等原因也会造成ARPA上述缺点。从而提出AI

17、S用于避碰它完全可以起到向目标船发送本船避让意图的作用,即在自动避碰系统提出避让决策后,借助AIS将产生的避让参数避让时机、避让幅度改向或变速的幅度、恢复时机等发送出去,让装有AIS的船舶及时了解本船的操船意图,以便采取协调的配合行动,确保船舶间的安全避让。从此文里可以看出，船和桥梁之间类似于船舶与船舶之间的避碰。王韬,任超西,谷京朝11作者指出防船舶碰撞大桥在技术手段目前主要有视频、超声波、红外及雷达等系统，而雷达由于有相对比较成熟相关技术的研究和受外界干扰小而用于防撞。在此文中作者提出主要由雷达系统、信号处理系统、通信系统、信息处理系统及告警提示系统等组成整个防撞系统，这个系统着重于警告和

18、预警，主要用于在气象条件受限或者回波不好此系统也能很好的处理反射回波后获得大桥信息，并进行提早预警，文中作者对雷达如何用于建立桥梁避碰系统也建立了模型。从作者思路来看，笔者认为，AIS可以获得优于雷达的大桥信息，只要AIS在预警功能方面加强也可以达到这种效果抑或更好。笔者的观点及课题的发展动向从以上的文献中，可以看出，AIS作为先进电子导航系统，它直观地提供了船舶的各种静态数据和动态数据，其特点在很多方面由于雷达，因此AIS的用途相当广泛。其在引航、避碰、海事监控、VTS网络等中起着相当重要作用。另一方面杭州湾大桥的建立如同其他的大桥一样，在船舶运输发展如此迅速的今天，也容易发生碰撞，为减少这

19、种碰撞，建立避免跨海大桥碰撞的预警系统或手段是非常有必要的。AIS目前主要用于船舶与船舶之间的避碰，从原理上来看，AIS要能用于船舶与跨海大桥之间的碰撞，需要把大桥“激活”起来，成为类似船舶的AIS载体。笔者认为，在杭州湾AIS已建立的基础上，可以在大桥桥墩上安装AIS载体，该AIS不断连续向岸站提供信息，从而通过大桥水域的配备AIS船舶就能事先获得本船与大桥之间的信息。并且可以建立通信系统作为协防系统，配合预警。因此本文欲通过对AIS网络系统进行研究，对AIS提供的各种静态和动态信息进行综合分析，联系杭州湾跨海大桥的实际避碰环境中，建立AIS网络监控系统，并把大桥列入AIS覆盖的的范围，船舶

20、根据AIS提供的各种静态和动态数据，或根据AIS基站发送的警告信息，提早的对大桥采取避碰行动。四、参考文献1李锋防止船舶碰撞杭州湾大桥的安全管理对策水运管理，2006年2宁波海事局杭州湾跨海大桥通航安全管理规定3耿宁谈AIS的基本概况及应用中国水运，2010年4何跃盛，张仁颐杭州湾水域AIS通信网络的构建中国水运，2007年5兰培真，韩斌等基于AIS的港口船舶引航系统的研究中国航海，2007年6李丽娜AIS在船舶自动避碰系统中的应用船舶工程，2010年7李亮基于GPS_AIS_VHF的船舶实时动态监控系统武汉理工大学硕士论文,2007年8耿波，王君杰等桥梁船撞风险评估系统总体研究土木工程学报，

21、2007年9王宁桥梁防船撞保护系统山西建筑，2009年10彭丽丽基于AIS的船舶智能避碰专家系统的研究中国新技术新产品,2010年11王韬,任超西,谷京朝民用雷达实现的桥梁防撞系统设计现代电子技术,200312胡云平,刘桂云港口AIS网络建立水运工程200413GOERLANDTFLORIS,KUJALAPENTTITRAFFICSIMULATIONBASEDSHIPCOLLISIONPROBABILITYMODELINGRELIABILITYENGINEERINGANDSYSTEMSAFETY,20119110714LIU,CHANGSTUDYOFAISCOMMUNICATIONPROTOC

22、OLINVTSICSPS2010PROCEEDINGSOFTHE20102NDINTERNATIONALCONFERENCEONSIGNALPROCESSINGSYSTEMS,2010V1168V1171本科毕业论文（20届）基于AIS的跨海大桥避碰预警系统研究目录0引言111AIS概述1211AIS网络的概念及组成1212船载AIS的组成及功能1213AIS系统的主要功能132构建覆盖杭州湾跨海大桥AIS网络1321杭州湾跨海大桥通航状况1322杭州湾水域AIS岸基网络构建1423杭州湾跨海大桥通航规定143基于AIS的杭州湾跨海大桥预警系统的建立1631AIS在VTS中的应用1632AIS

23、虚拟航标在跨海大桥避碰预警系统中的应用17321AIS虚拟标的简介17322AIS航标和AIS虚拟标的功能18323AIS航标和AIS虚拟标在跨海大桥预警系统中的应用1833基于AIS的跨海大桥预警系统的基本原理19331该系统的预警原理19332该预警系统的功能特点214该系统的可行性和局限性分析2241增强型VTS中的AIS应用的分析2242桥墩上的AIS设备或者虚拟桥墩AIS的应用分析2343AIS在使用中的精度等问题分析2344整个系统的运行可行性分析245该系统在其他跨海大桥上的应用及发展2451该系统在其他跨海性大桥上的应用2452跨海大桥避碰预警系统研究的发展246结束语25摘要

24、本文根据船舶自动识别系统（AIS）的导航特点以及其扩展应用，针对杭州湾跨海大桥建立以AIS为基础的避碰预警系统。文中首先阐述了杭州湾跨海大桥水域的情况以及目前其通航状况的复杂性，大桥的安全受到一定的威胁，急切需要有效的手段进行管理，联系现代导航仪器AIS的功能的优越性，建立以覆盖杭州湾跨海大桥的AIS网络系统。在此AIS网络的基础上，将AIS功能植入杭州湾的VTS，以增强VTS对杭州湾水域船舶的监督和管理，对大桥的防船撞作了基本保证，同时，结合目前AIS在航标中的扩展应用，将类似于AIS航标或者AIS虚拟标的功能应用于大桥避碰上，作为获取大桥数据的手段，再运用AIS的网络原理，建立一个既易于V

25、TS通过对船舶预警实现对大桥的防撞，又易于船舶自身对大桥提早实施避碰行动的双重功能系统。关键词增强型VTS；AIS航标或AIS虚拟标；最佳航向；预警；ABSTRACTTHISRESEARCHISBASEDONTHECHARACTERISTICSOFAUTOMATICIDENTIFICATIONSYSTEM（AIS）AIDSTONAVIGATIONANDITSEXPANDEDAPPLICATIONTODEVELOPAWARNINGSYSTEMBASEDONAISWHICHISAIMEDATCOLLISIONHANGZHOUWANSEACROSSINGBRIDGETHEPAPERDESCRIBES

26、CIRCUMSTANCEOFWATERAREASURROUNDINGHANZHOUWANSEACROSSINGBRIDGEANDTHECOMPLEXITYOFSEATRAFFICSITUATIONTHESAFETYOFTHEBRIDGEWASANISSUEBECAUSEOFTHEVESSELSCROSSINGUNDERTHEBRIDGEITISNECESSARYTOHAVEANEFFECTIVEMEANSTOMANAGETRAFFICANDPROTECTTHEBRIDGEURGENTLYCONNECTINGWITHTHEFUNCTIONOFMODERNNAVIGATIONEQUIPMENTAI

27、S,WEPROPOSEDANAISNETWORKSYSTEMWHICHCOVERSTHEWATERAREAOFHANGZHOUWANSEACROSSINGBRIDGEBASEDONTHISAISNETWORK,WEEMBEDTHEFUNCTIONOFAISINTOVESSELTRAFFICSERVICEVTSSOASTOSTRENGTHVTSCONTROLANDMANAGEMENTOFVESSELTRAFFICAROUNDTHEWATERAREAOFTHEBRIDGE,MAKINGAFUNDAMENTALGUARANTEEFORSHIPBRIDGECOLLISIONAVOIDANCEMEANW

28、HILE,SIMILARTOTHEAPPLICATIONSOFAISINTHENAVIGATIONAID,WEAPPLIEDAISFUNCTIONWHICHISSIMILARTOAISFAIRWAYBUOYORAISVIRTUALBUOYTOAVOIDCOLLISIONWITHTHEBRIDGETHEAISEQUIPMENTSTHATHAVETHISFUNCTIONAREUSEDFORACQUIRINGIDENTIFICATIONOFTHEBRIDGE,SOTHATWEMAKEITAPPLICATIONINAISSOWECANBUILDADOUBLEFUNCTIONSYSTEMWHICHNOT

29、ONLYENABLEVTSTOGIVEANEARLYWARNINGTOVESSELSTOACHIEVECOLLISIONAVOIDANCEWITHBRIDGE,BUTALSOMAKEVESSELSTHEMSELVESTAKECOLLISIONAVOIDANCEACTIONSPROMPTLYKEYWORDSENHANCEDVTSAISFAIRWAYBUOYORAISVIRTUALBUOYOPTIMUMHEADINGPRIORWARNING0引言随着我国经济建设的发展,海上交通运输事业的发展如日中天，但是其在带来经济效益的同时，也必然产生流量与安全的矛盾。目前跨海性大桥的数量在不断增加，同时由于经

30、济体制的不断放宽,船只数量进一步增多,导致桥区船舶通航密度和航道的复杂性的增加，船舶撞击大桥的可能性大大提高。为保证交通安全,提高运输效率,构造一种对大桥安全性造成威胁的船只提出预警及警告的系统是很有必要的。本文就以杭州湾跨海大桥为例，建立以AIS为基础的跨海大桥预警系统。杭州湾跨海是跨海性大桥的我国跨海性的最佳代表，它是伴随着经济发展的需要建立起来的，但其意义不仅仅表现在经济上，而且还标示着我国跨海性大桥建造的水平已经跨入世界一流，所以针对它建立起有效的保护措施势在必行。由于船舶数量的增多，还有桥区环境的恶劣，势必会导致船舶在穿越大桥航道航行时困难增加，同时船舶交通服务系统（VTS）对大桥航

31、道的管理复杂性也越艰难，这些原因都会对跨海大桥的安全性构成威胁。本文立足于AIS的功能和导航特点，以及AIS的功能在VTS和航标中的扩展应用，结合杭州湾水域和跨海大桥的通航特点，初步建立一个基于AIS的针对杭州湾跨海大桥的预警系统，并将此系统扩展应用于其他的跨海性大桥。近些年来，随着水上交通运输的发展，使得船舶数量大幅度的增加，陆上交通交通也顺应经济发展的要求，增加了跨江性和跨海性大桥的建设，由于在大桥管理方面未做出足够的或者未做出有效的防船撞措施，船舶撞击桥梁的几率相当高。在国内，根据调查统计，船舶撞击大桥的事件屡屡发生，例如武汉长江大桥建桥至今以来共被撞81次以上；南京长江大桥从1968年

32、10月25日长江707吊拖船队第一次碰撞大桥8号墩起,到1995年7月8日，“长江21011”轮碰撞8号墩止,共发生重大撞桥事故25起；黄石长江公路大桥在建造施工过程中已发生6次航行船舶碰撞施工作业船舶和4号钢围堰的事故。2006年8月11日12时30分，新加坡籍“沥青快车”轮在嘉兴港联检锚地锚泊时发生走锚，在杭州湾跨海大桥B27与C1处桥墩之间与大桥发生碰撞1。目前，在针对大桥防撞的系统研究中，主要有两种桥梁保护系统一种桥梁保护系统直接安装在桥墩上,其防护板起到缓冲作用,可以防止桥墩遭受直接碰撞并可提供其他保护措施；另一种方法是使用全天候船舶电子导航系统,高精度的仪器可以使碰撞降低到最小程度

33、2。第二种方法中，目前有人提出个使用雷达进行避碰方案设计，但是由于雷达存在着某些局限性，如覆盖范围小、易受天气影响和跟踪和监视功能有缺陷等，尤其是雷达不能联网的局限性，使得目前没有建立针对大桥的预警系统，AIS的出现使得这个预警系统成为可能，AIS不但弥补了雷达的很多不足之处，而且还提供了网络连接，使得VTS、海事管理部门以及港口管理部门等对船舶、航道和港口的监督管理更加便捷和有效。本文就以基于AIS建立杭州湾跨海大桥预警系统作个初探,在建立了覆盖大桥水域的AIS网络的基础上，将AIS融入VTS系统中，利用AIS增强VTS对杭州湾跨海大桥的监督管理，并结合AIS在航标管理中的扩展应用，充分发挥

34、基于AIS的航标在大桥避碰预警中的使用，联系AIS的网络结构，以此建立一个比较完整AIS网络预警系统，从而达到有效防止船舶撞击跨海大桥。1AIS概述11AIS网络的概念及组成AIS（AUTOMATICIDENTIFICATIONSYSTEM自动识别系统，是一种工作在VHF频段采用SOTDMA现代通讯技术的广播式自动报告系统。其诞生于20世纪90年代，是集现代通信、网络和信息技术为一体的多门类高科技航海助航设备和安全信息系统。AIS网系统由两大部分组成岸台系统和船台设备。1）岸台系统。AIS岸台网主要由AIS主基站、AIS基站、AIS船站、信息传输系统以及相关接口等组成，一个典型的岸台由VHFT

35、DMA收发机、VHFDSC接收机、基站控制器（BSC）、网络设备、控制软件和应用软件组成。AIS基站收发机遵从ITURM1371建议案AIS技术特性标准，可安装在VIS系统中或作为AIS沿海网络的核心单元。2）船台设备。是一种VHF海上频段的船载广播式应答器。一个典型的AIS船台1台VHF发射机、2台VHFTDMA接收机、1台VHFDSC接收机、1台带有标准的船用电子通信接口（IED61162/NMEA0183/200）的控制装置以及各种必要的传感器组成。它能发出船舶的各种信息，如船名、MMSI、船位、船首向、船舶类型、船舶长度、宽度、吃水、所载危险货物等信息3。而船台设备通常是指船载AIS，

36、还包括其他如飞行器上的AIS设备等。下面进行介绍。12船载AIS的组成及功能船载AIS属于AIS系统中的船台设备，由以下部分组成AIS信息处理器、AIS通信处理器、AIS信息显示器、船用导航设备通用接口和VHF设备。如图1所示图1船载AIS原理工作流程简介1）船用导航设备通用接口接收来自GPS/DGPS/GNSS接收机的船位信息和同步世界时UTC，还有本船陀螺罗经提供本船对地航向，计程仪提供对地速度，以及VHF或TDMA接收的VHF发射机VHF/TDMA接收机1VHF/TDMA接收机2VHF/TDMA接收机3GPS/DGPS/GNSS计程仪电罗经雷达/ARPAECDIS/ENC输入装置船用电子

37、通讯接口AIS信息处理器AIS显示器外界船舶信息，然后送到AIS信息处理器进行处理。2）信息处理器一方面存储本船信息，并将本船的最新航行信息和必要的静态信息及其他信息进行编码后送通信处理器，另一方面将本船和它船的信息送到AIS显示器。AIS显示器就可以显示本船和他船的信息了，AIS显示器由于有ECDIS的数据输入，各种船舶数据可以显示在ECDIS上。3）AIS通信处理器接收来自系统处理器的数据后，用VHFCHN87B、88B两个国家专用频道按协议通信方案自动发射系统处理器的信息，并接收有同样规定的来自他船或岸站已调信号。4）VHF设备则是连接AIS通信处理器的，AIS的VHF设备一般包括一台V

38、HF接收机、两台多信道VHF接收机和一台用于信道管理的信道70频道接收机（DSC），他是发射和接收的终端设备。13AIS系统的主要功能从上边工作AIS的原理得出AIS的功能如下41）该系统可在无需人工介入的情况下，主动连续地向具有适当配备的岸台和其他船舶提供信息，包括船名、船舶识别码、船型、船位、航向、航速、航行状态和其他与航行安全有关的信息。2）系统能接收、处理船位、航速等传感信息，自动接收来自具有相同匹配的船舶、管理当局及其他来源的上述信息。3）以适当的更新速率提供船位和操纵信息，以便于当局和其他船舶精确跟踪和监视船舶状态，并提供了其他辅助避碰的信息。4）与AIS岸台交换数据，以使主管部门

39、指配工作模式，控制数据传输的时间和间隙。5）系统有内设测试设备，并有人工输入和数据输出的数据接口。在以上AIS系统的主要功能中，我们很容易得出AIS最主要的功能是能与他船和岸台互换船舶的船位、航向、航速和安全信息等信息，从而达到“知己知彼”，并提供在船舶避碰和主管机关当局进行海事监控中的原始数据，以便于船舶能及时判断是否形成碰撞可能和形成碰撞趋势以后有助于船舶采取下一步行动，也有助于主管机关对港口和某些船舶交通枢纽的重要水域进行监督管理。2构建覆盖杭州湾跨海大桥AIS网络本文以杭州湾跨海大桥为例，建立此系统。为建立基于AIS的针对杭州湾跨海大桥的避碰预警系统，首先得建立覆盖覆盖大桥的AIS网络

40、，因此有必要杭州湾水域以及大桥水域的特点进行了解，并构建合理的AIS网络。21杭州湾跨海大桥通航状况杭州湾跨海大桥是我国目前跨度最长的跨海大桥，大桥起于杭州湾北岸的海盐县郑家埭，跨越杭州湾宽阔海面及南岸滩涂后上岸，迄于宁波慈溪市丰收闸北约3KM处，全长36KM。杭州湾大桥跨越嘉兴港、杭州港等通海航道，大桥北岸有嘉兴港海盐港区、乍浦港区，南岸有上虞港，上游钱塘江内有杭州港,因此杭州湾跨海大桥水域是外海船舶进出嘉兴、海盐港区、秦山核电站和上虞、杭州的必经航道，水上交通比较繁忙，仅秦山核电站的重件码头，当前月吞吐能力就超过10万吨。此外，由于北岸的海陆联运优势，使得杭州、湖州甚至苏南的货物都从海盐港

41、转运，比如杭钢集团从澳大利亚、巴西进口的铁矿石要经过杭州湾水域才能运到杭州1。自跨海大桥建成后，水面上将增加很多桥墩,桥区水域通航环境的改变,一方面,给进出于杭州湾各港口的船舶航行安全造成较大的影响,另一方面,通航船舶也给大桥的安全形成威胁。例如船舶在跨海大桥通航孔桥墩附近大量聚集，通航密度增大，船舶在航行时不但要在有限的水域内避让他船，还得避让大桥桥墩，航行难度加大，同时船舶通航时将受到大桥通航孔高度和宽度的限制，船舶因此还得注意自身船舶的装载情况和操纵性能，并且应选择适当的通航孔。如此，改善跨海大桥的通航状况成了急需解决的问题。22杭州湾水域AIS岸基网络构建在杭州湾跨海大桥的AIS网络系

42、统构建上方案上，笔者比较同意何跃盛和张仁颐在杭州湾水域AIS通信网络的构建一文所提及的观点5杭州湾跨海大桥海中平台位于杭州湾跨海大桥南航道桥以南约17KM下游150M，通过匝道桥与大桥主线连接，是大桥监控维护，抢险救生的服务保障功能区域，海中平台观光塔高度为145米，具有良好的视野，周围的干扰小，通信条件好。以此地作为主基站，可以对整个杭州湾水域的AIS网络进行控制。根据它的高度，主基站的覆盖范围半径可达276海里，基本覆盖了杭州湾大部分水域，包括跨海大桥周边水域、嘉兴港、嘉兴港锚地、上虞港等区域。滩浒山位于杭州湾水域的东北部，上设灯桩，距离杭州湾跨海大桥海中平台约29海里、离东霍山约22海里

43、，海拔高度772米，基站的覆盖范围半径约20海里。东霍山位于杭州湾水域口门的南部，上设灯桩，离杭州湾跨海大桥海中平台约33海里，海拔高度63米，基站的覆盖范围半径约18海里。该三基站与周边现有的舟山AIS通信网络的七里峙基站、长江口AIS通信网络的大戢山基站一起对整个杭州湾水域形成有效覆盖。如表1表1杭州湾AIS基站表基站及特点大桥平台中心嘉兴航标站滩浒山东霍山台站性质主基站站点灯桩灯桩台站距中心距离0102933电波覆盖范围276162018台站通信条件有线/好有线/好无线/中无线/中23杭州湾跨海大桥通航规定目前，为急于改善大桥交通混乱的情况，海事管理部门对大桥通航孔的通航做出了规定，其通

44、航规定如下61号通航孔（北航道北侧副通航孔），其对应的桥区航道为303409“N/1210259“E、303401“N/1210242“E和303354“N/1210226“E三点连线为中心线，两侧各宽40米，航道走向062242。1号通航孔及其对应的桥区航道为由东向西（上行）1000载重吨以下船舶单向通航，通航船舶应在其桥涵标引导下，在航道中间航行。2号通航孔（北航道主通航孔），其对应的桥区航道为303434“N/1210420“E、303353“N/1210247“E和303311“N/1210115“E三点连线为中心线，两侧各宽100米，航道走向062242。2号通航孔及其对应的桥区航道

45、为5000载重吨以下船舶双向通行，通航船舶应在其桥涵标引导下，靠右航行。或500035000载重吨船舶单向通行，通航船舶应在其桥涵标的引导下，在航道中间航行。3号通航孔（北航道南侧副通航孔），其对应的桥区航道为303359“N/1210325“E、303344“N/1210253“E和303306“N/1210130“E三点连线为中心线，两侧各宽40米，航道走向为062242。3号通航孔及其对应的桥区航道为由西向东（下行）1000载重吨以下船舶单向通行，通航船舶应在其桥涵标引导下，在航道中间航行。4号通航孔（南航道主通航孔），其对应的桥区航道为302922“N/1210800“E、302824

46、“N/1210640“E和302726“N/1210520“E三点线为中心线，两侧各宽100米，航道走向为049229。4号通航孔及其对应的桥区航道为3000载重吨以下船舶双向通行，通航船舶应在其桥涵标引导下，靠右航行。从以上杭州跨海大桥的通航具体情况得知，1号和3号为单向通行，2号和4号为双向通行，并靠行驶，其中2号孔为最大通航孔，也是较为复杂的通航水域。3基于AIS的杭州湾跨海大桥预警系统的建立在AIS网络的基础上，根据杭州湾大桥的通航规定，下文建立针对于杭州湾跨海大桥的建立基于AIS的预警。并阐述和明确其他跨海性大桥在建立此系统避碰方面的共性和差异性。大桥是静止的，不可能因为你船撞他而他

47、会给你“让路”。因此在防止船舶撞击桥梁时主要是依靠船舶自身采取的行动，船舶采取行动的前提是必须先获得大桥与船舶之间相对位置关系以及自身航速航向等数据，方能根据实际情况采取适当的措施进行避让。因此在此系统的研究思路上，我认为有两种方法，一种是以VTS为主体的，首先建立覆盖大桥水域的AIS网络和VTS系统，并将AIS的功能应用于VTS中，从而形成增强型VTS，加强VTS对大桥以及大桥周围船舶的监督管理，并通过VHF或者VTS短信方式对船舶进行提前预警，并指导船舶船舶采取行动；另一种是以船舶自身为主体的，在建立AIS网络的基础上，船舶通过获取大桥的数据，联系本船的动态，及早对大桥实施避碰行动。这两种

48、方法中，两个主体VTS和船舶都是以获得大桥的信息为基础的，因此前提是解决获得大桥信息的手段。31AIS在VTS中的应用在AIS未出现之前，VTS的管理主要是通过雷达实现的，原理是由计算机对VTS雷达所获得的船舶数据以及VTS同船舶通信所获得的数据加以处理，将处理的结果作为依据，以此对船舶实施交通管理和助航服务。但是这些数据的可靠性取决于雷达的特性，我们知道雷达有性能的限制，如雷达存在盲区、受天气条件限制、覆盖范围窄等等局限性，这些使得VTS使用雷达、ARPA等传统的航海仪器在搜集船舶的信息静态信息如船舶的船名、MMSI、船舶呼号、船籍港、在船人数、船型、吨位、载货隋况、船位、航向、航速、机器状

49、况、进出港或锚地的位置、时间等和动态信息如船位、航向、航速、CPA、TCPA等时，存在很大的局限性，不能够提供即时的船舶动态，不利于判断评估在航船舶是否有碰撞、偏离航道、临近危险区等危险以及是否有违反航行、锚泊规则等各种违章行为；也不利于评估锚泊船舶是否有走锚危危险或任意移位、评估助航设施是否有移位、丢失。并且VTS在监督管理中绝大多数是使用VHF语音通信功能，而在实际应用中，由于甚高频可使用的频率数量有限，电波相当拥挤，高频上相当嘈杂，导致有些重要信息可能误解或者丢失。AIS采用SOTDMA自控时分多址联接发送和接收报告，在统一的VHF频道上，AIS范围内任何船舶都能自动互不干扰地发送和接收报告。AIS的覆盖范围即为VHF的覆盖范围，约为30海里，在同一区域能同时容纳200300艘船舶，并且系统超载时，会自动放弃远距离的目标，保证近距离目标的监视、监测和跟踪。由于SOTDMA的强抗干扰性，克服了许多目前VT雷达监视和跟踪目标的局限性，同时AIS可以减少船舶向VTS的船位报告，便于VTS更好的跟踪和监视船舶动态。因此AIS作为一项新兴的航海仪器，其有着雷达不具备有的优越性，且弥补了很多雷达的缺陷，并提供了短信的通信方式，所以将AIS系统和VTS系统有机结合起来，弥补雷达